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充电器专用超小型铝电解电容器研究

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第36卷 第12期 电子元件与材料 Vol.36 No.12 2017年12月 ELECTRONIC COMPONENTS AND MATERIALS Dec. 2017

充电器专用超小型铝电解电容器研究

杨治安1,2，陶艳军1,2，刘 毅1,2，肖 威1,2，艾 亮1,2

（1. 湖南艾华集团股份有限公司，湖南 益阳 413000；2. 湖南省特种电容器工程技术中心，湖南 益阳 413000）

摘要: 以适合快速充电用铝电解电容器为研究对象，通过对高比容阳极箔的研究，开发出电导率在2.6×10–3

S/cm、闪火电压在500 V以上的高电导率、高闪火电压以及高温性能稳定的工作电解液；并对制造工艺进行优化

与改善，研制出的充电器专用铝电解电容器体积只有常规产品的2/5，400 V产品在85 ℃温度条件下，最高可抗

500 V的高电压，并且可通过3 Ω 2.0 kV的雷击浪涌试验，寿命达到3000 h（105 ℃）。 关键词: 快速充电器；铝电解电容器；电解液；高电压；小体积；高比容

doi: 10.14106/j.cnki.1001-2028.2017.12.001

中图分类号: TM53 文献标识码:A 文章编号:1001-2028（2017）12-0001-05

Study on subminiature aluminum electrolytic capacitors

dedicated for quick charger

YANG Zhian1,2, TAO Yanjun1,2, LIU Yi1,2, XIAO Wei1,2, AI Liang1,2

(1. Hunan Aihua Group Co., Ltd, Yiyang 413000, Hunan Province, China; 2. Special Capacitor Engineering Technology

Center in Hunan Province,Yiyang 413000, Hunan Province, China)

Abstract: Aluminum electrolytic capacitor dedicated for quick charger was taken as the research object. By studying

the aluminum foils with high specific capacitance and developing working electrolyte which had high conductivity

(2.6×10–3 S/cm), high break-down voltage (over 500 V) and high temperature stability as well as optimizing the

manufacturing processes, aluminum electrolytic capacitor whose size was merely two fifth of the conventional product

was developed. Such capacitor, with the rated working voltage of 400 V, can subject to an overvoltage of 500 V under the

ambient temperature of 85 ℃. It exhibits long lifetime of 3000 h at 105 ℃ and passes the surge test under the condition

of 3 Ω, 2.0 kV.

Key words: quick charger; aluminum electrolytic capacitor; electrolyte; high voltage; miniature size; high specific

capacitance

随着现代生活节奏的加快，智能手机对电量消

耗很快，在电池容量没有取得突破性进展的情况下，

对充电的速度要求越来越高[1-3]。目前技术主要从以

下途径来提高充电速度：一方面提高充电电流（国

内优质手机厂商充电电流可达5 A），另一方面提高

充电电压。两者都能够实现快速充电，最新一代的

手机充电器最高功率能够达到24 W以上。目前市场

普通充电器一般在5 W左右，而快速充电器的功率

是普通充电器2倍甚至更高[4-6]。随着功率的大幅度提升，需要电容量更大、耐纹波以及电压能力更高

的铝电解电容器来满足应用要求。而在充电器体积

并没有增大，甚至还有逐渐减小的情况下，如何研

制更大电容量并且性能优良的铝电解电容器，成为

目前各电容器厂商研究的课题[2]。表1为普通充电与

快速充电器专用铝电解电容器的规格。

从表1可以看出快速充电器用铝电解电容器的

电容量是普通充电器用铝电解电容器的3倍左右，

但由于充电器的体积不变，电容器尺寸设计空间需研究与试制

收稿日期：2017-08-30 通讯作者：艾亮 基金项目：工信部工业转型升级强基工程专项（No. 0714-EMTC02-5271）；湖南省战略性新兴产业科技攻关项目（No. 2015GK1045） 作者简介：杨治安（1975－），男，湖南益阳人，研究方向为先进电子材料、电解质以及器件制备，E-mail: yza@aihuaglobal.com ； 艾亮（1983－），女，湖南益阳人，工程师，研究方向为先进电池材料及器件制备，E-mail: jiyu-li@csu.edu.cn 。 网络出版时间：2017-11-30 14:11 网络出版地址： http://kns.cnki.net/kcms/detail/51.1241.TN.20171130.1411.001.html 2

杨治安等：充电器专用超小型铝电解电容器研究 Vol.36 No.12 Dec. 2017

保持不变。例如400 V 22 μF产品，正常设计产品尺

寸在12.5 mm×25 mm；而快速充电器产品就需要在

10 mm×16 mm的尺寸来满足电容量。就尺寸而言

体积缩小到原来的2/5。由于快速充电器产品相较普

通充电器产品功率成倍增大，快速充电器产品铝电

解电容往往需要比普通规格具备更高耐电压以及抗

大电流冲击的能力。 表1 普通充电器与快速充电器常用铝电解电容器的规格 Tab.1 The specifications of the commonly used aluminum electrolytic capacitors for common chargers and quick chargers

1 实验

1.1 实验原料

阳极箔、阴极箔、铝壳、工作电解液、引出线、

电解纸、橡胶塞、胶带、PET热缩套管。

1.2 实验仪器

阳极箔的比容测试采用精密LCR数字电桥

（YD2817A型），工作电解液的电导率、闪火电压、

水含量及pH值分别采用电导率测试仪（DOS-307）、

电解液闪火测试仪（TV-1000B）、水分测试仪

（MKS-500）及pH测试仪（pH3210），电容器的漏

电流使用漏电流测量仪（ZX6589），电容量和损耗

角正切值使用精密LCR电桥（E4980A）测量。

2 电解液研究

应用于快速充电器用高压铝电解电容器的电解

液，应当满足高温稳定性良好、闪火电压高、电导

率高以及氧化效率高等要求，因此电解液必须选用

合适的溶剂、溶质以及添加剂。

2.1 溶剂的选择

选用乙二醇为主要溶剂，并适当加入二甘醇高

温稳定性溶剂，形成一种耐高温的复合溶剂。并加

入少量的水作为溶剂以提高电解液的电导率。电解

液组分及质量分数如表2所示。

2.2 溶质的优选

溶质在溶剂中需要保持一定的溶解性和电离

度，并且能够提供修复氧化膜的含氧基团以及良好

的高温化学稳定性。使用五硼酸铵、癸二酸铵、十

二羧酸铵按一定比例混合作为溶质，具备较好的高温化学稳定性和氧化效率[8]。 表2 电解液组分及配比 Tab.2 Electrolyte composition and proportion 2.3 添加剂的选择

为了获得高电导率、高闪火电压的工作电解液，

需要加入一定的添加剂。

电容器在老化与工作过程中，电解液会对阳极

箔进行修复，而这个过程中会产生气体，主要为氢

气；加入消氢剂后就不会因为氢气而产生鼓包或者

爆炸。使用硝基苯甲醇等作为消氢剂，利用其具有

电负极的基团与H+结合的特性，大大减少了氢气的

产生量[9]。

为保证电容器在过压情况下，不会因为电解液

闪火而导致电解纸击穿而短路。在电解液中同时加

入一定比例的有机纳米硅溶液和二聚甘油聚氧乙烯

醚，其能够吸附在阳极表面，提高阳极表面氧化膜

的强度，从而提高闪火电压[10]。为了降低快速充电

器产品的待机功耗，必须减小电容器的漏电流，在

电解液中加入一定比例的硅钨酸，由于其具有强氧

化性，能有效修复阳极箔表面氧化膜的损伤，抑制

铝电解电容器漏电流的增大。

2.4 电解液性能

2.4.1电解液基本参数

表3是通过对电解液成分以及含量进行优化后

的性能参数。优化后的电解液在闪火电压以及电导

率上均有较大的提升。其中闪火电压从480 V提高

到500 V以上，有效提升了电容器的耐电压性能；

表3 优化前后电解液性能参数 Tab.3 The performance parameters of electrolyte before and after optimization 普通充电器用铝电解规格 快速充电器用铝电解规格 400 V 3.3 μF 400 V 12 μF 400 V 4.7 μF 400 V 15 μF 400 V 5.6 μF 400 V 18 μF 400 V 6.8 μF 400 V 22 μF

成分类别 组分 质量分数/%

溶剂 乙二醇 45~60 水 7 二甘醇 10~15

溶质 十二羧酸铵 3~8 五硼酸铵 1~3 癸二酸铵 3~8

添加剂 消氢剂 对硝基苯甲醇 0.5~1 漏电流抑制剂 硅钨酸 0.5~1 闪火电压 提升剂 有机纳米硅溶液 5~10 二聚甘油聚氧乙烯醚 10~15

电解液 电导率 /(10–3S·cm–1) 闪火电压/V 总氯质量分数 /10–6 pH

优化前 2.0×(1±10%) ＞480 ≤10 6.0 优化后 2.6×(1±10%) ＞500 ≤10 6.2

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铝电解电容器用铝箔发孔腐蚀工艺的研究

铝电解电容器用铝箔发孔腐蚀工艺的研究

第３卷第１期　有色金属科学与工程　

２　０　１　２年２月　Ｎｏｎｆｅｒｒｏｕｓ　Ｍｅｔａｌｓ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　坚　Ｖ０１．３，Ｎｏ．１　Ｆｅｂ．２０　１２　

文章编号：１６７４—９６６９（２０１２）０１—００２７—０５　

铝电解电容器用铝箔发孔腐蚀工艺的研究　

杜海燕，　梁晓鹏，　徐　晶，　柴敏平，　邓　顺　

（江西理工大学冶金与化学工程学院，江西赣州３４１０００）　

摘　要：采用电化学方法，找到了阳极发孔腐蚀的影响因素．采用正交实验，研究了Ｈｃ１＋Ｈ　ＳＯ　体系　

中腐蚀液组成、腐蚀电流密度、腐蚀温度以及腐蚀时间对铝箔性能的影响．结果表明：当选取　（ＨＣＩ：　Ｈ　ＳＯ　）为１：３，电流密度为０．２５　Ａ／ｃｍ　，腐蚀温度为７０℃，腐蚀时间为１０５　Ｓ时，可以获得较优比容的　腐蚀箔，比容值为１１０．８￣ｆ／ｃｍ２，为铝箔腐蚀的研究提供了一定的科学依据．　关键词：铝电解电容器；腐蚀箔；直流腐蚀工艺　

中图分类号：ＴＭ５３５　文献标志码：Ａ　

Ｏｎ　ｔｈｅ　ｅｔｃｈｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｆ　ａｌｕｍｉｎｕｍ　ｆｏｉｌ　ｆｏｒ　ｈｉｇｈ－ｖｏｌｔａｇｅ　

ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｉｃ　ｃａｐａｃｉｔｏｒｓ　

ＤＵ　Ｈａｉ—ｙａｎ，ＬＩＡＮＧ　Ｘｉａｏ—ｐｅｎｇ，ＸＵ　Ｊｉｎｇ，ＣＨＡＩ　Ｍｉｎ－ｐｉｎｇ，ＤＥＮＧ　Ｓｈｕｎ　（Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌ　ａｎｄ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｊｉａｎｇｘｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｇａｎｚｈｏｕ　３４１０００，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ　ｍｅｔｈｏｄ　ａｎｄ　ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ　ｄｅｓｉｇｎ　ｗｅｒｅ　ｕｓｅｄ　ｔｏ　ｓｔｕｄｙ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇ　ｆａｃｔｏｒｓ　ｏｆ　ｓｕｒｆａｃｅ　ａｎｏｄｅ　ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ　ｆｏｉｌ．Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ　ｆａｃｔｏｒｓ　ｗｅｒｅ　ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ　ｓｕｃｈ　ａｓ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｅｔｃｈｉｎｇ　ｓｏｌｕｔｉｏｎ，ｃｕｒｒｅｎｔ　ｄｅｎｓｉｔｙ，　

各种型号的铝电解电容器应用

各种型号的铝电解电容器应用

各种型号的铝电解电容器应用

CD60型：

CD60型铝电解电容器，70℃，非固体电解液，采用金属外壳，单向双焊片引出端，应用于50（60）HZ的单向交流电动机上做启动用，使电动机在较低的起动电流下能得到较高的转距。单向电机主要应用在电冰箱，木工电刨，潜水泵，及一些机械电子设备中，他的前景比较广阔。

CD288型：

CD288型铝电解电容器，85℃圆柱型，金属外壳，单向引出，有极性，带有绝缘套管，有压力释放装置，可用于印制板，可用于彩色电视接收机或其他电子设备。

CD110/CD110X型：

CD110/CD110X型铝电解电容器 ，85℃ 普通品 /85℃ 普通品 小体积 ，圆柱型，金属外壳，单向引出，有极性，带有绝缘套管，D≥8mm有压力释放装置，可用于印制板，可用于彩色电视接收机，计算机，通讯设备和其他电子控制设备。

CD263/CD263X型：

CD263/CD263X型铝电解电容器，105℃ 普通品/105℃ 缩体，圆柱型，金属外壳，单向引出，有极性，带有绝缘套管，D≥8mm有压力释放装置，可用于印制板，可用于彩色电视接收机，电子节能灯或其他电子设备。

CD17型

CD17型铝电解电容器，55℃圆柱型，金属外壳，单向引出，引出方式为焊片式，带有绝缘套管，有压力释放装置，可用于印制板。CD17型铝电解电容器，内部结构特殊，与普通铝电解电容器比较，具有体积甚小 ，电性能指标相当高等特点，它主要是摄影设备的内藏式闪光灯电路中，另外，该产品也可用于点焊，磁化电源，电磁形成，放电加工，汽车指示灯，电梯过度控制等。

CD117H型：

CD117H型铝电解电容器，105℃ 低漏电，金属外壳，单向引出，带有绝缘套管，有极性，防暴方式分底壳防暴和橡皮圈防暴两种。该产品具有漏电小，损耗角正切值小，性能稳定特点，可用于彩电，复印机，录象机，电脑主板中，产品尺寸基本符合彩电各彩电用低压产品要求，尽量考虑到各种整机的通用性。

铝电解电容

铝电解电容

- 1 - 铝电解电容

铝电解电容是一种由纯铝片制成的电容器，主要用于滤波、补偿、限定、稳定电路电压等电子领域应用。铝电解电容普遍用于汽车电子设备、机器人和系统自动控制、家用电器控制系统、通信设备、工业自动控制系统、音响设备等。

铝电解电容由电解质构成，由于电解质具有高度的电容量，因此具有较大的电容量，可以有效地减少电路中的频率，从而提高电路的性能。电容的发热一般与电压级别和温度有关，所以选择合适的电压级别和温度也是很重要的。

铝电解电容的特点在于其体积小，重量轻，质量轻，具有很大的容量和稳定的性能，电容的储存能力可以在一定范围内发挥出来。

铝电解电容的结构一般由多层电解膜，金属片，一层薄膜组成。其中电解膜由碳钢片和一定厚度的铝片组成，金属片可以选用铝、钢网等，薄膜由纸层和矿物油层构成。铝电解电容的额定电容量和额定电压，被计算为电容空气介质介电常数的乘积，其特性取决于电容特性和介质介电常数。

铝电解电容在实际使用中由于温度、湿度等外部因素而表现出一定的变化，因此必须进行一定的测试以保证电容的可靠性和稳定性。测试项目包括电容量测试、可靠性测试和温度敏感性测试等，只有在质量检测达到规定标准时，铝电解电容才能达到实际使用的要求。

铝电解电容的研发不仅是由于其高性能，而且是由于它的环保性能也十分出色。由于电解质中没有任何有毒有害物质，在抛弃时不会 - 2 - 对环境造成污染，因此它在电子行业中得到了广泛应用。

总之，铝电解电容具有较大的容量、体积小、重量轻、可靠性高，耐高温且环保性能好的特点，使其在电子行业非常受欢迎。它在汽车电子设备、机器人和系统自动控制、家用电器控制系统、通信设备、工业自动控制系统、音响设备等的应用更是越来越多，可以说已经成为电子行业中必备的组成部分，为电子领域不断发展贡献了不可磨灭的力量。

焊片式铝电解电容器的技术研究与开发

焊片式铝电解电容器的技术研究与开发

ＡＢＳＴＲＡＣＴ

Ａｌｕｍｉｎｕｍｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｉｃｃａｐａｃｉｔｏｒｓｈａｖｅｌａｒｇｅｒｃａｐａｃｉｔｙ，ｗｉｔｈｆｉｌｍｃａｐａｃｉｔｏｒｓａｎｄｃｅｒａｍｉｃｃａｐａｃｉｔｏｒｓ；ｔｈｅｙａｒｅｅｑｕｉｐｍｅｎｔ，ｃｏｎｓｕｍｅｒｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓａｎｄｏｔｈｅｒｐｒｏｄｕｃｔｓ．１０ｗｅｒｃｏｓｔｗｈｅｎｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄｉｎｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ

Ｓｎａｐ－ｉｎａｌｕｍｉｎｕｍｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｉｃｃａｐａｃｉｔｏｒｓｔｒｕｃｔｕｒｅｉｓｓｅａｌｅｄｂｙａｌｕｍｉｎｕｍｃａｎａｎｄｃｏｖｅｒｄｉｓｃ．ｔｈｅｔｗｏｔｅｒｍｉｎａｌｓｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙｃｏｎｎｅｃｔｅｄｗｉｔｈｔｈｅｐｏｓｉｔｉｖｅａｎｄｎｅｇａｔｉｖｅｓｏｌｄｅｒｐｉｎ．Ｔｈｅｂａｓｉｃｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓｉｎｃｌｕｄｅｄｖｏｌｔａｇｅ．ｃａｐａｃｉｔｙ，ＥＳＲｊｌｏｓｓ

ｔａｎｇｅｎｔ，ｉｍｐｅｄａｎｃｅ，ｌｅａｋａｇｅｃｕｒｒｅｎｔ，ｅｔｃ．ＳｏｍｅｔｉｍｅｓｉｔａｌｓｏｎｅｅｄｓｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｏｆｒｉｐｐｌｅｃｕｒｒｅｎｔｗｈｅｎｉｔｈａｓｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｔｏｂｅｕｓｅｄｉｎＡＣｅｑｕｉｐｍｅｎｔ．Ｔｈｅｒａｗｍａｔｅｒｉａｌｏｆｓｎａｐ－ｉｎａｌｕｍｉｎｕｍｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｉｃｃａｐａｃｉｔｏｒｉｎｃｌｕｄｅｓａｎｏｄｅｆｏｉｌｗｉｔｈｆｏｒｍｉｎｇｖｏｌｔａｇｅａｎｄｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ，ｃａｔｈｏｄｅｆｏｉｌ，ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｉｃｐａｐｅｒ，ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ，ｃｏｖｅｒｄｉｓｃ．ａｌｕｍｉｎｕｍｃａｎ，ｓｌｅｅｖｅｓａｎｄｂｏｔｔｏｍｄｉｓｃ．Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｔｈｅｄｅｓｉｇｎｏｆｔｈｅｃａｐａｃｉｔｏｒｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｔｈｒｅｅａｓｐｅｃｔｓ．Ｏｎｔｈｅｏｎｅｈａｎｄ，ｔＯｓｔｕｄｙｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ