有關(guān)影響鋁電容器電解液閃火電壓因素的探討

1、 隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展，對(duì)鋁電解電容器有越隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展，對(duì)鋁電解電容器有越來越高的技術(shù)和質(zhì)量要求，諸如汽車工業(yè)、軍事領(lǐng)域、來越高的技術(shù)和質(zhì)量要求，諸如汽車工業(yè)、軍事領(lǐng)域、航天領(lǐng)域、家用電器、通信工程等領(lǐng)域都離不開鋁電解航天領(lǐng)域、家用電器、通信工程等領(lǐng)域都離不開鋁電解電容器。鋁電解電容器的使用已普及到人們的具體生活電容器。鋁電解電容器的使用已普及到人們的具體生活中，比如程控交換機(jī)、電話機(jī)、手機(jī)、計(jì)算機(jī)、電腦、中，比如程控交換機(jī)、電話機(jī)、手機(jī)、計(jì)算機(jī)、電腦、電視等高技術(shù)尖端產(chǎn)品，因此高品質(zhì)、高質(zhì)量的鋁電解電視等高技術(shù)尖端產(chǎn)品，因此高品質(zhì)、高質(zhì)量的鋁電解電容器的研制和生產(chǎn)越來越迫切電

2、容器的研制和生產(chǎn)越來越迫切 。隨之而來，越來越。隨之而來，越來越多的高端大型儀器和設(shè)備所需求的鋁電容器工作電壓也多的高端大型儀器和設(shè)備所需求的鋁電容器工作電壓也逐漸提高，而鋁電容器工作電壓又與其工作電解液的閃逐漸提高，而鋁電容器工作電壓又與其工作電解液的閃火電壓有著密切的關(guān)系，所以鋁電容器工作電解液的閃火電壓有著密切的關(guān)系，所以鋁電容器工作電解液的閃火電壓的研究也越來越引起行業(yè)人士的關(guān)注?；痣妷旱难芯恳苍絹碓揭鹦袠I(yè)人士的關(guān)注。 我們?cè)陔娊庖洪W火電壓的測試過程中，由我們?cè)陔娊庖洪W火電壓的測試過程中，由于測試電解液的箔片氧化膜結(jié)構(gòu)在形成過程中于測試電解液的箔片氧化膜結(jié)構(gòu)在形成過程中并不是完全均勻

3、一致的，故在氧化膜那些薄弱并不是完全均勻一致的，故在氧化膜那些薄弱或是有缺陷部位的地方，施加電壓產(chǎn)生的場強(qiáng)或是有缺陷部位的地方，施加電壓產(chǎn)生的場強(qiáng)如果超過它能承受的場強(qiáng)，局部過電壓就會(huì)引如果超過它能承受的場強(qiáng)，局部過電壓就會(huì)引起氧化膜局部發(fā)熱，使局部地區(qū)的電解電流增起氧化膜局部發(fā)熱，使局部地區(qū)的電解電流增加，這樣就使該處的局部溫升進(jìn)一步提高，當(dāng)加，這樣就使該處的局部溫升進(jìn)一步提高，當(dāng)達(dá)到某一臨界溫度時(shí)，局部電流的集中和局部達(dá)到某一臨界溫度時(shí)，局部電流的集中和局部溫升將相互促進(jìn)，最后達(dá)到局部高溫狀態(tài)，發(fā)溫升將相互促進(jìn)，最后達(dá)到局部高溫狀態(tài)，發(fā)生閃火現(xiàn)象。生閃火現(xiàn)象。1.第一階段： 2Al3+ +

4、 3O2- Al2O3 2.第二階段：2O2- 4e O2 鋁電容器閃火電壓的性能主要體現(xiàn)有以下幾個(gè)參鋁電容器閃火電壓的性能主要體現(xiàn)有以下幾個(gè)參數(shù)：數(shù)：1.初閃電壓（即閃火點(diǎn)）初閃電壓（即閃火點(diǎn)） 鋁電容器電解液的初閃電壓為電解液開始發(fā)生閃火鋁電容器電解液的初閃電壓為電解液開始發(fā)生閃火現(xiàn)象時(shí)刻點(diǎn)的電壓，也即氧負(fù)離子在氧化膜表面放電使現(xiàn)象時(shí)刻點(diǎn)的電壓，也即氧負(fù)離子在氧化膜表面放電使得介質(zhì)氧化膜擊穿時(shí)刻的電壓。得介質(zhì)氧化膜擊穿時(shí)刻的電壓。2.氧化效率氧化效率 氧化效率是表征形成箔的形成特性優(yōu)劣的重要指標(biāo)氧化效率是表征形成箔的形成特性優(yōu)劣的重要指標(biāo)。這是由于工作電解液除了作為電容器的陰極外，它還。這

5、是由于工作電解液除了作為電容器的陰極外，它還起到在電解電容器的老練和工作過程中不斷提供氧以修起到在電解電容器的老練和工作過程中不斷提供氧以修補(bǔ)損傷的介質(zhì)氧化膜的作用。在介質(zhì)氧化膜的修補(bǔ)過程補(bǔ)損傷的介質(zhì)氧化膜的作用。在介質(zhì)氧化膜的修補(bǔ)過程中，修補(bǔ)的氧是由工作電解液所提供的，這就涉及到氧中，修補(bǔ)的氧是由工作電解液所提供的，這就涉及到氧化膜生長速度的問題，人們常用氧化效率來描述?；どL速度的問題，人們常用氧化效率來描述。工作電解液的氧化效率工作電解液的氧化效率定義為：定義為： =tr/tm式中：式中：tr為按理論計(jì)算所需時(shí)間，單位為按理論計(jì)算所需時(shí)間，單位s； tm為實(shí)測時(shí)間，單位為實(shí)測時(shí)間，單位

6、s。根據(jù)法拉第定律換算可以得理論時(shí)間為：根據(jù)法拉第定律換算可以得理論時(shí)間為： =(2.331Uf ) / (jtm)*100%式中：式中：Uf為形成電壓，單位為形成電壓，單位V； j 為電流密度，單位為電流密度，單位mA/cm2針對(duì)上述公式比較繁瑣，為了計(jì)算方便和實(shí)驗(yàn)的需求，針對(duì)上述公式比較繁瑣，為了計(jì)算方便和實(shí)驗(yàn)的需求， 我們可以把電解液的氧化效率用以下公式表征，同我們可以把電解液的氧化效率用以下公式表征，同樣可以描述介質(zhì)氧化膜生長的速度：樣可以描述介質(zhì)氧化膜生長的速度： E=US/t式中：式中：E為電解液的氧化效率，單位為電解液的氧化效率，單位V/S； US為電解液的初閃電壓，單位為電解液

7、的初閃電壓，單位V； t為電解液達(dá)到初閃電壓時(shí)對(duì)應(yīng)的時(shí)間，單位為電解液達(dá)到初閃電壓時(shí)對(duì)應(yīng)的時(shí)間，單位s；3.最高閃火電壓最高閃火電壓 電解液的最高閃火電壓為箔片在電解液升壓測試過電解液的最高閃火電壓為箔片在電解液升壓測試過程中發(fā)生閃火之后所達(dá)到的最高電壓。它的表征同樣可程中發(fā)生閃火之后所達(dá)到的最高電壓。它的表征同樣可以反映出電容器產(chǎn)品在工作時(shí)電解液所能承受的浪涌電以反映出電容器產(chǎn)品在工作時(shí)電解液所能承受的浪涌電壓的大小。壓的大小。4.振幅電壓振幅電壓U 振幅電壓振幅電壓U為電解液發(fā)生閃火后在某個(gè)時(shí)間段內(nèi)為電解液發(fā)生閃火后在某個(gè)時(shí)間段內(nèi)上下波動(dòng)的電壓大小。上下波動(dòng)的電壓大小。 振幅電壓振幅電壓U

8、的大小能直接反應(yīng)出電解液在發(fā)生閃的大小能直接反應(yīng)出電解液在發(fā)生閃火以后對(duì)氧化膜修補(bǔ)能力?；鹨院髮?duì)氧化膜修補(bǔ)能力。 即：即： U較大，表現(xiàn)為電解液修補(bǔ)氧化膜能力較差較大，表現(xiàn)為電解液修補(bǔ)氧化膜能力較差； U較小，表現(xiàn)為電解液修補(bǔ)氧化膜能力較好。較小，表現(xiàn)為電解液修補(bǔ)氧化膜能力較好。 電解液不僅作為電容器的陰極，而且還電解液不僅作為電容器的陰極，而且還起到修補(bǔ)氧化膜的作用，所以不同電解液用起到修補(bǔ)氧化膜的作用，所以不同電解液用于不同電壓系列下的電容器，電解液的閃火于不同電壓系列下的電容器，電解液的閃火電壓直接影響到產(chǎn)品的工作性能和使用壽命電壓直接影響到產(chǎn)品的工作性能和使用壽命，而影響電解液的閃火電

9、壓高低的因素有很，而影響電解液的閃火電壓高低的因素有很多，所以對(duì)影響電解液閃火電壓因素的研究多，所以對(duì)影響電解液閃火電壓因素的研究也是今后工作的一個(gè)重要方面。也是今后工作的一個(gè)重要方面。影響電解液閃火電壓的因素我們可以分為兩種：影響電解液閃火電壓的因素我們可以分為兩種： 1. 1.內(nèi)部因素：包括電解液中的雜質(zhì)離子、電解液內(nèi)部因素：包括電解液中的雜質(zhì)離子、電解液中的水分、電導(dǎo)率、中的水分、電導(dǎo)率、PHPH值、粘度、飽和蒸汽壓、電解值、粘度、飽和蒸汽壓、電解液的溶劑、電解液的主溶質(zhì)、電解液的添加劑等；液的溶劑、電解液的主溶質(zhì)、電解液的添加劑等； 2. 2.外部因素：包括測試電解液閃火電壓的電極箔外

10、部因素：包括測試電解液閃火電壓的電極箔、測試的升壓電流、測試的電解液溫度、測試環(huán)境的、測試的升壓電流、測試的電解液溫度、測試環(huán)境的濕度、測試環(huán)境下的壓強(qiáng)。濕度、測試環(huán)境下的壓強(qiáng)。1.1.電解液中的雜質(zhì)離子：電解液中的雜質(zhì)離子：如果電解液中存在活化能力很強(qiáng)比氧離子更低電位的如果電解液中存在活化能力很強(qiáng)比氧離子更低電位的雜質(zhì)離子，具有較強(qiáng)的釋放電子的能力，就會(huì)使閃火雜質(zhì)離子，具有較強(qiáng)的釋放電子的能力，就會(huì)使閃火電壓降低，并且能破壞氧化膜。電壓降低，并且能破壞氧化膜。陽極上的陰離子放電順序：陽極上的陰離子放電順序：S2-I-Br-Cl-OH-SO42- NO3- F-2.2.電解液中水分的影響電解液

11、中水分的影響 工作電解液的氧負(fù)離子主要來源于無機(jī)酸的含酸工作電解液的氧負(fù)離子主要來源于無機(jī)酸的含酸根離子及水中的氫氧根離子，其濃度以及其所帶電荷根離子及水中的氫氧根離子，其濃度以及其所帶電荷數(shù)在很大程度上決定了陽極電介質(zhì)界面處負(fù)離子的電數(shù)在很大程度上決定了陽極電介質(zhì)界面處負(fù)離子的電荷密度從而影響到閃火電壓。陽極表面的氧負(fù)離子較荷密度從而影響到閃火電壓。陽極表面的氧負(fù)離子較多，則在此氧負(fù)離子發(fā)生放電的幾率較大，因此我們多，則在此氧負(fù)離子發(fā)生放電的幾率較大，因此我們可以根據(jù)這個(gè)規(guī)律得出，在溶質(zhì)含量相同的電解液中可以根據(jù)這個(gè)規(guī)律得出，在溶質(zhì)含量相同的電解液中如果水分含量較高的電解液則閃火電壓會(huì)偏低。

12、如果水分含量較高的電解液則閃火電壓會(huì)偏低。3.3.電導(dǎo)率（也可以用電阻率表示）的影響電導(dǎo)率（也可以用電阻率表示）的影響 電解液的濃度與電導(dǎo)率與閃火電壓的關(guān)系式為：電解液的濃度與電導(dǎo)率與閃火電壓的關(guān)系式為： U閃閃= b-algk其中其中k k為電解液的電導(dǎo)率為電解液的電導(dǎo)率，a a 、b b為電解液的有關(guān)的常為電解液的有關(guān)的常數(shù)。因此，我們可以根據(jù)上面的公式可以推斷出在電數(shù)。因此，我們可以根據(jù)上面的公式可以推斷出在電解液有關(guān)的常數(shù)恒定條件下，電解液的電導(dǎo)率與閃火解液有關(guān)的常數(shù)恒定條件下，電解液的電導(dǎo)率與閃火電壓可以近似為反比關(guān)系。即電導(dǎo)率較高的電解液，電壓可以近似為反比關(guān)系。即電導(dǎo)率較高的電解

13、液，其閃火電壓較低；電導(dǎo)率較低的電解液，其閃火電壓其閃火電壓較低；電導(dǎo)率較低的電解液，其閃火電壓較高。較高。4.4.電解液電解液PHPH值（酸堿度）的影響值（酸堿度）的影響 在電導(dǎo)率一定的條件下，電解液的在電導(dǎo)率一定的條件下，電解液的PHPH值對(duì)其閃火值對(duì)其閃火電壓也有很大的影響：電壓也有很大的影響： 電導(dǎo)率一定的電解液，其不同電導(dǎo)率一定的電解液，其不同PHPH值對(duì)應(yīng)不同閃火值對(duì)應(yīng)不同閃火電壓。從上面數(shù)據(jù)可以看出，電解液閃火電壓隨著電壓。從上面數(shù)據(jù)可以看出，電解液閃火電壓隨著PHPH值的降低而降低，這是因?yàn)楣ぷ麟娊庖旱乃岫仍礁?，值的降低而降低，這是因?yàn)楣ぷ麟娊庖旱乃岫仍礁?，其含氧酸根離子濃度就

14、越多，氧負(fù)離子放電的概率變其含氧酸根離子濃度就越多，氧負(fù)離子放電的概率變大，使得閃火電壓降低大，使得閃火電壓降低 。5.5.粘度的影響粘度的影響 電解液的粘度對(duì)電解液的閃火電壓也有很大的影電解液的粘度對(duì)電解液的閃火電壓也有很大的影響，目前粘度影響電解液的閃火電壓可以依據(jù)電解液響，目前粘度影響電解液的閃火電壓可以依據(jù)電解液濃度的大小的理論來分析，即濃度大的電解液，電解濃度的大小的理論來分析，即濃度大的電解液，電解液粘度較大，電解液閃火電壓較高；濃度小的電解液液粘度較大，電解液閃火電壓較高；濃度小的電解液，電解液粘度較小，電解液閃火電壓較低。，電解液粘度較小，電解液閃火電壓較低。粘度對(duì)電解液閃火電

15、壓的影響示意圖：粘度對(duì)電解液閃火電壓的影響示意圖：6.6.飽和蒸汽壓的影響飽和蒸汽壓的影響 從上面數(shù)據(jù)和分析圖可以看出，隨著飽和蒸汽壓從上面數(shù)據(jù)和分析圖可以看出，隨著飽和蒸汽壓數(shù)值的變大，電解液的閃火電壓則降低。數(shù)值的變大，電解液的閃火電壓則降低。7.7.電解液溶劑的影響電解液溶劑的影響8.8.電解液溶質(zhì)的影響電解液溶質(zhì)的影響 電解液溶質(zhì)一般是含有多個(gè)碳原子碳鏈的羧酸鹽電解液溶質(zhì)一般是含有多個(gè)碳原子碳鏈的羧酸鹽，它對(duì)閃火電壓的影響是由溶質(zhì)物質(zhì)分子結(jié)構(gòu)上的基，它對(duì)閃火電壓的影響是由溶質(zhì)物質(zhì)分子結(jié)構(gòu)上的基團(tuán)和分子碳鏈鏈長共同決定的。團(tuán)和分子碳鏈鏈長共同決定的。9.9.電解液添加劑（閃火提升劑）的影

16、響電解液添加劑（閃火提升劑）的影響 添加劑對(duì)電解液閃火電壓的影響已經(jīng)有許多文獻(xiàn)添加劑對(duì)電解液閃火電壓的影響已經(jīng)有許多文獻(xiàn)報(bào)道，主要總結(jié)原因是添加劑中一般是聚合度比較大報(bào)道，主要總結(jié)原因是添加劑中一般是聚合度比較大的分子占據(jù)了氧化膜的孔洞，阻礙了氧負(fù)離子在此放的分子占據(jù)了氧化膜的孔洞，阻礙了氧負(fù)離子在此放電，大大降低了氧化膜的破壞程度，從而促進(jìn)氧化膜電，大大降低了氧化膜的破壞程度，從而促進(jìn)氧化膜進(jìn)一步修補(bǔ)，使得氧化膜耐壓性進(jìn)一步提高。進(jìn)一步修補(bǔ)，使得氧化膜耐壓性進(jìn)一步提高。1.1.測試電解液閃火電壓的電極箔影響測試電解液閃火電壓的電極箔影響 測試電解液閃火電壓的電極箔對(duì)閃火電壓的影響測試電解液閃

17、火電壓的電極箔對(duì)閃火電壓的影響分兩種：即測試閃火電壓電極箔體系的影響、測試電分兩種：即測試閃火電壓電極箔體系的影響、測試電極箔達(dá)到電壓的影響。極箔達(dá)到電壓的影響。同一電壓，不同體系：同一電壓，不同體系：同一體系，不同電壓：同一體系，不同電壓： 從上面數(shù)據(jù)可以看出，箔片電壓越高電解液閃火從上面數(shù)據(jù)可以看出，箔片電壓越高電解液閃火電壓也越高，這就驗(yàn)證了電解液的閃火電壓其實(shí)就是電壓也越高，這就驗(yàn)證了電解液的閃火電壓其實(shí)就是箔片氧化膜的擊穿電壓。箔片氧化膜的擊穿電壓。2.2.升壓電流升壓電流 用不同大小的電流進(jìn)行升壓，升壓過程中所形成用不同大小的電流進(jìn)行升壓，升壓過程中所形成的氧化膜結(jié)構(gòu)也不一樣，故所

18、形成氧化膜的耐壓性能的氧化膜結(jié)構(gòu)也不一樣，故所形成氧化膜的耐壓性能也不一樣。也不一樣。實(shí)例：實(shí)例：3.3.測試的電解液溫度測試的電解液溫度不同溫度下的電解液測試閃火電壓也是不一樣的。不同溫度下的電解液測試閃火電壓也是不一樣的。 B,C,DB,C,D代表三種不同電解液在代表三種不同電解液在3030，85和和105溫度溫度下測試的閃火電壓曲線圖，從圖中我們可以看出三種下測試的閃火電壓曲線圖，從圖中我們可以看出三種電解液的閃火電壓隨著溫度的升高而降低。我們可以電解液的閃火電壓隨著溫度的升高而降低。我們可以根據(jù)閃火電壓與溫度的關(guān)系式有：根據(jù)閃火電壓與溫度的關(guān)系式有： U閃閃 +/T電解液隨著溫度的增加其閃火電壓數(shù)值減小。電解液隨著溫度的增加其閃火電壓數(shù)值減小。4.4.測試環(huán)境的濕度測試環(huán)境的濕度測試電解液的環(huán)境對(duì)電解液的測試影響也不小，電解測試電解液的環(huán)境對(duì)電解液的測試影響也不小，電解液暴露在潮濕的空氣中容易吸水，導(dǎo)致電解液中的水液暴露在潮濕的空氣中容易吸水，導(dǎo)致電解液中的水分含量增加，吸收的水分會(huì)產(chǎn)生更多的氧負(fù)離子，從分含量增加，吸收的水分會(huì)產(chǎn)生更多的氧負(fù)離子，從而使得閃火電壓降低。而使得閃火電壓降低。5.5.測試環(huán)境的壓強(qiáng)測試環(huán)境的壓強(qiáng)我們測試電解液一般都是在正常大氣壓（一個(gè)大氣壓我們測試電解液一般都是在正常大氣壓（一個(gè)大氣壓）環(huán)境下進(jìn)行，如果我