鋁電容器陽極腐蝕問題的探討

鋁電容器陽極腐蝕問題的探討第1頁，共23頁，2023年，2月20日，星期二一.前言

鋁電解電容器以其容量大、體積小、價格低等優(yōu)點已被廣泛應(yīng)用于各種電子線路中,隨著國內(nèi)大屏幕彩電、變頻家電（如變頻空調(diào)）的普遍應(yīng)用和電子元器件的國產(chǎn)化,對鋁電解電容器,特別是中、高壓鋁電解電容器的質(zhì)量和可靠性的要求愈來愈高。尤其是大屏幕彩電中所用的中、高壓(160v-450v)鋁電解電容器主要用于開關(guān)電源部分，作整流后濾波，它的質(zhì)量好壞直接影響到整機(jī)的性能，是線路中的關(guān)鍵元件。第2頁，共23頁，2023年，2月20日，星期二一.前言

其中400以上高壓鋁電解電容器一直是鋁電解電容器生產(chǎn)中的難點，存在的技術(shù)問題最多，也最嚴(yán)重。綜合其失效原因，主要表現(xiàn)為高溫負(fù)荷下陽極腐蝕嚴(yán)重從而造成陽極引出條斷裂，電容器開路失效，嚴(yán)重影響整機(jī)產(chǎn)品的質(zhì)量。第3頁，共23頁，2023年，2月20日，星期二二.陽極腐蝕的定義及對象所謂陽極腐蝕，是指電容器在一定負(fù)荷條件下，經(jīng)過一段時間，陽極引出條，引出條與蓋板組件相連接的鋁鉚釘逐漸被電化學(xué)腐蝕，從而導(dǎo)致產(chǎn)品失效的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象在400v以上高壓鋁電解電容器產(chǎn)品中出現(xiàn)較多，鉚釘發(fā)黑，產(chǎn)品漏電流變大，陽極引出條被腐蝕斷裂，嚴(yán)重時甚至把陽極鉚釘腐蝕掉。

陽極腐蝕現(xiàn)象一般發(fā)生在焊針、焊片和螺栓等系列電容器中，而引線系列的產(chǎn)品則很少，產(chǎn)生的原因與制造的工藝有關(guān)。第4頁，共23頁，2023年，2月20日，星期二三.陽極腐蝕的圖片（焊針）鉚釘與引條處腐蝕引條腐蝕斷裂第5頁，共23頁，2023年，2月20日，星期二四.陽極腐蝕的機(jī)理及條件1.電極箔引條結(jié)構(gòu)：

一種含有氧化膜(Al2O3)的鋁箔，由于鋁箔制造化成工藝的差異其氧化膜結(jié)構(gòu)不同于電容器的陽極箔的氧化膜。第6頁，共23頁，2023年，2月20日，星期二四.陽極腐蝕的機(jī)理及條件2.腐蝕的主要因素：

存在雜質(zhì)離子，包括Cl-、SO42-、Fe3+、Cu2+等。第7頁，共23頁，2023年，2月20日，星期二四.陽極腐蝕的機(jī)理及條件3.腐蝕的機(jī)理（以Cl-

為例）：⑴Al–3eAl3+⑵2Al3++3O2-Al2O3⑶Al3+

+3Cl-AlCl3(可溶性

）⑷AlCl3+3H2O

Al(OH)3+3H++3Cl-

由于電解液中的Cl-

等雜質(zhì)離子向陽極遷移而富集，并引起PH降低而酸化，從而促進(jìn)Al的溶解，所以這種電化學(xué)腐蝕過程我們稱為“自催化酸化”。第8頁，共23頁，2023年，2月20日，星期二四.陽極腐蝕的機(jī)理及條件4.腐蝕的產(chǎn)物：⑴白色絮狀氧化物沉淀Al(OH)3

它是鋁陽極溶解下來的Al3+與電解液中的OH-的反應(yīng)物。Al3+

+3OH-Al(OH)3

第9頁，共23頁，2023年，2月20日，星期二四.陽極腐蝕的機(jī)理及條件⑵白色半透明凝膠狀多孔性氫氧化鋁；

第10頁，共23頁，2023年，2月20日，星期二四.陽極腐蝕的機(jī)理及條件⑶黑色疏松粉末狀腐蝕物第11頁，共23頁，2023年，2月20日，星期二四.陽極腐蝕的機(jī)理及條件5.陽極腐蝕的反應(yīng)條件：⑴電場電壓電解液里的帶負(fù)電荷的Cl-、SO42-等雜質(zhì)離子因電場環(huán)境下向陽極遷移。第12頁，共23頁，2023年，2月20日，星期二四.陽極腐蝕的機(jī)理及條件⑵溫度電容器陽極腐蝕的另一個重要條件是溫度的影響。高溫的環(huán)境下能加快Cl-、SO42-等雜質(zhì)離子的遷移速度，并且能加速它們對陽極腐蝕的反應(yīng)進(jìn)程，從而使陽極腐蝕更容易發(fā)生。第13頁，共23頁，2023年，2月20日，星期二四.陽極腐蝕的機(jī)理及條件⑶陽極周圍的環(huán)境：電解液電解液在電容器中不僅作為電容器的陰極，而且還起到修補(bǔ)氧化膜的作用，所以電解液品質(zhì)的好壞直接決定電容器產(chǎn)品的性能好壞。性能不穩(wěn)定的電解液在高溫負(fù)荷環(huán)境下容易發(fā)生劣化，劣化后的電解液不再修補(bǔ)氧化膜而是起到破壞氧化膜的作用。第14頁，共23頁，2023年，2月20日，星期二五.陽極腐蝕的原因分析鋁電容器用的主要原材料及零部件有陽極鋁箔、陰極鋁箔、電解紙、蓋板（皮頭）、鋁殼、引條（引線）套管以及配制電解液用的各種化學(xué)藥品等。眾所周知，原材料的好壞直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量，優(yōu)質(zhì)的原材料是制造優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品的保證。特別要指出的是，原材料中存在的Cl-、SO42-等有害雜質(zhì)對產(chǎn)品性能影響極大。因為這些雜質(zhì)會腐蝕鋁箔和引出條，造成產(chǎn)品過早失效。因此原材料的檢測和分析對解決陽極腐蝕問題有很大的幫助。第15頁，共23頁，2023年，2月20日，星期二五.陽極腐蝕的原因分析陽極腐蝕過程中雜質(zhì)離子的來源：

第16頁，共23頁，2023年，2月20日，星期二五.陽極腐蝕的原因分析⑴蓋板（皮頭）對陽極腐蝕的影響電容器在工作中，蓋板（皮頭）中的Cl-、SO42-等雜質(zhì)離子會游離出來，向陽極引條移動，從而破壞陽極引條，引起陽極腐蝕。第17頁，共23頁，2023年，2月20日，星期二五.陽極腐蝕的原因分析⑵鋁殼對陽極腐蝕的影響由于鋁殼內(nèi)部的雜質(zhì)很難遷移出來，故鋁殼本身對陽極腐蝕影響最小。但是如果在電容器生產(chǎn)制造過程中由于一些人為因素的影響帶進(jìn)了Cl-等雜質(zhì)離子，這種結(jié)果往往對電容器產(chǎn)品的性能影響就很大。第18頁，共23頁，2023年，2月20日，星期二五.陽極腐蝕的原因分析⑶鋁箔對陽極腐蝕的影響鋁箔在鋁電容器整個原材料當(dāng)中占有舉足輕重的地位，鋁箔質(zhì)量的好壞直接決定產(chǎn)品的性能和壽命。所以要想獲得可靠性高、壽命更長、電性能更優(yōu)越的產(chǎn)品，這對鋁箔的純度要求是極其嚴(yán)格的。由于鋁箔純度、化成工藝以及化成電壓的不同導(dǎo)致鋁箔生產(chǎn)的質(zhì)量各有差異。純度不夠、耐腐蝕性較差的鋁箔更容易發(fā)生陽極腐蝕現(xiàn)象。第19頁，共23頁，2023年，2月20日，星期二五.陽極腐蝕的原因分析⑷電解紙對陽極腐蝕的影響電解紙在電容器中不僅作為陽極箔與陰極箔的絕緣層，而且最重要的作用是吸附電解液，使得電解液更加充分地覆蓋在鋁箔表面，達(dá)到電容器產(chǎn)品容量最大化的目的。

制造電容器電解紙的材料主要是植物纖維，現(xiàn)在所用的主要是馬尼拉麻和木漿，由于不同廠家生產(chǎn)工藝的差異在生產(chǎn)制造過程中極易產(chǎn)生雜質(zhì)離子，從而影響到電容器的性能。第20頁，共23頁，2023年，2月20日，星期二五.陽極腐蝕的原因分析⑸電解液對陽極腐蝕的影響電解液在整個鋁電容器原材料中同樣占有重要的地位。因電解液影響不同于其他原材料，故分析的原因比較復(fù)雜，現(xiàn)主要有以下幾個方面的因素：①藥品的純度：電解液所使用的化學(xué)藥品材料必須滿足電容級，材料的純度相當(dāng)于分析純（AR)級別,雜質(zhì)含量要求很少，所以藥品的純度直接影響到配制電解液的性能好壞。第21頁，共23頁，2023年，2月20日，星期二五.陽極腐蝕的原因分析②電解液中溶劑與溶質(zhì)的因素電解液主要有溶劑、溶質(zhì)以及添加劑三種成分組成，溶劑和溶質(zhì)則為電解液最核心的兩種，而往往電解液的性能好壞是由溶劑和溶質(zhì)共同決定的。所以溶劑和溶質(zhì)兼容性跟優(yōu)化很大程度上決定了電解液的性能。

電解液中的溶劑跟溶質(zhì)不兼容或組合優(yōu)化不合理，就會導(dǎo)致溶質(zhì)在高溫負(fù)荷環(huán)境下析出，這樣的結(jié)果必定會使得產(chǎn)品損耗變大，發(fā)熱嚴(yán)重，產(chǎn)品內(nèi)部溫度過高，從而加速陽極腐蝕的進(jìn)程。第22頁，共23頁，2023年，2月20日，星期二五