电解液知识介绍解析

电解液知识介绍

一.电解质由溶剂和和溶质构成。

在电解液中常使用的溶剂有二甲基甲酰胺、γ-丁内酯、乙二醇、丙三醇、水等。二甲基甲酰胺是一种军用电容器的溶剂，它具有很广的工作温度范围。在亚洲，γ-丁内酯作为电解质的溶剂使用也很流行，主要用在低压小型电容器，使用这种溶剂

为主溶剂的电容器具有较低的ESR。乙二醇是使用最广泛的溶剂，低压电容器通常用的是乙二醇加部分水为溶剂的体系。

电解液中的溶质主要用的是硼酸、硼酸盐、羧酸盐及少量的其他无机盐和去极化消氢剂、缓蚀剂、水解抑制剂等。

对于低压电解液中一般人为添加部分水，改善电解液的导电性能；中高压电解液，通常使用的是无水乙二醇体系，即使含水也要求在3%以下。

二.电解液的发展历史

第一代：硼酸+乙二醇体系，已发明50多年了，水的含量较高，否则电导率太低。硼酸和乙二醇酯化以及硼酸变成偏硼酸都会产生水，水少量存在于电解液中有助于支持氧化物的形成，对于提高氧化膜的修复能力是有益处的，但大量的水会引起电极箔的腐蚀，产生氢气，并且在高温下的蒸汽压较高，容易致使电容器爆裂。所以这种体系的电容器无法用在105℃。

第二代：直链羧酸盐+硼酸+乙二醇体系，改进目标是如何降低并控制水的含量，这意味着必须使用硼酸替代物或其它溶剂，以便获得水含量稳定、低阻抗的电解质。目前国内仍有使用的改进体系为硼酸+直链羧酸铵盐(DCA)+乙二醇体系。该体系虽能一定程度地降低水含量并具有使用成本低的优点，但DCA 的强度随碳链的增长而降低。较弱的酸虽能用于较高的电压而不崩溃，但其盐的可溶性随分子量的增大而降低，从而阻抗增加。直链二元羧酸在低温下有结晶析出的趋势，电容器的工作温度范围受到制约，这些问题成为了制造中、高压、低阻抗、宽温度范围、长寿命电解电容器的大障碍。

第三代：直链羧酸盐+乙二醇体系，铝电解电容器在漏电流方面较第二代电解液有较显据改善，但羧酸盐由于分子量的增大闪火上升，但其溶解量下降。

第四代：支链羧盐+乙二醇体系，支链羧酸盐取代或部分取代直链羧盐，支链羧酸盐溶解量大，热稳定性较优，但造价一般较高。

近年来在电解液研究开发方面走在世界前列的国家是日本，他们采用支链二元羧酸盐取代或部分取代直链二元羧酸盐。由于一些支链二元羧酸盐在乙二醇溶液中的溶解度和热稳定性均优于直链羧酸盐，并且有化学自行修复能力，所以使用含有支链二元羧酸盐的乙二醇体系能制造出高耐压、低有效电阻、对纹波电流有高承受能力、高耐热、长寿命的电容器产品，而中国才刚刚起步生产支链羧酸盐系电解液。

三.电解液的种类

从电解液水含量来分为：水系和非水系，部分非水系为γ-丁内酯（GBL）体系从电压来分为：低压，中压，高压电解液

四.电解液材料介绍

1.溶剂

2.溶质

五.电解液材料的选择

工作电解液是电容器的关键工艺之一。它作为电容器的实际阴极，有但要求具有优良的电化学特性，不断提供氧离子，修补受损的氧化膜；还必须具有极佳的稳定性，不与组成材料发生反应或发生腐蚀作用。

工作电解液按照组成成分为：溶剂、溶质和添加剂三部分。

1．溶剂的选择

溶剂决定电容器的使用范围，要求溶剂具有沸点高、凝固点低、蒸汽压和粘度小，对溶质有良好的溶解性，满足电容器在-40~+105℃范围内的电性能要求，部分要求为125℃甚至达到150℃以上（如节能灯铝电解电容），目前常用的主溶剂为乙二醇，沸点为196℃，凝固点为-12℃，其余辅助溶剂有：DMF、γ-丁内酯、二乙二醇、丙三醇等。DMF、γ-丁内酯有良好的低温特性，常常应用在超低温电解液，如-55℃等产品上。

2．溶质的选择

溶质是提供修补氧化膜，维持电容器正常工作的正、负离子或离子基团的主要成份。低压：甲酸铵、已二酸铵、马来酸铵等作溶质；中高压：壬二酸铵、葵二酸铵、已二酸铵、十二酸铵、苯甲酸铵、以及带支链的铵盐等作为其主溶质，保证高低温特性，提供氧化效率和高温稳定性。

3．添加剂的选择

添加剂是调节电解液粘度、电导率、提升闪火电压、钝化氧化膜和抑制氢气等作用的。电解液中添加磷酸及其盐类、硝基化合物、水解抑制剂等，可以显剧改善电解液的特性。

六.电解液中的反应

1．酯化反应：

A.硼酸或其盐与乙二醇或其它多元醇酯化

H3BO3+R1-OH R1-[(R1)i-O-B-(OH)-O]-H2+XH2O

B.羧酸或其盐与溶液中的醇或其它多元醇酯化

R1-COOH+HO-R2-OH R1-COO-R2-OH+H2O

2．酰胺化反应：

NH4OOC(CH2)n COONH4NH2OC(CH2)n CONH2+H2O

3．醚化反应:

R1-OH+R2-OH R1-O-R2+H2O

4．缩聚反应：nHO-R-OH 2O

5．消氢反应: O2N++6e H2N OH+2H2O

七.电解液中水的来源

电解液中水的来源分为四个方面：

1．电解液中溶剂和各种溶质本身固有的水或结晶水

2．化学反应生成的水

A．酯化反应产生的水

B．电解液中有机化合物脱水、醚化、环化、热解等产生的水

3．芯子吸潮和溶剂溶质潮解从空气中吸收的水

4．人为加入的水分

特别指出，上述第三种水是需要特别防止的，因为空气中的水分或多或少含有微量的Cl-、灰分等有害物质，这是电解液中最忌讳的，它们可能导致铝箔的加快腐蚀，特别是珠海的海洋气候影响很大，还有在操作过程中的汗液挥发，所以制作的环境及工艺控制尤为重要。

八．铝电解电容器中的水合反应：

水合反应原理：

Al2O3+H2O Al(OH)3

九．电解液的检测：

电解液的检测主要有三项参数：电导率、酸碱度（PH值）、闪火电压等，必要时也要检验Cl-、SO42-、Fe3+、Cu2+、以及电解液的粘度等。

PH值: 一般分布在5.5-9.0，主要是由于铝及氧化铝的特性所决定，可用酸碱度仪测量.

电导率:一般分布在400µS/cm~80000µS/cm,可由电导率仪测出，电导率与产品的损耗以及等效串联电阻有很大的关系.

闪火电压:一般分布在100-600V，用铝箔氧化膜耐压测试仪测量，电解液的闪火电压是比较关键的一个参数，特别是高压电解液，闪火电压是制造技术的一个突破方向之一。测量闪火电压测量方法和材料因不同的公司各有不同：测量电流外部主要有10mA、20mA等，而我司一般用1mA，测量所用的材料有：高压化成箔（电压一般为590VF以上）、素箔、阳极导箔条等，所用的测量面积也各不相同。

测量温度，一般为常温，以30℃相对较准确，特别是电导率，受温度影响较大，所以电容在不同温度下损耗变化也相当明显，酸碱度和闪火电压也会随温度作微小变化。

外观检验：是否有杂质,污物,结晶,浑浊,颜色是否均勻,透明,有无异味。