本發(fā)明屬于鋁電解電容器，具體涉及一種電力電容及其制備方法。

背景技術：

1、電容器是日前電子產(chǎn)品中扮演著重要的地位，而鋁電解電容器以其高電容量、強電流處理能力、小巧的尺寸、長使用壽命、成本效益以及廣泛的適用性等優(yōu)點，在電子設備領域發(fā)揮著重要作用，被廣泛應用于家用電器、中高端電源、混合動力裝置以及電動機的電源儲備、動力因數(shù)校正、電力傳輸和分布系統(tǒng)的穩(wěn)定性等重要領域，并且在電路中起到濾波、旁路、耦合和退耦的作用且有助于提高工業(yè)設備的效率和穩(wěn)定性，降低能耗和成本。

2、電力電容作業(yè)電力系統(tǒng)中的重要電子元器件之一，用于無功補償、電壓調(diào)節(jié)和濾波等，其性能直接影響到電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和效率?，F(xiàn)如今，國內(nèi)電力鋁電解電容器在長時間運行后，往往存在容理衰減大、內(nèi)部溫度升、絕緣性能下降等問題，影響整體設備的可靠性和使用壽命。然而，現(xiàn)有的鋁電解電容達不到電力國網(wǎng)的質(zhì)保年限要求與無法全部滿足特殊的使用環(huán)境(耐高溫高濕、耐低溫、耐電壓沖擊、耐振動性)

3、因此，為了滿足智能電表等電網(wǎng)設備在極端低溫條件下，電容器也需要保持穩(wěn)定的性能，避免因溫度過低而導致性能下降或失效。故需要一款新型的鋁電解電容器，此款電力電容器的特點是生產(chǎn)工藝簡單、價格適中、高低溫下性能優(yōu)良、耐外界電壓的沖擊、耐振動性、安裝方便。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種電力電容及其制備方法，通過優(yōu)化電容的結構和各部件制備工藝，利用高可靠的產(chǎn)品賦能方法，提高電力電容的電容量，降低其損耗，同時增強抗沖擊能力，從而延長電容的使用壽命，提升電網(wǎng)設備長壽命化。

2、一種電力電容，其制備原料，包括：正極箔、負極箔、電解紙、正負導針、膠粒、鋁殼、套管、電解液。

3、所述正極箔和負極箔均為成品鋁箔，其制備方法，包括以下步驟：將鋁箔材料在高純水中煮沸處理3～5min后，放入溫度為85～90℃的化成液中進行化成，化成后用去離子水清洗干凈，放入馬弗爐中熱處理后，進行二次化成，即得。

4、優(yōu)選的，鋁箔材料可選自微孔鋁箔。

5、優(yōu)選的，所述化成液的制備原料包括高純水、硼酸、五硼酸銨、硼砂、氨水。

6、所述化成液中，硼酸的質(zhì)量分數(shù)為8％～12％，五硼酸銨的質(zhì)量分數(shù)為0.05％～0.1％，硼砂的質(zhì)量分數(shù)為0.01％～0.05％。

7、優(yōu)選的，所述高純水的電阻率為15～20mω·cm。

8、優(yōu)選的，所述氨水的體積濃度為20％～25％。

9、所述化成液的制備方法，步驟為：將硼酸、五硼酸銨、硼砂依次溶于高純水中，添加氨水調(diào)節(jié)ph為5.5～6.5，攪拌均勻后即得。

10、發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，選用特定硼酸體系化成液，不僅能夠提高電容的壽命，還能夠提高電容的耐高溫穩(wěn)定性。這可能是因為一方面高純水作為溶劑，去除了可能干擾反應的雜質(zhì)，提高了反應體系的純凈度，有利于減少不必要的副反應和額外的熱量產(chǎn)生；另一方面硼酸、五硼酸銨、硼砂這些含硼化合物在化成液中的反應相對溫和，發(fā)熱量小，不會產(chǎn)生劇烈的放熱反應，能夠減小使用時內(nèi)溫升，從而提高了電容的壽命和熱穩(wěn)定性。而采用氨水調(diào)節(jié)ph值，不僅有利于氧化鋁的生成，同時避免了因過酸或過堿而引起的劇烈反應和放熱。此外，特定的硼酸體系化成液各原料之間協(xié)同作用，能夠提高鋁箔表面氧化膜的致密性和穩(wěn)定性，從而提高了正極箔、負極箔的耐電壓能力，進而提高了電容的壽命。

11、所述化成步驟采用恒流恒壓法，先用0.04～0.06a/cm2的電流密度進行恒電流法化成，待電壓達到490～510v后，改用恒電壓法化成8～10min即可。

12、所述二次化成采用恒流恒壓法，先用0.04～0.06a/cm2的電流密度進行恒電流法化成，待電壓達到490～510v后，改用恒電壓法化成3～5min即可。

13、優(yōu)選的，所述熱處理條件為：溫度為480～520℃，保溫時間為1～3min。

14、所述電解紙為中密度電解紙和高密度電解紙的疊加。

15、所述中密度電解紙的制備方法，包括以下步驟：取漂白硫酸鹽針葉木漿加去離子水浸泡后打漿至打漿度為83～87°sr，加去離子水稀釋至體系中絕干漿的質(zhì)量濃度為1.5～2.5g/l后，抄造濕紙，將濕紙壓榨干燥后壓光，即得中密度電解紙。

16、所述漂白硫酸鹽針葉木漿的粘度為20～25cp，灰分≤0.3％，纖維平均長度為2～2.5mm，纖維平均粗糙度為15～16mg/100g；進一步優(yōu)選的，所述漂白硫酸鹽針葉木漿的粘度為22cp，灰分為0.2％，纖維平均長度為2.29mm，纖維平均粗糙度為15.5mg/100g。

17、在一些優(yōu)選的方案中，所述漂白硫酸鹽針葉木漿購自加拿大凱利蒲。

18、發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，選用特定的漂白硫酸鹽針葉木漿作為原料制備中密度電解紙，能夠提高電容的電容量和耐沖擊性。這可能是因為特定的漂白硫酸鹽針葉木漿由于其纖維較長且結構穩(wěn)定，能夠在電解紙中形成更加均勻和致密的纖維網(wǎng)絡，這有助于提高電解紙的表面積，從而不僅能夠增加電容器的電容量，形成的致密網(wǎng)絡還能夠增強電容器的機械強度。但是對電容的性能提高有限。

19、優(yōu)選的，所述濕紙抄造定量為24～28g/m2。

20、優(yōu)選的，所述壓光處理條件為：溫度62～66℃，壓力0.15～0.2kgf/cm2。

21、優(yōu)選的，所述中密度電解紙的厚度為30～45凱恩。

22、所述高密度電解紙的制備方法，包括以下步驟：取漂白硫酸鹽針葉木漿加去離子水浸泡后打漿至打漿度為77～82°sr，加第一去離子水稀釋后得到液體一；取改性纖維素纖維混于第二去離子水中分散后，加入液體一中，均質(zhì)2～4h后，抄造濕紙，將濕紙壓榨干燥后壓光，即得高密度電解紙。

23、優(yōu)選的，所述液體一中絕干漿的質(zhì)量濃度為1.5～2.5g/l。

24、優(yōu)選的，所述改性纖維素纖維的添加量為絕干漿質(zhì)量的1％～3％。

25、優(yōu)選的，所述改性纖維素纖維和第二去離子水的質(zhì)量比為1：(100～200)；進一步優(yōu)選的，為1：150。

26、所述改性纖維素纖維的制備方法，步驟為：將纖維素纖維均勻分散于第三去離子水中，加入改性劑，調(diào)節(jié)體系ph穩(wěn)定在10～10.5之間反應3～5h后，用去離子水洗滌產(chǎn)物至中性，干燥后即得。

27、優(yōu)選的，所述纖維素纖維包括第一纖維素纖維、第二纖維素纖維和第三纖維素纖維。

28、優(yōu)選的，所述第一纖維素纖維的長度為100～1000μm，直徑為100～1000nm。

29、優(yōu)選的，所述第二纖維素纖維的長度為1～20μm，直徑為20～80nm。

30、優(yōu)選的，所述第三纖維素纖維的長度為200～800nm，直徑為1～10nm。

31、在一些優(yōu)選的方案中，所述第一纖維素纖維、第二纖維素纖維和第三纖維素纖維均購自浙江金加浩綠色納米材料股份有限公司生產(chǎn)的mfc、cnf-h1、cnc。

32、優(yōu)選的，所述第一纖維素纖維、第二纖維素纖維和第三納米纖維素的質(zhì)量比為1：(1～3)：(2～4)；進一步優(yōu)選的，為1：2：3。

33、優(yōu)選的，所述纖維素纖維和第三去離子水的質(zhì)量比為1：(150～250)；進一步優(yōu)選的，為1：200。

34、發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在特定的漂白硫酸鹽針葉木漿中加入三種不同的纖維素纖維制備得到的高密度電解紙，能夠進一步提高電容的容量、機械強度和穩(wěn)定性。這可能是因為引入三種不同長徑比的纖維素纖維，可以增加電解紙內(nèi)部纖維結構的復雜性和多樣性，長纖維可以提供良好的導電通道，促進電荷在電解紙內(nèi)部的快速傳輸；短纖維則可以填充長纖維之間的空隙，形成更加緊密的纖維網(wǎng)絡，提高電解紙的致密性和強度。這種長短纖維的協(xié)同作用使得電解紙在保持高容量的同時，也具備了良好的穩(wěn)定性和耐久性。而在混合過程中，漂白硫酸鹽針葉木漿的纖維與三種不同長徑比的纖維素纖維之間會發(fā)生相互作用，有助于增強纖維之間的結合力，從而使得高密度電解紙在受到外力或溫度變化時不易變形或破裂，從而保持穩(wěn)定的電容性能。同時，這種結合力還有助于提高電解紙的整體機械強度和使用壽命。但是纖維素纖維長徑比較大，在漂白硫酸鹽針葉木漿漿體中的分散性差，影響制備得到的高密度電解紙的性能。

35、優(yōu)選的，所述改性劑為2,2,6,6-四甲基哌啶氧化物、溴化鈉和次氯酸鈉。

36、優(yōu)選的，所述2,2,6,6-四甲基哌啶氧化物、溴化鈉和次氯酸鈉的質(zhì)量比為1：(4～6)：(290～310)；進一步優(yōu)選的，為1：10：300。

37、優(yōu)選的，所述改性劑的添加量為纖維素纖維質(zhì)量的5～8倍。

38、發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，選用特定的改性劑對纖維素纖維進行改性，同時采用高速均質(zhì)分散，能夠提高纖維素纖維在漂白硫酸鹽針葉木漿漿體中的分散性。這可能是因為2,2,6,6-四甲基哌啶氧化物和溴化鈉催化協(xié)同次氯酸鈉對纖維素纖維進行選擇性氧化，一方面能夠破壞無定形區(qū)纖維素纖維的氫鍵網(wǎng)絡，增加纖維素纖維的親水性和反應活性，不僅有助于纖維素纖維在后續(xù)加工過程中更好地與其他組分結合，有助于提高電解紙的整體機械強度和使用壽命，也有助于提高電解紙對電解液的吸收和保持能力，進一步提升電容性能。另一方面改性還改變了纖維素纖維表面結構和化學性質(zhì)，從而增加纖維素纖維的負電性，有助于纖維素纖維在漿體中的分散和穩(wěn)定，減少纖維素纖維的團聚和沉淀現(xiàn)象，從而提高電解紙的穩(wěn)定性和耐久性。

39、優(yōu)選的，所述濕紙抄造定量為24～28g/m2。

40、優(yōu)選的，所述高速均質(zhì)的轉速為15000～20000rpm。

41、優(yōu)選的，所述壓光處理條件為：溫度62～66℃，壓力0.15～0.2kgf/cm2。

42、優(yōu)選的，所述高密度電解紙的厚度為15～30凱恩。

43、優(yōu)選的，所述電解液包括雙三氟甲烷磺酰亞胺鋰、有機溶劑。

44、優(yōu)選的，所述雙三氟甲烷磺酰亞胺鋰在電解液中的濃度為0.5～1.5mol/l。

45、優(yōu)選的，所述有機溶劑為碳酸乙烯、碳酸二甲酯、碳酸丙烯和n-甲基吡咯烷酮混合物。

46、優(yōu)選的，所述碳酸乙烯、碳酸二甲酯、碳酸丙烯和n-甲基吡咯烷酮的體積比為(1～3)：(1～3)：(1～3)：1；進一步優(yōu)選的，為2：2：2：1。

47、發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，選用特定的有機溶劑和鋰鹽制備電解液，能夠提高電容的耐高溫和耐低溫性能。這可能是因為這四種有機溶劑之間有協(xié)同作用，碳酸乙烯和碳酸丙烯之間具有良好的互溶性和協(xié)同效應，碳酸乙烯的加入可以降低碳酸丙烯的熔點，改善電解液的低溫性能，同時，兩者的混合能夠形成穩(wěn)定的溶劑化結構，有助于離子的傳輸和存儲，而n-甲基吡咯烷酮與的碳酸乙烯和碳酸丙烯搭配使用能夠提高電解液的穩(wěn)定性，促進離子高效傳輸?shù)耐瑫r提高電容的電化學穩(wěn)定性。碳酸二甲酯與碳酸丙烯復配，不僅能夠降低電解液的粘度，提高離子遷移率，還能夠降低熔點，有助于改善電解液的低溫性能。此外，四種有機溶劑能夠改善電極表面的潤濕性，促進離子在電極/電解液界面的快速傳輸，從而提高電容性能。

48、所述電力電容的制備方法，包括以下步驟：將正極箔、負極箔裁剪后與正導針、負導針鉚接；將電解紙放入鉚接后的正極箔、負極箔之間卷繞形成芯包，往芯包中注入電解液后，利用膠粒將其密封在鋁殼中并進行機械化束腰與封口，得到半成品電容；將半成品電容清洗后套管，依次老化選別、二次老化選別、觀察外觀、檢驗后，即得。

49、優(yōu)選的，所述電解紙的層數(shù)為4層(中密度電解紙和高密度電解紙疊加為一層)。

50、雖然高密度電解紙性能優(yōu)異，但是其加工方法較復雜，成本較高。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，選用中密度電解紙和高密度電解紙疊加作為電解紙，同時在組裝電容時，電解紙的層數(shù)為4層時，不僅能夠節(jié)約成本，還能夠降低esr值(等效串聯(lián)電阻)，同時提升高電壓沖擊力。這可能是因為中、高密度電解紙混用四層時，一方面不同密度的電解紙具有不同的吸液性能和保液能力，高密度電解紙通常具有更好的保液能力，而低密度電解紙則具有更好的吸液速度，這種組合可以優(yōu)化電解液的分布和保持，減少電解液的流失和揮發(fā)，從而降低esr值。另一方面多層復合結構可以改善電解紙的整體纖維結構，使其更加均勻和致密，有助于減少電解紙內(nèi)部的孔隙和缺陷，提高電解液的傳輸效率，進一步降低esr值的同時，還可以增強整個電解紙結構的耐壓能力，提高產(chǎn)品在高電壓下的沖擊力。

51、所述老化選別和二次老化選別的條件為：環(huán)境溫度為155℃，施加電壓為500v，持續(xù)施加12h，此過程中，持續(xù)監(jiān)測電容器的漏電回升值變化率，變化率≤10％可進入下一步。

52、在一些優(yōu)選的方案中，在清洗后對半成品電容進行二次束腰再套管，可以進一步提高芯包在鋁殼內(nèi)的穩(wěn)定性，防止使用時內(nèi)部結構發(fā)生變異，同時提高產(chǎn)品抗振動性。

53、與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點和有益效果為：

54、1.本發(fā)明提供一種電力電容，不僅容量大，而且高高低溫特性好，耐振動性強，耐電壓沖擊，同時具有長壽命。

55、2.本發(fā)明采用發(fā)熱量小的硼酸體系化成鋁箔，減小產(chǎn)品使用時內(nèi)溫升，不僅能夠提高電容的壽命，還能夠提高電容的耐高溫穩(wěn)定性。

56、3.本發(fā)明采用含水率低且電導率高的電解液，能提升產(chǎn)品耐高溫、耐低溫性能。

57、4.本發(fā)明采用高純度的導針及高電壓鋁?；桑_保產(chǎn)品參數(shù)性能穩(wěn)定性。

58、5.本發(fā)明采用中、高密度的電解紙混用4層，降低產(chǎn)品esr值，同時提升高電壓沖擊力。

59、6.本發(fā)明采用特殊的老化工藝，確保產(chǎn)品在有效期內(nèi)漏電回升值變化率≤10％。

60、7.本發(fā)明組立工序采用雙束腰方式，提升產(chǎn)品抗振動性。