用于高温环境的湿式电解电容器制造技术

本发明专利技术公开了一种湿式电解电容器，其包括由阳极氧化的烧结多孔体形成的阳极及液体工作电解质。外壳包含一涂覆有电化学活性材料的金属基体。通过与电容器构造和密封组件相关的特征的独特和受控的组合，本发明专利技术者发现，可以在较高温度下实现良好的电气性质（例如，ESR稳定性）。湿式电解电容器有助于实现这样良好的ESR稳定性的一个独特的特征是在阴极的金属基体上存在在受控厚度范围内的介电层。在其他实施方案中，可采用密封组件，其包含一密封件（例如，玻璃-金属密封件）和一弹性隔障密封件，该弹性隔障密封件由高温弹性材料形成。

【技术实现步骤摘要】
用于高温环境的湿式电解电容器
本专利技术涉及一种湿式电解电容器，特别是一种用于高温环境的湿式电解电容器。
技术介绍
一般而言，与某些其它类型的电容器相比，电解电容器每单位体积的电容更大，使其在较高电流和低频率电路中很有价值。已开发出一种类型的电容器，其为一包含烧结钽粉阳极的“湿式”电解电容器。这些钽“金属块(slug)”具有非常大的内部表面积。这些钽金属块首先经历电化学氧化，形成一氧化层涂层作为电介质覆盖钽主体的整个外部和内部表面。然后将阳极化的钽金属块密封在包含高导电性和一般腐蚀性液体电解液的容器(can)中，该容器具有高表面积和导电衬里，能使电流流到液体电解液。可惜的是，这种湿式电容器在液体电解液泄漏时会出现问题。例如，在运作过程中会放出气体(如氢气)，导致电容器内的压力增加。这可导致泄漏发生在传统非密封式聚合物密封件周围，端线从电容器外壳突出的地方。 鉴于上述情况，人们通常采用气密密封件(例如，玻璃-金属密封)，端线可安全地延伸穿过该密封件。但是，密封件本身有时会被液体电解液腐蚀。由于这个原因，人们也通常采用液体密封件以防止密封件的内区域暴露于电解液。例如，Knight等人的专利号为7，206,186的美国专利介绍了一液体密封，其通过压缩盖子下侧和连接到电容器元件的端板之间的弹性环形成。也可将衬套放置在弹性环内，以相对于密封件使该环居中。尽管人们作出种种努力来改善这种电解电容器的液体密封，但问题仍然存在。例如，即使在使用了液体密封件的情况下，本【专利技术者】发现，这种电容器在与许多商业应用相关的高温环境中仍倾向于表现出不良的等效串联电阻(“ESR”)稳定性。 因此，仍然需要一改进的密封的湿式电解电容器。
技术实现思路
本专利技术的一个实施方案公开了一种湿式电解电容器，其包括一外壳，该外壳限定了一开口和一包围内部的侧壁，其中该外壳包含一用电化学活性材料涂覆的金属基体；设置在外壳内部的阳极，其中阳极由一阳极氧化的烧结的多孔主体形成，该阳极包括一从中延伸的阳极引线；以及一液体工作电解液，该电解液与阳极和电化学活性材料电接触。用2伏特偏压和I伏特信号在120Hz的频率下测量，该湿式电解电容器在200°C的温度下表现出约3000毫欧姆或以下的等效串联电阻。 本专利技术的另一个实施方案公开了一种湿式电解电容器，其包括一外壳，该外壳限定了一开口和一包围内部的侧壁，其中该外壳包含一阳极氧化的金属基体，该基体具有厚度约10纳米至约500纳米的介电层；设置在外壳内部的阳极，其中阳极由一阳极氧化的烧结的多孔主体形成，该阳极包括一从中延伸的阳极引线；以及一液体工作电解液，该电解液与阳极和电化学活性材料电接触。 本专利技术的又一个实施方案公开了一种湿式电解电容器，其包括一个外壳，其限定了一开口和一包围内部的侧壁，其中该外壳包含一用电化学活性材料涂覆的金属基体；设置在外壳内部的阳极，其中该阳极由一阳极氧化的烧结的多孔主体形成，该阳极包括一从中延伸的阳极引线；液体工作电解液，该电解液与阳极和电化学活性材料电接触；以及覆盖外壳的开口的密封组件，其包含密封件(hermetic seal)和隔障密封件,其中隔障密封件包含一弹性材料，按照ASTM D412进行测定，在500毫米每分钟的拉伸夹头速度(tensilegrip speed)，在200°C的温度下，该弹性材料展示出在断裂时约100%或以上的伸长率和/或在断裂时约2兆帕斯卡或以上的拉伸强度。 本专利技术的另一个实施方案公开了一种形成电解电容器的方法。该方法包括:通过阳极氧化一金属基体，以在其上形成厚度约10纳米至约500纳米的介电层，然后用电化学活性材料涂覆基体，形成一外壳；将阳极放置在外壳的内部，其中阳极由阳极氧化的烧结的多孔主体形成，所述阳极包含一从中延伸的阳极引线；以及放置一与阳极和电化学活性材料电接触的液体工作电解质。 本专利技术的其它特点和方面将在下文进行更详细的说明。 【附图说明】 本专利技术完整的和能够实现的公开内容，包括对于本领域技术人员而言的最佳方式，将参考附图在说明书的其余部分中更具体地给出，其中: 图1是本专利技术湿式电解电容器的一个实施方案的示意图； 图2是显示实施方案I的电容器在200°C下的ESR (欧姆)相对于时间(小时)的图形化结果；以及 图3是显示实施方案2的电容器在200°C下的ESR (欧姆)相对于时间(小时)的图形化结果。 说明书和附图中重复使用的附图标记意在表示相同或者相似的本专利技术的特征或元件。 【具体实施方式】 本领域技术人员应当理解，目前的讨论仅作为示范性实施方案的描述，并不是对本专利技术更广泛范围的限制。 一般来说，本专利技术针对一湿式电解电容器，其包含一阳极和一液体工作电解液，该阳极由阳极氧化的烧结的多孔主体形成，该液体工作电解液置于外壳内。该外壳包含一涂覆有电化学活性材料的金属基体。通过与电容器构造和密封组件相关的特征的独特和受控的组合，本【专利技术者】发现，可以在较高温度下实现良好的电气性质(例如，ESR稳定性)。例如，在频率120Hz，偏压2伏特和I伏特信号下测量时，本专利技术电容器的ESR可为约3，000毫欧或以下，在一些实施方案中，低于约2,000毫欧，在一些实施方案中，为约I至约1,000毫欧，以及在一些实施方案中，为约50毫欧至约800毫欧。值得注意的是，这样低的ESR值甚至在高温下仍可维持。例如，该值可维持在约150°C到约400°C的温度范围内，在一些实施方案中，维持在约175°C到约350°C，以及在一些实施方案中，维持在约200°C到约300°C(例如，2001:、2251:、2501:、2751:或300°0。该值的工作时间也可维持较长，如约100小时或更长，在一些实施方案中，维持约200小时至约3000小时，以及在一些实施方案中，维持约400小时至约2000小时(例如，500小时、600小时、700小时、800小时、900小时、1000小时、1100小时、1200小时或2000小时)。 湿式电解电容器有助于实现这样良好的ESR稳定性的一个独特的特征是在阴极的金属基体上存在在受控厚度范围内的介电层。例如，厚度可为约10纳米至约500纳米，在一些实施方案中为约15纳米至约200纳米，在一些实施方案中为约20纳米至约100纳米，以及在一些实施方案中为约30纳米至约80纳米。在受理论限制的范围内，人们相信，通常存在于工作电解液中的酸可在较高温度下与金属基体(例如，钽)经历二次反应。因此，较厚介电层的存在可有助于使金属基体钝化，并从而减少工作电解液与基体反应的可能性，以降低其导电率并增加ESR。但是，通过确保厚度控制在上述范围内，本【专利技术者】还发现，阴极的导电率并未降低至对电容器的电气性质造成不利影响的程度。 当然，也可以选择电容器的其它方面来帮助实现高温下需要的性能。在某些实施方案中，例如，可采用密封组件，其包含一密封件(例如，玻璃-金属密封件)和一弹性隔障密封件，该弹性隔障密封胶由高温弹性材料形成。通过有选择地控制弹性材料的性质，本【专利技术者】发现，所得隔障密封件甚至可在高温下维持其弹性。这为隔障密封件提供了抑制从电解质泄漏的蒸汽逃逸出电容器的能力，否则会造成ESR快速增加。隔障密本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种湿式电解电容器，包括：一外壳，其限定一开口和包围内部的侧壁，其中该外壳包含一用电化学活性材料涂覆的金属基体；一阳极，其置于所述外壳内部，其中所述阳极由经阳极氧化的烧结的多孔主体形成，所述阳极包含从中伸出的阳极引线；以及液体工作电解质，其与阳极及电化学活性材料电接触；其中，用2伏特偏压和1伏特信号在120Hz的频率下测量，该湿式电解电容器在200℃的温度下表现出约3000毫欧姆或以下的等效串联电阻。

【技术特征摘要】
2013.03.15 US 61/788,2631.一种湿式电解电容器,包括: 一外壳，其限定一开口和包围内部的侧壁，其中该外壳包含一用电化学活性材料涂覆的金属基体； 一阳极，其置于所述外壳内部，其中所述阳极由经阳极氧化的烧结的多孔主体形成，所述阳极包含从中伸出的阳极引线；以及 液体工作电解质，其与阳极及电化学活性材料电接触； 其中，用2伏特偏压和I伏特信号在120Hz的频率下测量，该湿式电解电容器在200°C的温度下表现出约3000毫欧姆或以下的等效串联电阻。2.根据权利要求1所述的湿式电解电容器，其中介电层存在于金属基体上，其厚度为约10纳米至约500纳米。3.根据权利要求2所述的湿式电解电容器，其中所述介电层的厚度为约20至约100纳米。4.根据前述权利要求要求任一项所述的湿式电解电容器，进一步包括覆盖所述开口的密封组件，该密封组件包括一密封件和一隔障密封件，其中所述隔障密封件包含弹性材料。5.根据权利要求4所述的湿式电解电容器，其中所述弹性材料包括全氟弹性体。6.根据权利要求4或 5所述的湿式电解电容器，其中按照ASTMD412进行测定，在500毫米每分钟的拉伸夹头速度，在200°C的温度下，所述弹性材料展示出在断裂时约100%或以上的伸长率和/或断裂时约2兆帕斯卡或以上的拉伸强度。7.—种湿式电解电容器,包括: 一外壳，其限定了一开口和包围内部的侧壁，其中所述外壳包含一阳极氧化的金属基体，该基体具有厚度为约10纳米至约500纳米的介电层，其中所述金属基体涂覆有电化学活性材料； 一阳极，其置于所述外壳内部，其中所述阳极由经阳极氧化的烧结的多孔主体形成，所述阳极包含从中伸出的阳极引线；以及 液体工作电解质，其与阳极及电化学活性材料电接触。8.—种湿式电解电容器,包括: 一外壳，其限定一开口和围绕内部的侧壁，其中该外壳包含一用电化学活性材料涂覆的金属基体； 一阳极，其置于所述外壳内部，其中所述阳极由经阳极氧化的烧结的多孔主体形成，所述阳极包含从中伸出的阳极引线； 液体工作电解质，其与阳极及电化学活性材料电接触；以及 一密封组件，其覆盖所述外壳的开口，并包含密封件和隔障密封件，其中所述隔障密封件包含一弹性材料，按照ASTM D412进行测定，在500毫米每分钟的拉伸夹头速度，在200°C的温度下，所述弹性材料展示...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·D·韦弗，
申请(专利权)人：AVX公司，
类型：发明
国别省市：美国;US