包含胶体工作电解液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。所述电容器包括一阳极，所述阳极包含一通过压紧和烧结粉末形成的阳极氧化压片，一阴极，所述阴极包含涂覆有导电聚合物的金属基体，以及一工作电解液，所述工作电解液与所述阳极和所述阴极相连通。所述工作电解液是以胶体的形式存在，并包含一有机酸的铵盐、无机氧化物颗粒、酸和包含水的溶剂系统。所述工作电解液的pH值从约5.0到约8.0。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及包含胶体工作电解液的湿式电解电容器。
技术介绍
高电压电解电容器在许多应用中被用作能量贮藏器，包括可植入医疗设备。这些电容器都需要很高的能量密度，因为它需要将植入型设备的整体尺寸减到最小。这对于植入型心律转复除颤器(“ICD”)，也被称为植入型除颤器尤其是这样，因为用于提供除颤脉冲的高电压电容器占用多达三分之一的ICD体积。此类ICD通常串联使用两个到四个电解电容器，以实现用于实施电击所需的高电压。一般来说，由于电解电容器的小尺寸而使用金属箔(例如，铝箔)。因为电容器的静电电容与其电极面积成比例，所以金属箔的表面可以在形成介电薄膜前，使其粗糙或化学转化来提高有效面积。使金属箔的表面粗糙的步骤称为蚀刻。通常地，蚀刻是通过浸入盐酸的方法(化学蚀刻)或通过在盐酸水溶液中进行电解的方法(电化学蚀刻)来实现的。电解电容器的电容由阳极金属箔的粗糙程度(表面面积)和氧化膜的介电常数来决定的。由于蚀刻金属箔的表面积有限，另外还尝试在湿式电解电容器中采用多孔烧结颗粒，即“液态钽”电容器。例如，钽颗粒可通过在高压下压缩粉末并在高温下烧结形成海绵状结构，该结构非常坚固和密实的，但同时也很是高孔隙度的。由此得到的钽颗粒的多孔性提供了一个很大的内表面面积。然而，尽管其表面积大，但钽颗粒可能仍存在高的等效串联电阻和高灵敏度的电容-频率，特别是在医疗设备中高电压下经常会遇到。不稳定性或电容器中包含的电解液的退化特别地加剧了这些问题。因此，当前有必要改善在植入型医疗设备，如除颤器中使用的湿式电解电容器。
技术实现思路
根据本专利技术的一个实施例，公开了湿式电解电容器包括一阳极，所述阳极包含一通过压紧和烧结粉末形成的阳极氧化压片，一阴极，所述阴极包含涂覆有导电聚合物的金属基体，以及一工作电解液，所述工作电解液与所述阳极和所述阴极相连通。所述工作电解液是以胶体的形式存在，并包含一有机酸的铵盐、无机氧化物颗粒、酸和包含水的溶剂系统。所述工作电解液的PH值为约5.0到约8.0。根据本专利技术的另一个实施例，公开了一用于湿式电解电容器的工作电解液。所述电解液包括约lwt%至约40wt%的至少一种有机酸铵盐,约0.01wt%至约10wt%的至少一种酸，大约0.5wt%至约20wt%的无机氧化物颗粒，约30wt%至约70wt%的水,和约5wt%至约40wt%的至少一种辅助溶剂。所述工作电解液是以胶体的形式存在，并且具有约5.0到约8.0的pH值，以及在25°C温度下，测定具有从约10至80毫西门子每厘米的导电率。根据本专利技术的另一个实施例，公开了一种形成固体电解电容器的方法。所述方法包括形成一混合物，所述混合物包括一有机酸的铵盐、无机氧化物颗粒、酸和含水的溶剂系统；诱导所述混合物凝胶化，使其具有约50°至90°的第一相角δ ;放置凝胶化的混合物，使其与阳极、阴极或是两者接触连通，其中，所述阳极包括一通过压紧和烧结粉末形成的阳极氧化压片，以及所述阴极包括涂覆有导电聚合物的金属基体；并且其后，允许所述混合物进一步凝胶成一工作电解液，所述工作电解液具有0°至约20°的第二相角δ，其中所述工作电解液进一步具有约5.0到约8.0的pH值。本专利技术的其他方面及特征将在下面进行更详细的描述。附图说明本专利技术的完整和具体说明，包括对于本领域技术人员而言的最佳实施例，结合附图和附图标记在具体实施方式中作进一步描述图1是本专利技术湿式电解电容器的一个实施例的透视图；图2是本专利技术电容器中使用的一阳极的实施例的俯视图；图3是图2阳极的主视图；图4是展示了图2阳极与外壳组件组装形成图1中所示电容器的透视图。在本说明书及附图中，同一附图标记表示本专利技术相同或者相似的特征或部件。具体实施例方式应该理解，对于本领域技术人员来说，下面的内容仅为本专利技术的示范性实施例的描述，并不是对本专利技术更广泛的保护范围的限制，本专利技术更广泛的内容将通过所述示范性结构体现出来。本专利技术涉及一种湿式电解电容器，其包含一多孔的阳极氧化阳极主体，一包含涂覆有导电聚合物的金属基体的阴极，和一工作电解液，所述工作电解液是在阳极和阴极之间提供了连接路径的电活性材料。工作电解液的PH值呈中性，并以粘弹性凝胶的形式存在，这有助于稳定电解液的化学性质，以及提高阳极-阴极界面润湿均匀性。与传统观点相反，本专利技术的电容器可以由这种凝胶形成，仍能达到较高的电容和能量密度，而不会同样地出现高的等效串联电阻(“ESR”)。不受理论限制，我们认为，这种独特的电气性能组合可以通过选择性的控制工作电解液、阳极和阴极系统的各个方面来实现。例如，工作电解液包括有机酸的铵盐、无机氧化物颗粒、酸和水溶剂系统。当使用适当的浓度时，这些因素的组合可导致电解液的胶化，但仍然具有高的导电率及中性的PH值。阴极也可一致地采用高导电性、胶体电解液以实现所需的电气性能。不受理论的限制，我们认为，将电容器充到较高电压(例如，超过形成电压(formation voltage)),能提高电荷密度。然而，由于导电聚合物通常是无定形的，它会耗散和/或吸收与高电压有关的热量。在放电时，导电聚合物同样“放松”，使电解液中的离子移出聚合物层。通过这种膨胀和松弛机理，不需与电解液发生化学反应，电极附近的电荷密度即可得到提高。下面将更为详细地说明本专利技术的各种实施例。一、工作电解液如上文所指出，工作电解液以一粘弹性的“凝胶”的形式存在，通常这定义为一固态或半固态胶态悬浮体，其包含一连续相和一分散相，其中至少一个相是固体的，以及至少一个相是液体的。例如，当无机氧化物颗粒交联形成一连续相，及包含水的溶剂作为一分散相被截留在交联网状系统中时，可形成一水凝胶。不管其具体形式如何，电容器内的粘弹性凝胶是以半固态或固态的形式存在，以至于它不容易在室温下流动。这种属性可以由粘弹性的相角δ表示,它是应力的呈正弦关系的时间函数(the sinusoidal time variationin the stress)与剪切速率的呈正弦关系的时间函数的相位相差的角度。理想弹性固体的相角S为0° (同相)，而理想粘性液体的相角δ为90° (不同相)。在本专利技术中，胶体电解液的相角δ通常从0°至大约20°，在一些实施例中从0.1°至大约5°，以及在一些实施例中从大约0.2°至大约2°。另一个可以表示凝胶的粘弹特性是储能模量G'，其由最大应力除以“同相”组件的应力(表现为类固体特性)。通常地，本专利技术胶体电解液的储能模量为5千帕(“kPa”)或更大，在一些实施例中为大约IOkPa或更大，以及在一些实施例中从大约15到大约50kPa。相角和储能模量可以通过在室温下(例如25°C)结合配有椎板结构的流变仪的动态振荡进行测试(例如，频率为IOHz和压力为5Pa)。通常地，工作电解液的导电率很高，在温度25 °C，采用任何已知的电导仪(如Oakton ConSeriesll)测定大约为5到大约100毫西门子每厘米(“mS/cm”),在一些实施例中，大约为10到大约80mS/cm,在一些实施例中，大约为15mS/cm到大约70mS/cm,在一些实施例中，大约为20到大约60mS/cm。在所述范围内，电场像电介质一样强，但能延伸到电解液内，其长度(德拜长度)足够导致明显的电荷分离。这一点使电介质的势能延伸到电解液，因此，所得本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种湿式电解电容器，包括：一阳极，该阳极包含一通过压紧和烧结粉末形成的阳极氧化压片；一阴极，该阴极包含涂覆有导电聚合物的金属基体；以及一工作电解液，该工作电解液与所述阳极和阴极接触连通，其中，所述工作电解液以胶体形式存在，并包含有机酸的铵盐、无机氧化物颗粒、酸和含水的溶剂系统，其中，所述工作电解液的pH值约为5.0到8.0。

【技术特征摘要】
2011.12.02 US 61/566,1601.一种湿式电解电容器,包括: 一阳极，该阳极包含一通过压紧和烧结粉末形成的阳极氧化压片； 一阴极，该阴极包含涂覆有导电聚合物的金属基体；以及 一工作电解液，该工作电解液与所述阳极和阴极接触连通，其中，所述工作电解液以胶体形式存在，并包含有机酸的铵盐、无机氧化物颗粒、酸和含水的溶剂系统，其中，所述工作电解液的PH值约为5.0到8.0。2.根据权利要求1所述的湿式电解电容器，其中所述工作电解液的PH值约为6.0到约7.0。3.根据权利要求1所述的湿式电解电容器，其中所述工作电解液在25°C的温度下测定具有约10至80毫西门子每厘米的导电率。4.根据权利要求1所述的湿式电解电容器，其中所述工作电解液在25°C的温度下测定具有约20至60毫西门子每厘米的导电率。5.根据权利要求1所述的湿式电解电容器，其中所述工作电解液具有0°至约20°的相角S。6.根据权利要求1所述的湿式电解电容器，其中所述工作电解液具有约0.2°至约2°的相角S。7.根据权利要求1所述的湿式电解电容器，其中所述工作电解液具有约5千帕或更大的储能模量G’。8.根据权利要求1所述的湿式电解电容器，其中所述电容器能够充电至约200V到约240V的工作电压，以及其中阳极的压片在约220伏电压到约250伏的形成电压下阳极氧化的。9.根据权利要求1所述的湿式电解电容器，其中所述铵盐的有机酸是多元酸。10.根据权利要求9所述的湿式电解电容器，其中所述多元酸是己二酸、α-酒石酸、内消旋酒石酸、乙二酸、乳酸或它们的组合。11.根据权利要求1所述的湿式电解电容器，其中所述有机酸的铵盐占所述工作电解液大约5wt%至约35wt%。12.根据权利要求1所述的湿式电解电容器，其中所述酸包括乙二胺四乙酸。13.根据权利要求1所述的湿式电解电容器，其中所述酸占所述工作电解液大约0.01wt% 至约 10wt%o14.根据权利要求1所述的湿式电解电容器，其中所述溶剂系统进一步包括辅助溶剂。15.根据权利要求14所述的湿式电解电容器，其中所述辅助溶剂为乙二醇。16.根据权利要求14所述的湿式电解电容器，其中所述水占所述电解液大约35被％至约66wt%,以及所述辅助溶剂占所述电解液大约10wt%至约35wt%。17.根据权利要求1所述的湿式电解电容器，其中所述无机氧化物颗粒占所述电解液大约lwt%至约15wt%018.根据权利要求1所述的湿式电解电容器，其中所述无机氧化物颗粒的平均颗粒大小为约I到约500纳米，以及比表面积为约100m2/g到约600m2/g。19.根据权利要求1所述的湿式电解电容器，其中所述无机氧化物颗粒是气相二氧化娃颗粒。20.根据权利要求1所述的湿式电解电容器，其中所述阳极是平坦的并具有约5毫米或更小的厚度。21.根据权利要求20所述的湿式电解电容器，其中所述引线具有弯曲构造，从所述平坦的阳极延伸。22.根据权利要求20所述的湿式电解电容器，其中所述平坦的阳极具有D...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·H·德雷西格，J·S·贝茨，A·P·里特，Z·L·西博尔德，M·D·韦弗，R·H·皮斯，
申请(专利权)人：AVX公司，
类型：发明
国别省市：