一种固液混合电容器及其制造方法
阅读说明：本技术 一种固液混合电容器及其制造方法 (Solid-liquid mixed capacitor and manufacturing method thereof ) 是由 何东石 刘泳澎 伍小军 陈桃桃 于 2020-11-27 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种固液混合电容器及其制造方法,该制造方法包括以下步骤：(A1)将芯包浸入聚合物分散液中进行含浸处理,含浸完成后进行烘干处理；(A2)往电容器外壳注入添加剂；(A3)将步骤(A1)获得的芯包装入步骤(A2)获得的电容器外壳,然后抽真空,封口；(A4)老化步骤。相比传统添加剂含浸方式,本发明优化工艺,减少工序,无须含浸槽循环含浸、吸液纸吸液及吸液后的烘烤,极大提高了生产效率；同时精确控制添加剂的加入量,避免添加剂的浪费,降低成本；还实现了每个产品添加剂含量的均一性、合理性,从而保证产品特性的一致性,也避免含浸后的产品吸收空气中的水分,提高产品的可靠性。(The invention discloses a solid-liquid mixed capacitor and a manufacturing method thereof, wherein the manufacturing method comprises the following steps: (A1) immersing the core wrap into the polymer dispersion liquid for impregnation treatment, and drying after the impregnation treatment is finished; (A2) injecting an additive into the capacitor case; (A3) filling the core bag obtained in the step (A1) into the capacitor shell obtained in the step (A2), vacuumizing and sealing; (A4) and (5) an aging step. Compared with the traditional additive impregnation mode, the method has the advantages that the process is optimized, the working procedures are reduced, the impregnation tank is not required for circulating impregnation, the liquid absorption paper is not required for absorbing liquid, and the baking after the liquid absorption is not required, so that the production efficiency is greatly improved; meanwhile, the addition amount of the additive is accurately controlled, so that the waste of the additive is avoided, and the cost is reduced; the uniformity and rationality of the additive content of each product are realized, so that the consistency of the product characteristics is ensured, the impregnated product is prevented from absorbing moisture in the air, and the reliability of the product is improved.)
技术领域
本发明涉及了电容器制造技术领域，特别是涉及了一种固液混合电容器及其制造方法。
背景技术
现有固液混合电容器的生产流程包括如下步骤：
（1）芯包卷绕：阳极箔和阴极箔之间介入电解纸卷绕成芯包；
（2）化成修复处理：将卷绕的芯包浸入化成液中进行化成修复处理，取出然后烘烤；
（3）含浸步骤：将卷绕的芯包浸入聚合物分散液中进行含浸处理；
（4）加热聚合步骤：将含浸后的芯包进行加热聚合处理；
（5）添加剂含浸步骤：将加热聚合处理后的芯包浸入添加剂中进行添加剂含浸处理，取出然后吸液处理以去除芯包底部多余的添加剂，然后再烘烤；
（6）封装步骤：将步骤（5）的芯包入壳及胶塞封口；
（7）灌胶固化步骤；
（8）老化步骤。
现有的生产流程中含浸添加剂（也称为电解液）步骤存在以下缺陷：
1、工艺流程复杂：须先含浸→吸液→烘烤，不仅生产周期长，而且造成资源浪费；
2、材料浪费：产品含浸添加剂后，需要将多余的添加剂采用吸液、烘烤的方式去除；添加剂在浸泡芯子一定次数后，不可避免的会吸收空气中的水分或被其它物质污染，导致报废；
3、产品一致性差：添加剂的加入量，无法精确控制（芯包中最终添加剂的含量与吸液时间、烘烤时间、烘烤温度有关，实际生产过程中，难以控制），导致产品特性的一致性差；
4、品质隐患：含浸添加剂后的产品，极其容易吸收空气中的水分，造成产品特性或寿命不良。
为了解决上述缺陷，目前常采用的方式是将添加剂定量注入到铝壳后，然后装入芯包，接着封口以及老化。此方式虽然一定程度上解决了上述的缺陷，但是此方式仅针对小规格产品，而对于大尺寸电容器产品（尺寸8mm*14mm以上），反而增大了如下隐患：芯包无法充分吸收添加剂，造成添加剂在芯包内分布不均匀，使得产品的一致性反而更差；添加剂可能未被全部吸收，即电容器存在积液的可能性，如此会导致发热严重及内部压力过大，影响电容器使用寿命。
发明内容
为了解决上述现有技术的问题，本发明提供了一种固液混合电容器及其制造方法，本发明制造方法将添加剂预先注入到电容器外壳内再装入含浸后的芯包或者将含浸后的芯包装入电容器外壳内再其上注入添加剂，然后进行封口前的抽真空处理，通过抽真空处理使外壳中的添加剂迅速并均匀的被芯包吸收。
本发明所要解决的技术问题通过以下技术方案予以实现：
第一方面，一种固液混合电容器的制造方法，其包括以下步骤：
（A1）将芯包浸入聚合物分散液中进行含浸处理，含浸完成后进行烘干处理；
（A2）往电容器外壳注入添加剂；
（A3）将步骤（A1）获得的芯包装入步骤（A2）获得的电容器外壳，然后抽真空，封口；
（A4）老化步骤。
作为本发明提供的所述的固液混合电容器的制造方法的一种优选实施方式，所述步骤（A3）和步骤（A4）之间还包括烘烤步骤。
作为本发明提供的所述的固液混合电容器的制造方法的一种优选实施方式，所述烘烤步骤为封口后清洗程序中的干燥步骤。
作为本发明提供的所述的固液混合电容器的制造方法的一种优选实施方式，所述抽真空具体为：真空时间：10～60s，真空度：-90～-70Kpa。
作为本发明提供的所述的固液混合电容器的制造方法的一种优选实施方式，在所述烘烤步骤中，烘烤时间：2～4h，烘烤温度：85～105℃。
值得注意的是，上述步骤（A1）和（A2）的顺序没有严格的前后限定，两者的顺序可同时进行，也可以先步骤（A1）再步骤（A2），还可以先步骤（A2）再步骤（A1）。
第二方面，一种固液混合电容器的制造方法，其包括以下步骤：
（B1）将芯包浸入聚合物分散液中进行含浸处理，含浸完成后进行烘干处理；
（B2）将步骤（B1）获得的芯包装入电容器外壳，然后注入添加剂到所述芯包上；
（B3）抽真空，封口；
（B4）老化步骤。
作为本发明提供的所述的固液混合电容器的制造方法的一种优选实施方式，所述步骤（B3）和步骤（B4）之间还包括烘烤步骤。
作为本发明提供的所述的固液混合电容器的制造方法的一种优选实施方式，所述烘烤步骤为封口后清洗程序中的干燥步骤。
作为本发明提供的所述的固液混合电容器的制造方法的一种优选实施方式，所述抽真空具体为：真空时间：10～60s，真空度：-90～-70Kpa。
作为本发明提供的所述的固液混合电容器的制造方法的一种优选实施方式，在所述烘烤步骤中，烘烤时间：2～4h，烘烤温度：85～105℃。
作为本发明提供的所述的固液混合电容器的制造方法的一种优选实施方式，所述固液混合电容器为尺寸在8mm*14mm以上的电容器。
第三方面，一种固液混合电容器，其由如上述的制造方法制得。
本发明具有如下有益效果：
本发明制造方法将添加剂预先注入到电容器外壳内再装入含浸后的芯包或者将含浸后的芯包装入电容器外壳内再其上注入添加剂，然后进行封口前的抽真空处理，通过抽真空处理使外壳中的添加剂迅速并均匀的被芯包吸收。相比传统添加剂含浸方式，本发明优化工艺，减少工序，无须含浸槽循环含浸、吸液纸吸液及吸液后的烘烤，极大提高了生产效率；同时精确控制添加剂的加入量，避免添加剂的浪费，降低成本；还实现了每个产品添加剂含量的均一性、合理性，从而保证产品特性的一致性，也避免含浸后的产品吸收空气中的水分，提高产品的可靠性。
针对大尺寸电容器产品，本发明人经过大量的试验得出，外壳内注入添加剂或在芯包上直接注入电解液只是精确控制每个产品添加剂含量，还需要通过封口前的抽真空处理以及封口后的烘烤处理从而保证制造大尺寸电容器产品时添加剂可被快速充分地吸收以及均匀分布在芯包上，既保证大尺寸电容器产品间的一致性以及杜绝存在积液的可能性，进一步提升产品的质量、稳定性以及保证产品使用寿命。
附图说明
图1为本发明中实施例1-10及对比例1-5的充放电测试中的容量衰减△C对比数据趋势图；
图2为本发明中实施例11及对比例6、7的充放电测试中的容量衰减△C对比数据趋势图；
图3为本发明中实施例12及对比例8-12的高温寿命测试中的容量衰减△C对比数据趋势图；
图4为本发明中实施例13-22及对比例13-17的充放电测试中的容量衰减△C对比数据趋势图；
图5为本发明中实施例23及对比例18、19的充放电测试中的容量衰减△C对比数据趋势图；
图6为本发明中实施例24及对比例20-24的高温寿命测试中的容量衰减△C对比数据趋势图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细的说明，实施例仅是本发明的优选实施方式，不是对本发明的限定。为了便于比较说明，下面实施例和对比例电容器尺寸规格均为8mm*14mm和10mm*20mm，但可以理解的是，本发明方法针对更大尺寸规格的电容器依然适用。
下面实施例1-12、对比例1-12的电容器尺寸规格为8mm*14mm，其中包括三组对比试验，第一组包括进行测试添加剂不同含浸方式对充放电性能的影响的实施例1-10、对比例1-5；第二组包括进行测试添加剂不同含浸方式对电解液含量以及充放电性能的影响的实施例11、对比例6、7；第三组包括进行测试添加剂含浸使用次数对高温寿命性能的影响的实施例12、对比例8-12。
第一组对比试验
实施例1
本实施例提供一种固液混合电容器的制造方法，其中电容器规格如下：CH 680μF/25V、8mm*14mm。具体地，该制造方法包括以下步骤：
（A1）将芯包浸入聚合物分散液中进行含浸处理，含浸完成后进行烘干处理；
（A2）往电容器外壳注入定量的添加剂；
（A3）将步骤（A1）获得的芯包装入步骤（A2）获得的电容器外壳，然后抽真空，封口；其中，真空时间：30s，真空度：-70Kpa；
（A4）老化步骤。制造成品进行充放电测试，数据如下表1所示。
实施例2
本实施例与实施例1的不同之处在于：真空时间：60s，真空度：-70Kpa。制造成品进行充放电测试，数据如下表2所示。
实施例3
本实施例与实施例1的不同之处在于：真空时间：30s，真空度：-80Kpa。制造成品进行充放电测试，数据如下表3所示。
实施例4
本实施例与实施例1的不同之处在于：真空时间：60s，真空度：-80Kpa。制造成品进行充放电测试，数据如下表4所示。
实施例5
本实施例与实施例1的不同之处在于：电容器规格如下：CH 680μF/25V、8mm*14mm，真空时间：10s，真空度：-90Kpa。制造成品进行充放电测试，数据如下表5所示。
实施例6
本实施例提供一种固液混合电容器的制造方法，其中电容器规格如下：CH 680μF/25V、8mm*14mm。具体地，该制造方法包括以下步骤：
（A1）将芯包浸入聚合物分散液中进行含浸处理，含浸完成后进行烘干处理；
（A2）往电容器外壳注入定量的添加剂；
（A3）将步骤（A1）获得的芯包装入步骤（A2）获得的电容器外壳，然后抽真空，封口；其中，真空时间：60s，真空度：-80Kpa；
（A31）将步骤（A3）获得的封口电容器裸品进行清洗程序，该清洗程序中含有烘烤步骤，具体地，烘烤时间：1h，烘烤温度：105℃；
（A4）老化步骤。制造成品进行充放电测试，数据如下表6所示。
实施例7
本实施例与实施例6的不同之处在于：烘烤时间：2h，烘烤温度：105℃。制造成品进行充放电测试，数据如下表7所示。
实施例8
本实施例与实施例6的不同之处在于：烘烤时间：4h，烘烤温度：105℃。制造成品进行充放电测试，数据如下表8所示。
实施例9
本实施例与实施例6的不同之处在于：烘烤时间：4h，烘烤温度：85℃。制造成品进行充放电测试，数据如下表9所示。
实施例10
一种固液混合电容器的制造方法，其中电容器规格如下：CH 680μF/25V、8mm*14mm。具体地，包括以下步骤：
（B1）将芯包浸入聚合物分散液中进行含浸处理，含浸完成后进行烘干处理；
（B2）将步骤（B1）获得的芯包装入电容器外壳，然后注入添加剂到所述芯包上；
（B3）抽真空，封口；其中，真空时间：60s，真空度：-80Kpa；
（B31）将步骤（B3）获得的封口电容器裸品进行烘烤步骤，具体地，烘烤时间：2h，烘烤温度：105℃；
（B4）老化步骤。制造成品进行充放电测试，数据如下表10所示。
对比例1
本实施例提供一种固液混合电容器的制造方法，其中电容器规格如下：CH 680μF/25V、8mm*14mm。具体地，该制造方法包括以下步骤：
（C1）将芯包浸入聚合物分散液中进行含浸处理，含浸完成后进行烘干处理；
（C2）将烘干处理后的芯包浸入添加剂含浸槽中进行添加剂含浸处理，抽真空（-70Kpa，300s）→加压（3kg·f/cm2，200s），循环2次；取出然后吸液处理以去除芯包底部多余的添加剂，接着于105℃下干燥40~45min；
需要说明的是，C2中的含浸槽内的添加剂为新液，即头次含浸。现有技术中含浸槽内的添加剂是重复循环使用的，通过电解液使用次数来判定电解液是否更换新电解液。随着使用次数的增加，电解液的含水率在达到一定的值后，变化趋于平和不再增加，而氯离子的含浸也慢慢趋于平缓增加，故而从原理上来讲也是根据氯离子含量来定义的，只不过为了现场操作方便，将氯离子含量转化为了使用次数。经多次测试，一般是将使用36次（刚好3批产品，氯离子含量＜5ppm）进行一次电解液更新或补液。
（C3）将步骤（C2）获得的芯包装入电容器外壳，然后封口，进行清洗程序（热水清洗5~8min，100~105℃干燥120min）。
（C4）老化步骤。制造成品进行充放电测试，数据如下表11所示。
对比例2
本实施例提供一种固液混合电容器的制造方法，其中电容器规格如下：CH 680μF/25V、8mm*14mm。具体地，该制造方法包括以下步骤：
（A1）将芯包浸入聚合物分散液中进行含浸处理，含浸完成后进行烘干处理；
（A2）往电容器外壳注入定量的添加剂；
（A3）将步骤（A1）获得的芯包装入步骤（A2）获得的电容器外壳，然后封口；
（A4）老化步骤。制造成品进行充放电测试，数据如下表12所示。
对比例3
该对比例与实施例6的不同之处在于：封口前不进行抽真空处理。制造成品进行充放电测试，数据如下表13所示。
对比例4
该对比例与实施例7的不同之处在于：封口前不进行抽真空处理。制造成品进行充放电测试，数据如下表14所示。
对比例5
该对比例与实施例8的不同之处在于：封口前不进行抽真空处理。制造成品进行充放电测试，数据如下表15所示。
第二组对比试验
实施例11与实施例7的步骤一致。对比例6、7与对比例1的步骤一致。其中实施例11选取每盘快结束封口的30个产品进行称重获得电解液重量以及进行充放电测试，测试数据如下表16所示。
对比例6选取的是每盘刚开始封口的30个产品进行称重获得电解液重量以及进行充放电测试，测试数据如下表17所示。
对比例7选取的是每盘快结束封口的30个产品进行称重获得电解液重量以及进行充放电测试，测试数据如下表18所示。
实施例11及对比例6、7的电解液重量数据及其Cpk如下表19所示。
第三组对比试验
实施例12
本实施例与实施例7的步骤一致，其中注入的电解液含水率0.2%，氯离子＜0.1ppm。制造成品进行125℃高温寿命测试，数据如下表20所示。
对比例8-12
该对比例8-12与对比例1的步骤一致，各对比例的区别在于：
对比例8的添加剂含浸槽中的添加剂为未使用过的新液（本次为新液，电解液含水率0.2%，氯离子＜0.1ppm），对比例8制造成品进行125℃高温寿命测试，数据如下表21所示。
对比例9的添加剂已含浸过2次（本次为第3次含浸，电解液含水率4.3%，氯离子＜0.1ppm），对比例9制造成品进行125℃高温寿命测试，数据如下表22所示。
对比例10的添加剂已含浸过4次（本次为第5次含浸，电解液含水率4.8%，氯离子＜0.3ppm），对比例10制造成品进行125℃高温寿命测试，数据如下表23所示。
对比例11的添加剂已含浸过9次（本次为第10次含浸，电解液含水率5.5 %，氯离子＜1.2ppm），对比例11制造成品进行125℃高温寿命测试，数据如下表24所示。
对比例12的添加剂已含浸过19次（本次为第20次含浸，电解液含水率5.6 %，氯离子＜2.5ppm），对比例12制造成品进行125℃高温寿命测试，，数据如下表25所示。
下面实施例13-24、对比例13-24的电容器尺寸规格为CN22μF/63V、10mm*20mm，其中实施例13-22、对比例13-17是进行测试添加剂不同含浸方式对充放电性能的影响的实施例和对比例；实施例23、对比例18、19是进行测试添加剂不同含浸方式对电解液含量以及充放电性能的影响的实施例和对比例；实施例24、对比例20-24是进行测试添加剂含浸使用次数对高温寿命性能的影响的实施例和对比例。
可以理解的是，实施例13与实施例1对应，实施例13与实施例2对应，以此类推。
实施例11及对比例6、7的电解液重量数据及其Cpk如下表26所示。
从实施例1-10及对比例1-5的充放电测试数据表以及图1、4可知，当采用注入添加剂的含浸方式，若未进行封口前的抽真空以及封口后的烘烤处理的电容器容量衰减程度相比当仅进行封口前的抽真空的电容器容量衰减程度比较大，分析应该是添加剂未被完全吸收且分布不均匀；而当采用定量注入添加剂、封口前的抽真空以及封口后的烘烤处理组合方式后电容器衰减较低，其衰减程度可以跟现有含浸方式（含浸液为新液未含浸过情况）的电容器衰减程度持平甚至更好，采用定量注入添加剂、封口前的抽真空以及封口后的烘烤处理组合方式可使得添加剂被快速充分地吸收以及均匀分布在芯包上，具体地，注入添加剂后，先进行抽真空可以让添加剂迅速并均匀的被芯包吸收，后续封口后的烘烤步骤让电解液受热，增加分子动能活性，促进电解液的渗透，使芯包充分的吸收电解液，并均匀分布。如此，采用本发明制造方法既保证大尺寸电容器产品间的一致性以及杜绝存在积液的可能性，进一步提升产品的质量、稳定性以及保证产品使用寿命。通过精确控制每个产品添加剂含量，去掉采用吸液纸吸液步骤，解决了现有含浸方式的吸液纸后烘烤及封口前保温阶段添加剂挥发等问题所造成产品间添加剂含量难以均一的技术难题。
从实施例11、23及对比例6、7、18、19的电解液重量数据及其Cpk数据表以及图2、5可知，传统含浸方式为：含浸电解液→吸液纸吸液后于105℃、30min烘烤→封口（边封口边105℃保温，过程约30min)。则传统含浸方式电解液含量主要通过烘烤时间来控制：①.通过时间及温度的控制电解液的蒸发，较为粗糙且电解液含量控制难以精确，一致性（Cpk）较差；②.一盘含浸后在烤箱中的烘烤时间是相同的，但在烤箱中烘烤结束后，在封口机台上的保温时间却不相同，先封口的，保温时间短，后封口的保温时间长，每盘产品封口从开始到结束时间约为30min，故会导致每盘产品之间电解液含量有较大差异。而如本发明采用滴加的方式，需要多少滴加多少，可实现电解液含量精确控制，且一致性好，Cpk相比现有传统方式增幅2-4倍。同时本发明注入添加剂后，还采用抽真空+封口后烘烤组合方式使得添加剂被快速充分地吸收以及均匀分布在芯包上，以保证产品的容量衰减尽量小。
从实施例12及对比例8-12的高温寿命测试数据表以及图3、6可知，传统含浸方式中含浸槽的添加剂一般是含浸36次需要进行更换或补液（其中每次含浸是指完成一盘的含浸要求），在更换或补液前，添加剂存在吸水情况以及有机溶剂会挥发，导致添加剂的吸水量增加以及粘度浓度上升，这对电容器的寿命造成比较大的影响，如图3、6可知，采用传统含浸方式，同一添加剂含浸次数越多对电容器的容量衰减影响越大。而本发明采用的注入添加剂的方式，即每一次含浸的添加剂均为新液，基本不存在吸水及有机溶剂挥发的问题，而且本发明在注入添加剂后还采用抽真空+封口后烘烤组合方式使得添加剂被快速充分地吸收以及均匀分布在芯包上，以保证产品的容量衰减小。
再者，一般封口后需要对铝壳进行清洗程序，清洗后需要干燥，而本发明封口后的烘烤步骤可以与此干燥合并为一烘烤步骤，即无需额外增加烘烤工序，提高生产效率，也无需添加额外的烘烤设备。
以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制，但凡采用等同替换或等效变换的形式所获得的技术方案，均应落在本发明的保护范围之内。