有关影响铝电容器电解液闪火电压因素的探讨

铝电容器有关电解液闪火电压的探讨部门：电容器主讲：宋毅臻1.前言2.电解液发生闪火的原理3.电解液闪火电压的性能4.影响电解液闪火电压的因素5.提高电解液闪火电压的方法一.前言随着科学技术的进步和发展，对铝电解电容器有越来越高的技术和质量要求，诸如汽车工业、军事领域、航天领域、家用电器、通信工程等领域都离不开铝电解电容器。铝电解电容器的使用已普及到人们的具体生活中，比如程控交换机、电话机、手机、计算机、电脑、电视等高技术尖端产品，因此高品质、高质量的铝电解电容器的研制和生产越来越迫切。随之而来，越来越多的高端大型仪器和设备所需求的铝电容器工作电压也逐渐提高，而铝电容器工作电压又与其工作电解液的闪火电压有着密切的关系，所以铝电容器工作电解液的闪火电压的研究也越来越引起行业人士的关注。二.电解液发生闪火的原理我们在电解液闪火电压的测试过程中，由于测试电解液的箔片氧化膜结构在形成过程中并不是完全均匀一致的，故在氧化膜那些薄弱或是有缺陷部位的地方，施加电压产生的场强如果超过它能承受的场强，局部过电压就会引起氧化膜局部发热，使局部地区的电解电流增加，这样就使该处的局部温升进一步提高，当达到某一临界温度时，局部电流的集中和局部温升将相互促进，最后达到局部高温状态，发生闪火现象。二.电解液发生闪火的原理1.第一阶段：2Al3++3O2-Al2O32.第二阶段：2O2-–4eO2三.电解液闪火电压的性能铝电容器闪火电压的性能主要体现有以下几个参数：1.初闪电压（即闪火点）铝电容器电解液的初闪电压为电解液开始发生闪火现象时刻点的电压，也即氧负离子在氧化膜表面放电使得介质氧化膜击穿时刻的电压。2.氧化效率氧化效率是表征形成箔的形成特性优劣的重要指标。这是由于工作电解液除了作为电容器的阴极外，它还起到在电解电容器的老练和工作过程中不断提供氧以修补损伤的介质氧化膜的作用。在介质氧化膜的修补过程中，修补的氧是由工作电解液所提供的，这就涉及到氧化膜生长速度的问题，人们常用氧化效率来描述。三.电解液闪火电压的性能工作电解液的氧化效率η定义为：η=tr/tm式中：tr为按理论计算所需时间，单位s；tm为实测时间，单位s。根据法拉第定律换算可以得理论时间为：η=(2.331Uf)/(jtm)*100%式中：Uf为形成电压，单位V；j为电流密度，单位mA/cm2针对上述公式比较繁琐，为了计算方便和实验的需求，三.电解液闪火电压的性能我们可以把电解液的氧化效率用以下公式表征，同样可以描述介质氧化膜生长的速度：E=US/t式中：E为电解液的氧化效率，单位V/S；US为电解液的初闪电压，单位V；t为电解液达到初闪电压时对应的时间，单位s；3.最高闪火电压电解液的最高闪火电压为箔片在电解液升压测试过程中发生闪火之后所达到的最高电压。它的表征同样可以反映出电容器产品在工作时电解液所能承受的浪涌电压的大小。三.电解液闪火电压的性能4.振幅电压△U振幅电压△U为电解液发生闪火后在某个时间段内上下波动的电压大小。振幅电压△U的大小能直接反应出电解液在发生闪火以后对氧化膜修补能力。即：△U较大，表现为电解液修补氧化膜能力较差；△U较小，表现为电解液修补氧化膜能力较好。四.影响电解液闪火电压的因素电解液不仅作为电容器的阴极，而且还起到修补氧化膜的作用，所以不同电解液用于不同电压系列下的电容器，电解液的闪火电压直接影响到产品的工作性能和使用寿命，而影响电解液的闪火电压高低的因素有很多，所以对影响电解液闪火电压因素的研究也是今后工作的一个重要方面。四.影响电解液闪火电压的因素影响电解液闪火电压的因素我们可以分为两种：1.内部因素：包括电解液中的杂质离子、电解液中的水分、电导率、PH值、粘度、饱和蒸汽压、电解液的溶剂、电解液的主溶质、电解液的添加剂等；2.外部因素：包括测试电解液闪火电压的电极箔、测试的升压电流、测试的电解液温度、测试环境的湿度、测试环境下的压强。内部因素四.影响电解液闪火电压的因素1.电解液中的杂质离子：如果电解液中存在活化能力很强比氧离子更低电位的杂质离子，具有较强的释放电子的能力，就会使闪火电压降低，并且能破坏氧化膜。阳极上的阴离子放电顺序：S2-＞I-＞Br-＞Cl-＞OH-＞SO42-＞NO3-＞F-四.影响电解液闪火电压的因素2.电解液中水分的影响工作电解液的氧负离子主要来源于无机酸的含酸根离子及水中的氢氧根离子，其浓度以及其所带电荷数在很大程度上决定了阳极电介质界面处负离子的电荷密度从而影响到闪火电压。阳极表面的氧负离子较多，则在此氧负离子发生放电的几率较大，因此我们可以根据这个规律得出，在溶质含量相同的电解液中如果水分含量较高的电解液则闪火电压会偏低。四.影响电解液闪火电压的因素3.电导率（也可以用电阻率表示）的影响电解液的浓度与电导率与闪火电压的关系式为：U闪=b-algk其中k为电解液的电导率，a、b为电解液的有关的常数。因此，我们可以根据上面的公式可以推断出在电解液有关的常数恒定条件下，电解液的电导率与闪火电压可以近似为反比关系。即电导率较高的电解液，其闪火电压较低；电导率较低的电解液，其闪火电压较高。四.影响电解液闪火电压的因素4.电解液PH值（酸碱度）的影响在电导率一定的条件下，电解液的PH值对其闪火电压也有很大的影响：四.影响电解液闪火电压的因素电导率一定的电解液，其不同PH值对应不同闪火电压。从上面数据可以看出，电解液闪火电压随着PH值的降低而降低，这是因为工作电解液的酸度越高，其含氧酸根离子浓度就越多，氧负离子放电的概率变大，使得闪火电压降低。四.影响电解液闪火电压的因素5.粘度的影响电解液的粘度对电解液的闪火电压也有很大的影响，目前粘度影响电解液的闪火电压可以依据电解液浓度的大小的理论来分析，即浓度大的电解液，电解液粘度较大，电解液闪火电压较高；浓度小的电解液，电解液粘度较小，电解液闪火电压较低。四.影响电解液闪火电压的因素粘度对电解液闪火电压的影响示意图：四.影响电解液闪火电压的因素6.饱和蒸汽压的影响从上面数据和分析图可以看出，随着饱和蒸汽压数值的变大，电解液的闪火电压则降低。四.影响电解液闪火电压的因素7.电解液溶剂的影响溶剂极性溶剂非极性溶剂含有—OH等极性基团，促进氧负离子的生成含有非极性基团（比如含—O—），阻碍了氧负离子的形成闪火电压降低闪火电压升高四.影响电解液闪火电压的因素8.电解液溶质的影响电解液溶质一般是含有多个碳原子碳链的羧酸盐，它对闪火电压的影响是由溶质物质分子结构上的基团和分子碳链链长共同决定的。溶质碳链短碳链长RCOO-基团占主导作用促进更多的氧负离子生成碳链占主导作用限制氧负离子的形成闪火电压降低闪火电压升高四.影响电解液闪火电压的因素9.电解液添加剂（闪火提升剂）的影响添加剂对电解液闪火电压的影响已经有许多文献报道，主要总结原因是添加剂中一般是聚合度比较大的分子占据了氧化膜的孔洞，阻碍了氧负离子在此放电，大大降低了氧化膜的破坏程度，从而促进氧化膜进一步修补，使得氧化膜耐压性进一步提高。外部因素四.影响电解液闪火电压的因素1.测试电解液闪火电压的电极箔影响测试电解液闪火电压的电极箔对闪火电压的影响分两种：即测试闪火电压电极箔体系的影响、测试电极箔达到电压的影响。①同一电压，不同体系：四.影响电解液闪火电压的因素②同一体系，不同电压：从上面数据可以看出，箔片电压越高电解液闪火电压也越高，这就验证了电解液的闪火电压其实就是箔片氧化膜的击穿电压。四.影响电解液闪火电压的因素2.升压电流用不同大小的电流进行升压，升压过程中所形成的氧化膜结构也不一样，故所形成氧化膜的耐压性能也不一样。实例：四.影响电解液闪火电压的因素3.测试的电解液温度不同温度下的电解液测试闪火电压也是不一样的。四.影响电解液闪火电压的因素B,C,D代表三种不同电解液在30℃，85℃和105℃温度下测试的闪火电压曲线图，从图中我们可以看出三种电解液的闪火电压随着温度的升高而降低。我们可以根据闪火电压与温度的关系式有：U闪≈α+β/T电解液随着温度的增加其闪火电压数值减小。四.影响电解液闪火电压的因素4.测试环境的湿度测试电解液的环境对电解液的测试影响也不小，电解液暴露在潮湿的空气中容易吸水，导致电解液中的水分含量增加，吸收的水分会产生更多的氧负离子，从而使得闪火电压降低。电解液H2OH2OH2OH2O闪火电压降低四.影响电解液闪火电压的因素5.测试环境的压强我们测试电解液一般都是在正常大气压（一个大气压）环境下进行，如果我们所处的环境低于或者是高于正常大气压环境下测试的话则闪火电压有很大的影响。①小于正常大气压：电解液小于大气压小于大气压小于大气压小于大气压有利于氧气的释放闪火电压降低四.影响电解液闪火电压的因素②大于正常大气压：影响电解液闪火电压的外部因素除了以上因素外，还有工艺制造过程中的影响（比如浸渍过程中的浸渍温度和浸渍时间的控制，装配封口的时间控制等），分析其原理跟前面讲述的基本一致。电解液大于大气压大于大气压大于大气压大于大气压不利于氧气的释放闪火电压升高五.提高电解液闪火电压的方法根据前面我们分析影响电解液闪火电压的因素以及结合我们电解液特有的性质和试验过程中的实际情况我们可以得出以下几种提高电解液闪火电压的方法：1.减少电解液中杂质离子的含量，特别是电极电势低于氧负离子的杂质离子，电解液闪火电压将提高；2.严格控制电解液中水分的含量，减少氧负离子的生成；3.增加一定量的闪火电压添加剂，抑制氧负离子在铝氧化膜表面放电发生。谢谢欣赏