铝电解电容器及生产方法和应用.pdf

本发明公开了一种具有基准电极的铝电解电容器，它包括铝壳、通过胶塞封装于铝壳内的素子，其特征是所述的素子包括至少二层电解纸，基准电极安装在胶塞上，一端在铝壳外，另一端在铝壳内设置于电解纸之间；其生产方法包括制备基准电极、制备素子、含浸、组立套管、老练、检测步骤；本发明在原有铝电解电容器两个电极的基础上引入第三个电极作为基准电极，根据基准电极在电容器工作过程中其电位保持恒定，分别测量电容器的正极或负极在工作过程中相对基准电极的电位变化，得到电容器内部化学反应，界面吸附和反应的规律，明晰充、放电过程中正极和负极的电荷分布及走向，以及了解充、放电过程中负极箔的实际耐压值和电容值，可用来研究电位变化与铝电解电容器的电气性能的相关性，为铝电解电容器的设计提供理论基础。

权利要求书1.  一种铝电解电容器，它包括铝壳、通过胶塞封装于铝壳内的素子，其特征是所述的素子包括至少二层电解纸，基准电极安装在胶塞上，一端在铝壳外，另一端在铝壳内设置于电解纸之间。2.  根据权利要求1所述的一种铝电解电容器，其特征是所述基准电极的材料为金属铝或金属铂。3.  根据权利要求2所述的一种铝电解电容器，其特征是所述金属铝的纯度为99.97﹪～99.99﹪，所述金属铂的纯度为99.95﹪～99.99﹪。4.  根据权利要求1或2或3所述的一种铝电解电容器，其特征是所述基准电极处于素子的中心。5.  一种铝电解电容器的生产方法，其特征是它包括下列步骤：⑴制备基准电极：⑵制备素子：将裁切好的至少二层电解纸、正极箔、负极箔，通过自动钉卷机将正极导针、负极导针，分别刺铆在正极箔、负极箔上，由电解纸作隔离，基准电极设于电解纸之间，自动卷绕成素子；⑶含浸：将步骤⑵制备好的素子放进配制好的电解液中，进行浸渍；⑷组立、套管：将步骤⑶制备好的素子由全自动组立机套上胶塞，封装在铝壳里，所述基准电极固定于胶塞上，一端伸出铝壳外，一端在铝壳内，最后在全自动套管机上进行套管，制备成具有正极导针、负极导针和基准电极的铝电解电容器；⑸老练：将步骤⑷制成的铝电解电容器在老化机内老化，修补经过上述工序受到破坏的氧化膜；⑹检测：对步骤⑸制成的铝电解电容器进行表面质量检测和充电检测。6.  根据权利要求5所述铝电解电容器的生产方法，其特征是在步骤⑴中，所述基准电极材料为金属铝或金属铂。7.  根据权利要求6所述铝电解电容器的生产方法，其特征是所述金属铝的纯度为99.97﹪～99.99﹪，所述金属铂的纯度为99.95﹪～99.99﹪。8.  根据权利要求5或6或7所述铝电解电容器的生产方法，其特征是在步骤⑵中，卷绕时使基准电极处于素子的中心。9.  一种铝电解电容器的应用，其特征是根据基准电极在电容器工作过程中其电位保持恒定，分别测量电容器的正极或负极在工作过程中相对基准电极的电位变化，得到电容器内部化学反应，界面吸附和反应的规律，明晰充、放电过程中正极和负极的电荷分布及走向，以及了解充、放电过程中负极箔的实际耐压值和电容值。

说明书铝电解电容器及生产方法和应用
技术领域
本发明涉及一种铝电解电容器，具体地说是一种铝电解电容器的生产方法及应用，特别是涉及一种具有基准电极的铝电解电容器及生产方法和应用。
背景技术
传统铝电解电容器由阳极铝箔、电解纸、阴极铝箔、电解纸等4层重叠卷绕而成芯子，其芯子含浸电解液后，经组立、套管、老炼、检测步骤后制备而成。
由于铝电解电容器只包含有两个电极，在对传统铝电解电容器进行研究和测试时，得到的是正负极和电解液整体表现的宏观结果，难以知道在单独的正极/电解液、负极/电解液界面发生了什么反应和变化、电子和离子在界面的状态和行为以及单个正负电极电位的变化情况，对于精确评价电极体系的本征电化学过程存在偏差。如假设在外界因素影响下，两个电极之间电势发生变化，比如说增加了1伏，靠现有两电极体系是无法区分此变化是由正极、负极或者是二者共同变化导致的。如果在铝电解电容器中引入第三个电极（基准电极），将电容器分为两个电对（正极/基准电极，负极/基准电极）。基于充放电过程每个电对电位的变化，可以推断电子和离子的行为，明晰充放电过程电荷分布及走向，更重要的是可以找到体系宏观变化的根源。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有基准电极的铝电解电容器及生产方法和应用。
本发明是采用如下技术方案实现其发明目的的，一种铝电解电容器，它包括铝壳、通过胶塞封装于铝壳内的素子，所述的素子包括至少二层电解纸，基准电极安装在胶塞上，一端在铝壳外，另一端在铝壳内设置于电解纸之间。
本发明所述基准电极的材料为金属铝或金属铂。
本发明所述金属铝的纯度为99.97﹪～99.99﹪，所述金属铂的纯度为99.95﹪～99.99﹪。
为方便基准电极在胶塞上定位，本发明所述基准电极处于素子的中心。
一种铝电解电容器的生产方法，它包括下列步骤：
⑴制备基准电极：
⑵制备素子：将裁切好的至少二层电解纸、正极箔、负极箔，通过自动钉卷机将正极导针、负极导针，分别刺铆在正极箔、负极箔上，由电解纸作隔离，基准电极设于电解纸之间，自动卷绕成素子；
⑶含浸：将步骤⑵制备好的素子放进配制好的电解液中，进行浸渍；
⑷组立、套管：将步骤⑶制备好的素子由全自动组立机套上胶塞，封装在铝壳里，所述基准电极固定于胶塞上，一端伸出铝壳外，一端在铝壳内，最后在全自动套管机上进行套管，制备成具有正极导针、负极导针和基准电极的铝电解电容器；
⑸老练：将步骤⑷制成的铝电解电容器在老化机内老化，修补经过上述工序受到破坏的氧化膜；
⑹检测：对步骤⑸制成的铝电解电容器进行表面质量检测和充电检测。
本发明在步骤⑴中，所述基准电极的材料为金属铝或金属铂。
本发明在步骤⑴中，所述金属铝的纯度为99.97﹪～99.99﹪，所述金属铂的纯度为99.95﹪～99.99﹪。
为方便基准电极在胶塞上定位，本发明在步骤⑵中，卷绕时使基准电极处于素子的中心。
一种铝电解电容器的应用，根据基准电极在电容器工作过程中其电位保持恒定，分别测量电容器的正极或负极在工作过程中相对基准电极的电位变化，得到电容器内部化学反应，界面吸附和反应的规律，明晰充、放电过程中正极和负极的电荷分布及走向，以及了解充、放电过程中负极箔的实际耐压值和电容值。
由于采用上述技术方案，本发明较好的实现了发明目的，在原有铝电解电容器两个电极的基础上引入第三个电极作为基准电极，通过监测铝电解电容器工作过程中正极/基准电极，负极/基准电极电位的变化，推断电子和离子的行为以及电荷的走向，可用来研究电位变化与铝电解电容器的电气性能的相关性，为铝电解电容器的设计提供理论基础。
附图说明
图1是本发明铝电解电容器的结构示意图；
图2是本发明铝电解电容器素子的结构示意图；
图3是本发明铝电解电容器的应用原理示意图；
图4是标称电压550V的电容器化成时，正极和负极电极电位的变化示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
由图1可知，一种铝电解电容器，它包括铝壳5、通过胶塞1封装于铝壳5内的素子，所述的素子包括至少二层电解纸7，基准电极4安装在胶塞1上，一端在铝壳5外，另一端在铝壳5内设置于电解纸7之间。
本发明所述基准电极4的材料为金属铝或金属铂。
本发明所述金属铝的纯度为99.97﹪～99.99﹪，所述金属铂的纯度为99.95﹪～99.99﹪。
为方便基准电极4在胶塞1上定位，本发明所述基准电极4处于素子的中心。
本实施例为简单，所述基准电极4由正极导针2或负极导针3替代；采用纯度为99.98﹪的金属铝材料制备。
一种铝电解电容器的生产方法，它包括下列步骤：
⑴制备基准电极4：
本发明在步骤⑴中，所述基准电极4的材料为金属铝或金属铂。
本发明在步骤⑴中，所述金属铝的纯度为99.97﹪～99.99﹪，所述金属铂的纯度为99.95﹪～99.99﹪。
本实施例为简单，所述基准电极4由正极导针2或负极导针3替代；采用纯度为99.98﹪的金属铝材料制备。
⑵制备素子：由图2可知，将裁切好的至少二层电解纸7、正极箔8、负极箔6，通过自动钉卷机将正极导针2、负极导针3，分别刺铆在正极箔8、负极箔上6，由电解纸7作隔离，基准电极4设于电解纸7之间，自动卷绕成素子；
为方便基准电极4在胶塞1上定位，本发明在步骤⑵中，卷绕时使基准电极4处于素子的中心。
本实施例所述电解纸7为二层。
⑶含浸：将步骤⑵制备好的素子放进配制好的电解液中，进行浸渍；
⑷组立、套管：将步骤⑶制备好的素子由全自动组立机套上胶塞1，封装在铝壳5里，所述基准电极4固定于胶塞1上，一端伸出铝壳5外，一端在铝壳5内，最后在全自动套管机上进行套管，制备成具有正极导针2、负极导针3和基准电极4的铝电解电容器；
本实施例在胶塞1上开有三个孔，便于基准电极4、正极导针2和负极导针3的引出。
⑸老练：将步骤⑷制成的铝电解电容器在老化机内老化，修补经过上述工序受到破坏的氧化膜；
⑹检测：对步骤⑸制成的铝电解电容器进行表面质量检测和充电检测。
本发明所制备的铝电解电容器由于基准电极4在电解液中的电位稳定，通过检测基准电极4与正极导针2，基准电极4与负极导针3的电位，可以得到正极、负极电位在电容器工作过程的变化，从而了解正极/电解液、负极/电解液界面状态的变化及电荷转移情况。
由图3可知，一种铝电解电容器的应用，根据基准电极在电容器工作过程中其电位保持恒定，分别测量电容器的正极或负极在工作过程中相对基准电极的电位（V1或V2）变化，得到电容器内部化学反应，界面吸附和反应的规律，明晰充、放电过程中正极和负极的电荷分布及走向，以及了解充、放电过程中负极箔的实际耐压值和电容值。
在对采用上述方法制备的铝电解电容器分别测量电容器的正极或负极相对基准电极的电位，可以得到正极、负极在工作过程的电位变化情况。图4是标称电压550V的电容器化成时，正极和负极电极电位的变化示意图。由图4可知，因为基准电极在电容器工作过程中其电位保持恒定，随着化成的进行，与基准电极相比，正极电位越来越正，并且电容器电压的上升主要是由于正极电位升高所致；负极电位的降低有限，在降低至－2.0V左右时趋于稳定，说明负极在此电位发生稳定的化学反应。