尹超 尹志华

【摘  要】本论文研究的课题是探讨新型材料盖板在铝电解电容器中的应用，即基于高温强化HPT塑料的板材式盖板和含氯成分较低的酚醛型纸板材的盖板性能的比对研究，以及针对所研制成的铝电解电容器相关产品的实验分析后发现，国产型高温强化HPT塑料型板材的盖板基本上能够取代进口的板材型盖板，从而研制出耐高压、耐高温、质量优的铝电解电容器。

【关键词】HPT高温增强塑料;新型材料;盖板;铝电解电容器

1 引言

就盖板功能而言，其和橡胶塞相同，均通过电容器发挥密封的功能，规避电容器内液体电解质出现蒸发的现象，确保电容器电容量与其他的电性能不发生恶化的后果。其属于大规模电容器的关键性封闭式组件，通过单层的耐高温橡胶与酚醛树脂的纸板进行复合之后而制成。以往的看法是，电容器常规式的3个参量——漏电量、电容量以及损耗角的正切，都和电容器的盖板并不存在着直接的关联性。就外部而言，常温环境下，电容器的上述3个参量确实是通过电容器3个核心原素材（电解纸、铝箔和电解液体）所确定。因而，国内公司都比较关注上述重要原素材的研发工作。从实际情况来看，该领域的文献也并不少。国内的电容器领域在关注核心原材料之际，忽略了电容器的辅助性素材的探讨，诸如电容器的盖板及其橡胶塞、封闭式胶带、铝质外壳、黏结剂、电容器引线（电容器的导针）以及PVC规格套管等。在盖板的板材种类中，铝电解质是最为常用的类型。但是，国内不少铝电解电容器的组件主要还是进口为主，因为国产的板材在核心因子氯离子（Cl^-）的含量指标上存在着瓶颈现象，因为氯离子的存在将导致铝电解电容器的导箔条（或引线条）产生腐蚀，致使电容器使用寿命缩短甚至失效。从而对板材国产化的进程产生了制约性的后果。笔者通过所在生产中数年的实践研究后，研制出的是HPT规格高温型强化塑料型盖板素材，应用此板材所研制的盖板，无论其性能还是性价比都明显地优于进口板材的盖板类型，属于国产化比较理想化的选择对象。

2 盖板应用板材的性能研究

盖板会对电容器的性能产生明显的影响。电容器商家对此都有一段认识的发展历程。上个世纪80年代的中期到晚期为止，各大商家都在广泛地运用环氧板式盖板，从而导致20世纪90年代早期，各大整机厂都普遍地暴露出应用高压式铝电解电容器时无效的后果。

在彼时，电子工业部门特意联合了各个大规模的商场对此课题进行攻关，同时研究表明，环氧板盖板内Cl^-成分的比例（质量百分比w）至少超出2 000× 10^{- 6}，是造成高压电容器无效的一个最为主要的缘故。因而，各家大规模的厂商减少了环氧板式盖板，将其改建成运用酚醛式低氯含量的纸板型盖板。在当下，国内一系列的盖板商厂所采纳的板材均源自于德国的NYH公司、日本利昌公司和国内某家板材的制造商。国产的板材和进口的板材最大的差距是w（Cl^-），进口的板材w（Cl^-）低于5× 10^{- 6}。国产的板材w（Cl^-）通常超出10× 10^{- 6}。基于实验后可知，w（Cl^-）会明显地影响产品的性能。本论文借助于各类盖板（即w（Cl^-）各异）研制产品，展开高温的储存与耐久性的实验。

实验1：

400 V /100μF，温度：85℃;时间：1000 h

（1）w（Cl^-）的比例低于5× 10^{- 6}的盖板，且产品各个指标均与要求相一致。

（2）w（Cl^-）的比例低于10× 10^-6的且超出5× 10^{- 6}者，产品须和要求相匹配，然而，会导致导箔条变色现象，从而致使性能出现明显的改变。

（3）w（Cl-）的比例超出10× 10^-6的盖板，经由产品所引出的条和盖板的铆接地方出现了异物的堆积现象，说明发生了腐蚀现象，从而导致产品无效的后果。

实验2：

450 V /100μF，温度：105℃;时间：2 000 h

（1）w（Cl^-）的比例低于2× 10^{- 6}的盖板，相应产品的各个指标都和要求相匹配。

（2）w（Cl^-）的比例低于5× 10^{- 6}且超出2× 10^{- 6}的蓋板，可以判定产品是合格，然而导致的结果是引出条出现了变色症状，性能也发生了一定的改变。

（3）w（Cl^-）低于10× 10^{- 6}，超出5× 10^{- 6}规格的盖板，导致产品所引出的条和盖板的铆接地方出现异物的堆积现象，从而导致产品无效。

（4）w（Cl^-）大于10× 10^{- 6}的盖板，导致引出条受到腐蚀后断裂，产品无效。

基于上述实验可知：

（1）就制造产品属于宽温且长寿命型而言，应挑选出w（Cl^-）低于2× 10- 6的盖板。

（2）研制大众化的产品，应挑选w（Cl^-）低于5× 10- 6的盖板。

（3）w（Cl^-）低于10× 10^{- 6}的盖板仅仅适合运用在研制治理较低的高压类产品。

（4）w（Cl^-）超过10× 10^{- 6}的盖板基本不适用于制造高压产品。

3 HPT素材的性能研究

酚醛中氯的含量较低的纸板核心原材料为纸与酚醛树脂。出于掌控w（Cl-）的目的，即应采纳含有Cl-比例较少的纸原料，且通常在电解电容器中选择使用的是电解纸。然而，花费的开支并不低。国外该领域所使用的是比较特别的减少Cl-含量的方案，且将w（Cl^-）通常控制于5× 10^{- 6}范围。然而，我国该领域尚未寻求出有效性减少Cl-含量的途径。

基于以上缘由的考量，本论文所采用的是新型材料。主要符合如下的几点要求：①Cl-的含量不高，w（Cl^-）的范圍在2×10^{- 6}之内;②其它的性能应不可以比低氯酚醛纸板性能弱;③成本应明显地比进口的板材要低。基于数年的探索之后发现，可以研制出温度较高、强化型的塑料式盖板素材HPT。此板材突出的优点在于：Cl^-与SO^2-的含量并不高。较高的机械化强度以及良好的抵抗高温的功能。

4 电路图简化结果及其探讨

铝电解电容器的结构能够精简成如下的图1情况（并联式等效电路图）：

图1 铝电解电容器等效电路图示

其中，上图1中R1所表示的是电容器并联的绝缘电阻，能够将其理解成电容器的额定电压和漏电流二者之比。就450V、220mF规格的电容器而言，漏电流数值在45 mA之际，R1值为10 MW。且C所表示的是现实电容器等效的并联式电容量。R2所表示的是电容器的盖板相应的绝缘电阻，其和环境对应的温度、湿度等指标存在着内在的关联性，也可以说，电容器内过多的电解液导致导电之后处于通路状态下的电阻值。

因而，在现实电容器内，应尽可能地排除过多的电解液非常地重要，不然会造成R2数值减少，从而导致外电流由R2所流过。就电阻R1和R2来说，不管是交流信息抑或是直流数据而言均会通过，若要使得线路内的电流不经由上述的2个电阻，则应确保上图1中纯电容器C阻抗1/w C明显地超出R1和R2二者并联的电阻。因而，当外电场的频率处于恒定的状态时，必须通过加大这2个电阻值，才可以确保电流能够顺利地流经电容器。相反，倘若上述图1中的2个电阻的阻值并不大，那么电流则会直接通过它们，而并不流经上图1中的并联电容器，导致的结果是现实的电容器相当于电阻器，基本上丧失了电容器充电、放电以及滤波等功能，那么应用于开关方面的电源无法发挥的滤波功能，后果不堪设想，且极易发生如下的2类可能性结果：（1）倘若电容器漏电流太大，那么，上图1中的电阻R1值会变得极小，且该类状况大多数出现于电容器在较长的一段时间贮存之后，或是整机在较长的一段时间内没有使用而忽然开机的情况下。（2）电容器内电解液偏多，导致电容器的盖板板材成为电解液贮存站，通过电解液出现导电之后的通路，或是电容器的盖板直观性地成为了导电状态的通路。当R2 偏小时即归为此类状况。倘若一直维持着此类状况，则会导致正、负引线条内部出现电化学的腐蚀后果，此即为电容器的引线条阳极受到腐蚀的现象。事实上，只要电化学反应发生之后，电容器在现实中难以起到应有的功能，仅仅被视作阻值并不大的电阻器而已，只要外电压存在，该反应会维持下去，直至导致阳极的引线条受到腐蚀的侵袭之后断裂，变为电容器盖板板材所形成的纯电阻。因此，电容器的盖板和电容器在工作时电解液含量内部的联系非常地重要。至于以往出现的高压式电容器阳极受到腐蚀情况正是此类现象的体现。无论腐蚀所诱发的是氯离子功能（3类板材中Cl-化验的结果并不存在着明显的区别，都低于3×10–6），抑或是SO₄^2-所发挥的功效，还有可能为重金属离子所起到的原电池功能，只要一出现腐蚀现象，由于受到外电场的影响，那么电化学所诱发的腐蚀现象始终维持下去。可见，从前有关阳极的腐蚀情况是不正确的。事实上，高压电容器阳极受腐的缘由正在于电容器内偏多的电解液在导电之后出现的通路现象。因为杂质的离子而诱发纯电的化学受腐，太多的电解液则为造成阳极受腐的重要因素。

5结论

从以上的分析可知，基于分析板材的理化和绝缘等性能，同时对所研制铝电解电容器的性能研究，HPT板材就性能指标而言，能够被当作高品质的盖板，其成本和进口的含氯成分较低的酚醛纸板相比，要少15%-20%。同时，在研制盖板时，又因为抵抗冲击力性能比较地突出，不容易出现断裂的后果，材料的使用效率要高于进口的含氯较低的酚醛板。因此，高温强化型塑料HPT的板材被视作电解电容器高品质的盖板材料较为理想化的应用对象。

参考文献：

[1] 朱绪飞，刘霖，刘宗才.复合盖板与电容器的阳极腐蚀[J].电子质量，2000，（4）：17–20.

[2] 杨邦朝，冯哲圣，徐永兴.全球电极箔产业现状及发展趋势[J].电子元件与材料，2001，20（5）：32–34.

作者简介：

尹超（1988 - 今），男，江苏南通人，本科，机电一体化工程专业。研究方向：新材料在铝电解电容器中的应用技术，高温高压及特种铝电容器制造技术。

（作者单位：深圳江浩电子有限公司）