铝电解电容器用高纯有机硅溶胶的制备

作     者：任之君 

作者单位：广州大学 

学位级别：硕士

导师姓名：于欣伟;陈姚

授予年度：2012年

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：有机硅溶胶 高纯 铝电解电容器 工作电解液 添加剂 

摘      要：工作电解液是铝电解电容器的实际阴极，起着修补阳极铝箔氧化膜的作用。添加剂在工作电解液中的含量虽少，但对电容器的性能有着很大的影响。随着材料合成的深入研究，新型添加剂不断出现。硅溶胶因其尺寸小、无毒、带电荷、耐高温等特性，在化工领域有着广泛的应用。 本课题首先研究了铝电解电容器用有机硅溶胶的制备新工艺：将离子交换法和单质硅溶解法结合优化调控，以离子交换法制备出胶粒均匀、浓度稳定的母液，之后采用单质硅水解法使硅粉在催化剂的控制下水解生成活性硅酸，促进母液中的胶粒逐步生长达到目标粒径，制备出纯度高、粒径大而均匀、稳定性好的高纯水溶胶;其次，以出水率为测试指标，采用减压蒸馏法制备含水率低的有机硅溶胶;最后，通过电化学试验考察该产品在铝电解电容器中的应用性能。 实验重点考察了投料方式、反应温度、体系pH值、母液浓度等因素对高纯水溶胶制备阶段胶粒生长过程的影响;考察了温度、压强对高纯有机硅溶胶制备最终产品的影响;研究了硅溶胶中微量杂质含量的测试方法;将有机硅溶胶添加到铝电解电容器工作电解液中，考察了添加量对闪火电压和电导率的影响，并对含有有机硅溶胶的铝电解电容器进行寿命试验研究。实验结果表明：制备高纯水溶胶的最佳工艺为分批投料、温度80℃、pH≈9~10、母液浓度10%;制备高纯有机硅溶胶的最佳工艺为温度110℃，负压逐渐降低为零;自制硅溶胶产品中的铁离子、硫酸根离子、氯离子含量达到电子级要求;有机硅溶胶能显著提高工作电解液的电化学性能：随着纳米SiO2添加量的增加，闪火电压也随之上升，而且电导率并未出现通常的下降，反而呈现出上升的特质;寿命试验表明含有自制产品的电容器在电容量衰减、漏电流及损耗正切值均较小，优于国外同类产品。 采用TEM、ZS90纳米粒度分析仪、KF-Ⅱ型微量水分测定仪、TENSOR27傅立叶红外光谱仪、SDTQ600型综合热分析仪等方法和手段对水溶胶和有机硅溶胶进行物化性能测试和结构表征。结果表明：水溶胶中胶粒粒径大而均匀，次级粒子较少;有机硅溶胶中胶粒分布更为集中，稳定性更好，含水率满足要求。采用SEM对铝电解电容器铝箔进行扫描，结果显示：有机硅溶胶在反应过程中可吸附于铝箔表面，有效提高铝箔的抗击穿性，从而提高铝电解电容器的闪火电压。