铝电容器阳极腐蚀问题的探讨

铝电容器阳极腐蚀问题的探讨 部门 铝产品所电容器组主讲 宋毅臻 一 前言 铝电解电容器以其容量大 体积小 价格低等优点已被广泛应用于各种电子线路中 随着国内大屏幕彩电 变频家电 如变频空调 的普遍应用和电子元器件的国产化 对铝电解电容器 特别是中 高压铝电解电容器的质量和可靠性的要求愈来愈高 尤其是大屏幕彩电中所用的中 高压 160v 450v 铝电解电容器主要用于开关电源部分 作整流后滤波 它的质量好坏直接影响到整机的性能 是线路中的关键元件 一 前言 其中400以上高压铝电解电容器一直是铝电解电容器生产中的难点 存在的技术问题最多 也最严重 综合其失效原因 主要表现为高温负荷下阳极腐蚀严重从而造成阳极引出条断裂 电容器开路失效 严重影响整机产品的质量 二 阳极腐蚀的定义及对象 所谓阳极腐蚀 是指电容器在一定负荷条件下 经过一段时间 阳极引出条 引出条与盖板组件相连接的铝铆钉逐渐被电化学腐蚀 从而导致产品失效的现象 这种现象在400v以上高压铝电解电容器产品中出现较多 铆钉发黑 产品漏电流变大 阳极引出条被腐蚀断裂 严重时甚至把阳极铆钉腐蚀掉 阳极腐蚀现象一般发生在焊针 焊片和螺栓等系列电容器中 而引线系列的产品则很少 产生的原因与制造的工艺有关 三 阳极腐蚀的图片 焊针 铆钉与引条处腐蚀 引条腐蚀断裂 四 阳极腐蚀的机理及条件 1 电极箔引条结构 一种含有氧化膜 Al2O3 的铝箔 由于铝箔制造化成工艺的差异其氧化膜结构不同于电容器的阳极箔的氧化膜 四 阳极腐蚀的机理及条件 2 腐蚀的主要因素 存在杂质离子 包括Cl SO42 Fe3 Cu2 等 四 阳极腐蚀的机理及条件 3 腐蚀的机理 以Cl 为例 Al 3eAl3 2Al3 3O2 Al2O3 Al3 3Cl AlCl3 可溶性 AlCl3 3H2OAl OH 3 3H 3Cl 由于电解液中的Cl 等杂质离子向阳极迁移而富集 并引起PH降低而酸化 从而促进Al的溶解 所以这种电化学腐蚀过程我们称为 自催化酸化 四 阳极腐蚀的机理及条件 4 腐蚀的产物 白色絮状氧化物沉淀Al OH 3它是铝阳极溶解下来的Al3 与电解液中的OH 的反应物 Al3 3OH Al OH 3 四 阳极腐蚀的机理及条件 白色半透明凝胶状多孔性氢氧化铝 四 阳极腐蚀的机理及条件 黑色疏松粉末状腐蚀物 四 阳极腐蚀的机理及条件 5 阳极腐蚀的反应条件 电场电压电解液里的带负电荷的Cl SO42 等杂质离子因电场环境下向阳极迁移 四 阳极腐蚀的机理及条件 温度电容器阳极腐蚀的另一个重要条件是温度的影响 高温的环境下能加快Cl SO42 等杂质离子的迁移速度 并且能加速它们对阳极腐蚀的反应进程 从而使阳极腐蚀更容易发生 四 阳极腐蚀的机理及条件 阳极周围的环境 电解液电解液在电容器中不仅作为电容器的阴极 而且还起到修补氧化膜的作用 所以电解液品质的好坏直接决定电容器产品的性能好坏 性能不稳定的电解液在高温负荷环境下容易发生劣化 劣化后的电解液不再修补氧化膜而是起到破坏氧化膜的作用 五 阳极腐蚀的原因分析 铝电容器用的主要原材料及零部件有阳极铝箔 阴极铝箔 电解纸 盖板 皮头 铝壳 引条 引线 套管以及配制电解液用的各种化学药品等 众所周知 原材料的好坏直接影响到产品的质量 优质的原材料是制造优质产品的保证 特别要指出的是 原材料中存在的Cl SO42 等有害杂质对产品性能影响极大 因为这些杂质会腐蚀铝箔和引出条 造成产品过早失效 因此原材料的检测和分析对解决阳极腐蚀问题有很大的帮助 五 阳极腐蚀的原因分析 阳极腐蚀过程中杂质离子的来源 五 阳极腐蚀的原因分析 盖板 皮头 对阳极腐蚀的影响电容器在工作中 盖板 皮头 中的Cl SO42 等杂质离子会游离出来 向阳极引条移动 从而破坏阳极引条 引起阳极腐蚀 五 阳极腐蚀的原因分析 铝壳对阳极腐蚀的影响由于铝壳内部的杂质很难迁移出来 故铝壳本身对阳极腐蚀影响最小 但是如果在电容器生产制造过程中由于一些人为因素的影响带进了Cl 等杂质离子 这种结果往往对电容器产品的性能影响就很大 五 阳极腐蚀的原因分析 铝箔对阳极腐蚀的影响铝箔在铝电容器整个原材料当中占有举足轻重的地位 铝箔质量的好坏直接决定产品的性能和寿命 所以要想获得可靠性高 寿命更长 电性能更优越的产品 这对铝箔的纯度要求是极其严格的 由于铝箔纯度 化成工艺以及化成电压的不同导致铝箔生产的质量各有差异 纯度不够 耐腐蚀性较差的铝箔更容易发生阳极腐蚀现象 五 阳极腐蚀的原因分析 电解纸对阳极腐蚀的影响电解纸在电容器中不仅作为阳极箔与阴极箔的绝缘层 而且最重要的作用是吸附电解液 使得电解液更加充分地覆盖在铝箔表面 达到电容器产品容量最大化的目的 制造电容器电解纸的材料主要是植物纤维 现在所用的主要是马尼拉麻和木浆 由于不同厂家生产工艺的差异在生产制造过程中极易产生杂质离子 从而影响到电容器的性能 五 阳极腐蚀的原因分析 电解液对阳极腐蚀的影响电解液在整个铝电容器原材料中同样占有重要的地位 因电解液影响不同于其他原材料 故分析的原因比较复杂 现主要有以下几个方面的因素 药品的纯度 电解液所使用的化学药品材料必须满足电容级 材料的纯度相当于分析纯 AR 级别 杂质含量要求很少 所以药品的纯度直接影响到配制电解液的性能好坏 五 阳极腐蚀的原因分析 电解液中溶剂与溶质的因素电解液主要有溶剂 溶质以及添加剂三种成分组成 溶剂和溶质则为电解液最核心的两种 而往往电解液的性能好坏是由溶剂和溶质共同决定的 所以溶剂和溶质兼容性跟优化很大程度上决定了电解液的性能 电解液中的溶剂跟溶质不兼容或组合优化不合理 就会导致溶质在高温负荷环境下析出 这样的结果必定会使得产品损耗变大 发热严重 产品内部温度过高 从而加速阳极腐蚀的进程 五 阳极腐蚀的原因分析 电解液与铝箔的兼容性铝电容器性能的好坏跟电解液与铝箔的兼容性有关 不同体系的电解液所使用在产品上的铝箔也不同 电解液与铝箔的兼容性好 电解液修补氧化膜的性能得到最大的提升 相反电解液有与铝箔兼容性较差 电解液容易发生劣化 导致产品内部发热严重 从而加速阳极的腐蚀 六 阳极腐蚀的解决方案 综合以上所述 为了防止阳极腐蚀 避免产品失效 可以采取以下几点解决方案 选择纯度较高 含Cl 等杂质离子较少的原材料 包括阳极铝箔 阴极铝箔 电解纸 盖板 皮头 铝壳 引条 引线 套管以及配制电解液用的各种化学药品等 针对不同化成工艺的铝箔研究与之相匹配的工作电解液 铝电容器产品芯包内电解液含量不能太多 可以