高压（160V）低ESR液体钽电容器工作电解质的研究

论文摘要

对高压(160V)、低ESR液体钽电解电容器(以下简称钽电容器)工作电解质进行了研究。目前,钽电容器正向着高压、低ESR的方向发展。随着我国航天和通讯卫星事业的发展,电源技术的革新,严格控制高次谐波对电流的污染已经成为全球电子设备设计者面临的重要问题。目前抑制高次谐波电流畸变都采用有源滤波电路,并首选钽电容器作为其输出滤波电容。因此,钽电容器就将面临高压和高频性能的严峻考验。对工作电解质的闪火电压理论、电导理论及钽电容器的阴极容量理论和去极化剂理论进行研究,分析了工作电解质中阴离子浓度和有机物的种类及含量对钽电容器的闪火电压及ESR的影响,综合考虑提高电解质的电性能。理论研究表明,工作电解质的闪火电压是影响钽电容器额定工作电压和可靠性的重要因素,而提高工作电解质的电导率可有效的降低钽电容器的ESR值。提高工作电解质的闪火电压应围绕着降低电解质的酸度和加入大分子有机物质等方面进行研究。在满足闪火电压的前提下,提高工作电解质的电导率,以降低钽电容器的ESR,改善其综合电性能。研究了电解质在Ta2O5介质膜界面处的分布状态及作用。并在理论的指导下采用正交试验,全因素设计法,研制出160V/1μF、160V/47μF液体钽电容器工作电解质配方。用所研制的新型工作电解质、电解液浸渍装配成两种代表规格的钽电容器,老练后经中国赛宝(吉林)实验室进行全项例行试验,其中包括2000小时160V/85℃、110V/125℃高温负荷耐久性实验,全面考核电解质及钽电容器的各项性能,结果表明,应用本项目研制成果所投产的CAK35型160V全密封钽电容器各项性能均达到并优于本合同所规定的技术的指标。通过对钽电容器可靠性及失效的分析,总结了钽电容器失效的几种主要模式。提出在高电场或高温的作用下,钽氧化膜缺陷、疵点等处出现场致晶化或热致晶化是钽电解电容器的失效的主要原因。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 钽电解电容器的发展
• 1.2.1 钽电解电容器制造技术方面的发展
• 1.2.2 钽电解电容器机理方面的研究
• 1.2.3 市场动态
• 1.3 课题研究的内容和目的
• 1.3.1 选题的背景
• 1.3.2 课题研究目的和意义
• 1.3.3 选题的依据及解决的关键问题
• 1.3.4 研究内容及实施方案
• 第二章 液体钽电解电容器的特点及生产工艺
• 2.1 液体钽电解电容器的结构与性能特点
• 2.1.1 液体钽电解电容器的结构特点
• 2.1.2 液体钽电容器的性能特点
• 2.2 液体钽电解电容器的电性能参数
• 2.2.1 液体钽电解电容器的电容量与损耗正切角
• 2.2.2 液体钽电解电容器的频率、温度特性
• 2.2.3 液体钽电解电容器ESR的分析
• 2.2.4 液体钽电解电容器的漏电流
• 2.3 液体钽电解电容器的生产工艺
• 2.3.1 钽粉的成型与烧结
• 2O₅ 介质膜的形成'>2.3.2 Ta₂O₅介质膜的形成
• 2.3.3 浸渍电解质和凝胶电解质的配制
• 2.3.4 钽芯的浸渍及凝胶电解质注入
• 2.3.5 装配与封装
• 2.3.6 老练
• 2.3.7 检测
• 2.4 本章小结
• 第三章 理论基础
• 3.1 引言
• 3.2 闪火电压理论
• 3.2.1 阳极氧化膜形成
• 3.2.2 电解质溶液与阳极介质膜接触界面处状态
• 3.2.3 有机物在阳极界面处的吸附
• 3.2.4 闪火发生的原因和其危害
• 3.2.5 工作电解质闪火电压的影响因素
• 3.2.6 提高工作电解质闪火电压的途径
• 3.3 电解质溶液的电导理论
• 3.3.1 电解质溶液电导的特征
• 3.3.2 电解质溶液离子电导理论模型
• 3.3.3 影响电解质溶液电导率的因素
• 3.3.4 提高电解质溶液电导率的途径
• 3.4 电解质溶液中的溶剂化作用
• 3.4.1 溶剂化作用的定义
• 3.4.2 水的结构与离子的水化
• 3.4.3 液体钽电容器工作电解质中水的作用
• 3.5 阴极容量理论
• 3.5.1 阴极界面双电层的形成
• 3.5.2 阴极界面双电层结构模型
• 3.5.3 双电层模型方程的推导
• 3.5.4 电解电容器的阴极容量
• 3.5.5 去极化剂理论
• 3.6 本章小结
• 第四章 工作电解质的研制
• 4.1 工作电解质的性能
• 4.1.1 浸渍电解质的成分及性能
• 4.1.2 凝胶电解质的性能及成分
• 4.2 工作电解质研制过程及方法
• 4.2.1 工作电解质研制过程
• 4.2.2 工作电解质研制方法
• 4.2.3 试验结果的分析方法
• 4.2.4 工作电解质溶液性能参数测试方法
• 4.3 高压大容量（160V/47μF）液体钽电容器工作电解质的研制
• 4.3.1 正交试验确定浸渍工作电解质配方
• 4.3.2 凝胶电解质配方的确定
• 4.3.3 工作电解质性能的检验
• 4.4 高压小容量（160V/1μF）液体钽电容器工作电解质的研制
• 4.4.1 正交试验确定浸渍工作电解质配方
• 4.4.2 正交试验优选浸渍工作电解质和凝胶电解质配方的最佳组合
• 4.5 本章小结
• 第五章 组装产品及产品电性能检验
• 5.1 试验方法
• 5.1.1 电解电容器电容量（C）和损耗角正切（tgδ）的测量
• 5.1.2 电解电容器漏电流的测量
• 5.1.3 电解电容器阻抗的测量
• 5.1.4 电解电容器温度特性的测量
• 5.1.5 电解电容器频率特性的测量
• 5.1.6 电解电容器高温负荷耐久性试验
• 5.2 试验测试结果
• 5.2.1 高频特性
• 5.2.2 高低温特性
• 5.2.3 产品耐久性试验
• 5.2.4 产品频率特性测试
• 5.3 本章小结
• 第六章 液体钽电容器可靠性及失效分析
• 6.1 液体钽电容器的可靠性分析
• 6.1.1 可靠性的定义
• 6.1.2 电容器的可靠性指标
• 6.2 液体钽电容器的失效分析
• 6.2.1 液体钽电容器失效规律
• 6.2.2 液体钽电容器失效机理
• 6.2.3 提高液体钽电解电容器可靠性的措施
• 6.3 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 结论
• 7.2 论文的主要创新点
• 7.3 不足与展望
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 附录
• 致谢