高压小容量低ESR液体钽电容器工作电解质的研究

论文摘要

本论文重点研究适合于高压小容量(160V/1μF)低ESR液体钽电解电容器使用的工作电解质。目前,钽电容器正朝着高压、低ESR的方向发展。随着我国航天和通讯卫星事业的发展,新一代的研发工作正在全面展开。随着电源技术的革新,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有多种方法,但共同点是都采用有源滤波电路。一旦采用有源滤波电路,钽电容器将面临高压和高频性能的严峻考验。目前虽采用电容器进行串并联以满足其高压和低ESR的性能,但是这样会使得卫星系统的可靠性大幅下降,因此单芯子高压、低ESR液体钽电解电容器的研究是一个迫切的课题。本课题对工作电解质的闪火理论、电导率理论和钽电容器阴极界面的双电层理论等内容进行探索,分析了工作电解质中阴离子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,并研究了电解质中离子的导电问题,综合考虑提高电解质的电性能,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的方法,研制出160V/1μF液体钽电解电容器电解质配方。我们用新研制出的工作电解质装配成钽电容器老练后进行全项例行试验,其中包括2000小时160V、85℃及125℃高温负荷耐久性实验,全面考核电解质配方及钽电容器各项电性能,取得很好的结果。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将有效的降低钽电容器的ESR。提出提高钽电容器工作电解质闪火电压的方法应围绕着降低电解质的酸度和加入大分子有机物质的种类及含量等方面进行研究和探索。在满足提高电解质的闪火电压的前提下,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。钽电容器各项例行实验结果表明,用所研制的工作电解质和电解液装配成的相应规格的钽电容器各项参数符合合同规定的要求,是一次在理论指导下的成功实践。

论文目录

• 第一章 绪论
• 1.1 液体钽电解电容器的发展前景
• 1.2 液体钽电解电容器的性能特点
• 1.3 高压、低ESR液体钽电解电容器研究的背景和内容
• 第二章 液体钽电解电容器的结构
• 第三章 液体钽电解电容器的工艺流程
• 3.1 概述工艺流程
• 3.2 简介阳极钽块的成型和烧结
• 2O₅介质氧化膜层的形成'>3.3 无定形Ta₂O₅介质氧化膜层的形成
• 3.4 简介工作电解质的组成和作用
• 3.5 小结
• 第四章 理论基础
• 4.1 引言
• 4.2 电解质溶液的闪火理论
• 4.2.1 闪火过程
• 4.2.2 闪火发生的原因和其危害
• 4.2.3 阴离子对闪火电压的影响
• 4.2.4 有机物对闪火电压的影响
• 4.2.5 提高工作电解质闪火电压的途径
• 4.2.6 小结
• 4.3 电解质溶液的电导理论
• 4.3.1 电解质溶液的导电过程
• 4.3.2 电解质溶液的电导率量度
• 4.3.3 提高电解质电导率的途径
• 4.3.4 小结
• 4.4 双电层理论
• 4.4.1 电解质与电极
• 4.4.2 双电层结构模型
• 4.4.3 阴极容量理论
• 第五章 高压小容量低ESR 液体钽电解电容器工作电解质的研制
• 5.1 引言
• 5.2 工作电解质基本配方的研制
• 5.2.1 浸液电解质基本配方的确定
• 5.2.2 凝胶电解质基本配方的确定
• 5.3 浸液电解质的正交实验优选过程
• 5.3.1 确定浸液电解质的正交实验方案
• 5.3.2 浸液电解质的正交实验数据处理
• 5.3.3 优选浸液电解质配方
• 5.4 浸液和凝胶电解质最佳组合的正交实验优选过程
• 5.4.1 确定浸液和凝胶电解质最佳组合的正交实验方案
• 5.4.2 浸液和凝胶电解质最佳组合的正交实验数据处理
• 5.4.3 确定浸液和凝胶电解质最佳组合的配方
• 5.5 钽电容器的综合性能实验对工作电解质性能的最终检验
• 第六章 高压低ESR 小容量液体钽电解电容器失效分析
• 6.1 钽电容器失效分析
• 2O₅介质膜的“裂纹”'>6.1.1 Ta₂O₅介质膜的“裂纹”
• 2O₅介质膜的“晶化”'>6.1.2 Ta₂O₅介质膜的“晶化”
• 6.1.3 纹波电流的影响
• 6.1.4 饱和蒸气压的影响
• 6.2 避免失效的措施
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 附录
• 致谢