铝电解电容阳极腐蚀问题研究与分析

作者：陈中炜,陈秀秀,格力时间：2020-10-22来源：电子产品世界收藏

编者按：本文结合铝电解电容高温负荷下阳极腐蚀机理研究与分析，阐述对原材料中存在氯离子等有害杂质对电容造成的严重危害，通过对铝电解电容组成结构剖析，分析杂质离子的来源，针对性给出对应的解决方案。

前言

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/202010/419533.htm

铝电解电容以其容量大、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，特别是中、高压铝电解电容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。

图1 电解电容内部腐蚀图

1 空调电路板铝电解电容腐蚀问题分析及验证

1.1 故障分析

在空调电路板中，经常性出现电解电容腐蚀失效问题，其中400V以上高压铝电解电容失效尤为突出，综合其失效原因，主要表现为高温负荷下阳极腐蚀严重造成电容失效。所谓阳极腐蚀，是指电容在一定负荷条件下，经过一段时间，阳极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。如下图，氯离子超标导致的450V电解电容腐蚀失效。

1.2 铝电解电容器阳极氯离子腐蚀的机理

阳极引线条氯离子腐蚀，因为有附加产氢（正常自愈产氢之外），易使内压上升，造成鼓底爆炸，早期失效，成品率低。曾是铝解电容器行业中高压产品的一个重大问题。经过盖板材质改进及文明生产的应对措施之后，曾有很大的改善。虽然问题已基本解决，但因这个危害的隐患因素依然存在。例如盖板材料的氯离子含量仍然较高，生产中的污染，及水分问题都是时刻会爆发的隐含因素，应该引起警觉。同时它也是影响寿命及耐波纹能力的重要因素。因此要特别加以重视。氯离子的长期不断腐蚀，对产品的破坏会愈来愈大。氯离子含量超标对电解电容是致命伤害。

图2 电解电容氯离子腐蚀机理图

1.3 腐蚀的原因分析

1.3.1 铝电容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、铝壳、引线套管及配置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，原材料中存在氯离子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。

图3 电解电容结构图

1.3.2 阳极腐蚀过程中杂质离子的来源：

（1）盖板对阳极腐蚀的影响：电容在工作中，盖板中氯离子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。

（2）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氯离子杂质离子，这种结果往往对电容产品的性能影响就很大。

（3）铝箔对阳极腐蚀的影响：铝箔在铝电解电容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。所以想要获得可靠性高、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。

（4）电解纸对阳极腐蚀的影响：电解纸在电容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，达到电容产品容量最大化的目的。制造电容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，从而影响到电容的性能。

（5）电解液对阳极腐蚀的影响：电解液在整个铝电容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：① 药品的纯度；② 电解液中溶剂与溶质的因素；③ 电解液与铝箔的兼容性。

1.4 腐蚀的解决方案

综上所述，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：

① 选择纯度较高，含氯离子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、铝壳、引条套管以及配置电解液用的各种化学药品等。

② 针对不同化成工艺的铝箔研究与之匹配的工作电解液。

③ 铝电容产品芯包内电解液含量不能太多，可以用甩干的办法除去多余的电解液。

④ 严格控制生产工艺，保证产品生产过程中一个无尘无污染的环境。

⑤ 在电解液方面可以添加一些缓蚀剂，延缓腐蚀的进程，提高产品的性能和延长产品的使用寿命。

⑥ 对阳极引条进行高压化成处理，在引条表面形成耐足够电压的保护膜，提高引条的腐蚀性。

参考文献

[1] 陈永真. 电容器及其应用[M]. 科学出版社，2010 (3)：60-80.

[2] Frabcois Beguin等著.超级电容器[M].人民邮电出版社，2014 (5)：75-79.