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毫米级精度加持:撑起铝电解电容的“安全壳”

电容器是与电阻、线圈齐名的三大无源器件之一。虽然是一个简单的零部件,但是首先我们可以说没有不使用电容器的电气或电子电路。

电容器是与电阻、线圈齐名的三大无源器件之一。虽然是一个简单的零部件,但是首先我们可以说没有不使用电容器的电气或电子电路。PC和智能手机之类的高端电子设备,如果没有电容器就无法构成电路,而且对于作为其核心的CPU和通信芯片来说,电容器可谓最重要的周边零部件之一。

所谓电容器

电容器是指能在内部电极表面蓄积电荷的电子零部件。由于能够蓄积起来的电荷比电池少,因而只能在短暂的时间内供给电流,但是可多次反复使用,并可在瞬间放出较大的电流。

如果将绝缘体(介质)平行地夹在金属板(电极)上,就会成为电容器。如果向该金属板(电极)间施加直流电压,就可将电荷储存起来。这就是电容器的原理。被蓄积起来的电荷量叫做静电电容,静电电容C是由绝缘体的介电常数ε、电极的表面积S、绝缘体的厚度d来决定的。

电容器类别

电容器作为电子产品中不可替代的原件被大量生产和广泛使用,不同种类的电容器应用场景差异较大,功能上互相补充,因此彼此之间没有可替代性。电容器根据所使用的材料和构造等有许许多多的种类,其特点根据种类而不同。电容器主要种类有铝电解电容器、薄膜电容器、陶瓷电容器、钽电解电容器等。铝电解电容器因价格实惠、质量轻便、电容大体积小等优势被大量用于能量储存、音频耦合及隔断直流,占各类型电容器使用量的34%。

铝电解电容器

电解电容是电容器这个家族里“存电能力超强”的分支——因为内部用了电解液(或固态电解质)和特殊电极材料,存电容量比普通电容大几十到上百倍,是家族里的“大容量担当”。

铝电解电容器是有极性的电解电容,被誉为现代工业的维生素,是电子电路中最常用的被动元件之一,主要用于储能、滤波、补偿和保护电路等功能。铝电解电容器以其体积小、容量大、寿命长、成本低等优点,在电子、电力、通讯、家电等领域得到广泛应用。我国集中了全球最大的铝电解电容器产能,也是全球第一大铝电解电容器消费国,与此同时,铝电解电容器整体上呈国产替代的趋势。

电解电容器的工作原理基于电解质的离子导电特性。当在电解电容器的两极施加电压时,电解质中的离子会发生定向移动。在阳极,金属离子会进入电解质溶液中,同时电子会从阳极流出,通过外部电路流向阴极;在阴极,电解质中的阳离子会得到电子,发生还原反应。这样,在电解电容器的两极就形成了电荷的积累,从而实现了电容器的充电过程。当外部电路需要时,电容器会进行放电,储存的电荷会通过外部电路释放出来,为电路提供能量。这种通过电解质实现电荷存储和释放的特性,使得电解电容器能够在各种电子电路中发挥重要作用,如电源滤波、信号耦合、能量存储等。例如,在电源电路中,电解电容器可以平滑直流电压,减少电压波动,为电子设备提供稳定的电源;在信号处理电路中,它可以用于隔离直流分量,传输交流信号,实现信号的耦合和滤波功能。

铝电解电容器原理图

铝电解电容器以铝箔作为阳极,通过在电解液中进行阳极氧化处理,在铝箔表面生成一层三氧化二铝薄膜作为绝缘介质。其构造通常是将阳极铝箔、浸有电解液的电解质纸以及阴极铝箔按一定方式卷绕或叠层后,封装在铝壳或其他合适的外壳中,为防止电解液泄漏,通常会采用橡胶塞等密封材料进行密封。

铝箔是铝电解电容器主要材料,将铝箔设置为阳极,在电解液中通电后,铝箔的表面会形成氧化膜(Al2O3),此氧化膜的功能为电介质。

形成氧化膜后的铝箔在电解液中是具有整流特性的金属,就像是一个二极管,被称之为阀金属。

①阳极铝箔

首先,为了扩大表面积,将铝箔材料置于氯化物水溶液中进行电化学蚀刻。然后,在硼酸铵溶液中施加高于额定电压的电压后,在铝箔表面形成电介质氧化层(Al2O3),这个电介质层是很薄很致密的氧化膜,大概1.1~1.5nm/V,绝缘电阻大约为10^8~10^9Ω/m。氧化层的厚度和耐压成正比。

②阴极铝箔

同阳极箔一样,阴极铝箔同样有蚀刻的程序,但是没有氧化的程序。因此,阴极铝箔表面只有少量的自然氧化形成的(Al2O3),能承受的电压只有0.5V左右。

③电解液

电解液是由离子导电的液体,是真正意义上的阴极,起着连接阳极铝箔表面电介质层的作用。而阴极铝箔类似集电极一样起着连接真正阴极和内部电路的作用。电解液是决定电容器特性(温度特性,频率特性,使用寿命等)的关键材料。

④电解纸

电解纸主要起着均衡电解液的分布并保持阴极箔和阳极箔间隔的作用。

铝电解电容器的稳定工作,离不开各核心部件的协同配合——从阳极铝箔、阴极铝箔的蚀刻处理,到电解液的离子导电作用,再到电解纸的间隔缓冲,每一个组件都直接影响其性能与寿命。而作为封装保护的关键结构,外壳的作用更是不容忽视:它不仅要密封内部的电解液、电极等核心部件,防止漏液与外界环境侵蚀,还要承担散热、绝缘等重要功能,是铝电解电容器不可或缺的组成部分。

正是基于铝电解电容器对壳体的严苛需求,覆膜铝-电容器绝缘铝壳为这类电容的性能升级提供了重要支撑。这款外壳并非简单的封装结构,而是针对电解电容器的工作特性精准设计:以铝为基底材质,既保留了铝壳优良的散热性,能快速导出电容工作时产生的热量,延长核心部件寿命;又通过覆膜工艺赋予外壳可靠的绝缘性能,彻底规避了金属壳体可能带来的导电干扰与短路风险,解决了传统铝壳在复杂电路中需额外套绝缘套管的麻烦。

同时,考虑到铝电解电容器对密封性的要求,该绝缘铝壳可与封口橡胶等密封材料完美适配,形成严密的防护结构,有效阻挡潮湿、粉尘等外界因素侵入,进一步保障电解液的稳定性,间接提升电容器的温度适应性与使用寿命。无论是新能源设备的电源模块,还是工业控制板的供电电路,这类对绝缘、散热、可靠性均有高要求的场景,覆膜铝-电容器绝缘铝壳都能精准匹配,成为铝电解电容器发挥最优性能的重要配套保障。

生产工艺

采用热熔法双面覆膜(PET)工艺,在铝壳的内外表面覆PET膜,覆膜铝具有高阻隔、耐穿刺、抗冲击、高绝缘性,该工艺制成的铝壳电容器应用到线路板或其他设备上,能够防止与电路板上线路及周边元器件接触而发生线路短路。

覆膜铝-电容器绝缘铝壳的性能表现,并非仅依赖结构设计的合理性,其底层的材料选择与生产工艺成熟度,才是决定其能否长期适配铝电解电容器工作需求的关键。上海联净在该领域的技术落地,正是围绕这两大核心环节展开——为避免通用型覆膜材料与常规工艺可能存在的适配性不足问题,其不仅针对性开发了适配电容器绝缘铝壳的专用覆膜,还搭建了与之匹配的覆膜铝生产体系,从材料到生产环节形成闭环,以保障最终产品在绝缘、耐候等核心指标上的稳定性。

上海联净自主开发覆膜铝专用三层(ABC)改性BOPET薄膜:功能改性&结构设计;高阻隔、耐穿刺、抗冲击、高绝缘性。

图源:上海联净复合材料技术有限公司

上海联净的覆膜铝生产线,是为适配电容器绝缘铝壳需求打造的一体化生产体系——依托其自主掌握的电磁感应加热辊技术,可实现300℃±1℃精准温控,搭配精度达±0.001mm的精密复合单元,避免覆膜气泡、褶皱,确保自主研发的三层改性BOPET专用薄膜与铝基材形成紧密贴合的复合界面;生产中先对铝基材做脱脂钝化预处理,再通过高温熔融贴合工艺实现分子级结合(无溶剂残留),最后按电容铝壳规格精准裁切,同时依托专利技术与标准化检测管控品质,既能让覆膜铝产品长期保持高绝缘、耐高温性能,又能满足新能源、工业电子等领域对电容器绝缘铝壳的大批量、高可靠性需求。

铝电解电容器应用及市场规模

铝电解电容器应用场景以中低压电源电路为主,在消费电子、照明等领域应用最为广泛。此外,部分工控、新能源汽车中也使用铝电解电容,但以中低功率场景为主,主要应用领域如下表所示。

铝电解电容器应用领域

铝电解电容器产业链

随着新能源电动车、新能源发电、储能等新兴领域迅速崛起,大容量高质量的铝电解电容产品的应用范围更为广泛,铝电解电容器等被动元器件行业需求旺盛,为上游铝电解电容器用铝箔材料、电极箔行业提供了广阔的市场发展空间。

中国作为全球最大的电子产品生产和消费国,在电解电容器市场中占据重要地位。国内拥有众多电解电容器生产企业,如艾华集团、江海股份、华威电子、万裕等,这些企业近年来不断加大研发投入,提升技术水平,产品质量和性能逐步提高,不仅满足了国内市场的需求,还大量出口到国际市场。随着国内电子产业的不断升级和新兴产业的快速发展,中国对电解电容器的需求持续增长,进一步推动了全球市场的发展。

文章参考资料:研精究微、联盈控电子、深企投研究、电子重力场、产业信息小灵通、记得诚

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