什么是鋁電解電容器

什么是鋁電解電容器

它是由鋁圓筒做負(fù)極，里面裝有液體電解質(zhì)，插入一片彎曲的鋁帶做正極制成。還需要經(jīng)過直流電壓處理，使正極片上形成一層氧化膜做介質(zhì)。它的特點(diǎn)是容量大，但是漏電大，誤差大，穩(wěn)定性差，常用作交流旁路和濾波，在要求不高時也用于信號耦合。電解電容有正、負(fù)極之分，使用時不能接反。有正負(fù)極性，使用的時候，正負(fù)極不要接反。

鋁電解電容器——AluminiumElectrolytic

Capacitor

2?1鋁電解電容器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

　　鋁電解電容器的芯子是由陽極鋁箔、電解紙、陰極鋁箔、電解紙等4層重迭卷繞而成；芯子含浸電解液后，用鋁殼和膠蓋密閉起來構(gòu)成一個電解電容器。同其它類型的電容器相比，鋁電解電容器在結(jié)構(gòu)上表現(xiàn)出如下明顯的特點(diǎn)：

　?。?）鋁電解電容器的工作介質(zhì)為通過陽極氧化的方式在鋁箔表面生成一層極薄的三氧化二鋁（Al2O3），此氧化物介質(zhì)層和電容器的陽極結(jié)合成一個完整的體系，兩者相互依存，不能彼此獨(dú)立；我們通常所說的電容器，其電極和電介質(zhì)是彼此獨(dú)立的。

　?。?）鋁電解電容器的陽極是表面生成Al2O3介質(zhì)層的鋁箔，陰極并非我們習(xí)慣上認(rèn)為的負(fù)箔，而是電容器的電解液。

　?。?）負(fù)箔在電解電容器中起電氣引出的作用，因?yàn)樽鳛殡娊怆娙萜麝帢O的電解液無法直接和外電路連接，必須通過另一金屬電極和電路的其它部分構(gòu)成電氣通路。

　　（4）鋁電解電容器的陽極鋁箔、陰極鋁箔通常均為腐蝕鋁箔，實(shí)際的表面積遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其表觀表面積，這也是鋁質(zhì)電解電容器通常具有大的電容量的一個原因。由于采用具有眾多微細(xì)蝕孔的鋁箔，通常需用液態(tài)電解質(zhì)才能更有效地利用其實(shí)際電極面積。

　　（5）由于鋁電解電容器的介質(zhì)氧化膜是采用陽極氧化的方式得到的，且其厚度正比于陽極氧化所施加的電壓，所以，從原理上來說，鋁質(zhì)電解電容器的介質(zhì)層厚度可以人為地精確控制。
鋁電解電容器的性能特點(diǎn)

　　同其它類別的電容器相比，鋁電解電容器的優(yōu)越性表現(xiàn)在以下幾個方面：

　?。?）單位體積所具有的電容量特別大。工作電壓越低，這方面的特點(diǎn)愈加突出，因此，特別適應(yīng)電容器的小型化和大容量化。例如，CD26型低壓大容量鋁電解電容器的比容量約為300μF/cm3，而其它在小型化方面也頗具特色的金屬化紙介電容器的低壓片式陶瓷電容器的比容量一般不會超過2μF/cm3。

　?。?）鋁電解電容器在工作過程中具有“自愈”特性。所謂“自愈”特性是指介質(zhì)氧化膜的疵點(diǎn)或缺陷在電容器工作過程中隨時可以得到修復(fù)，恢復(fù)其應(yīng)具有的絕緣能力，避免招致電介質(zhì)的雪崩式擊穿。

　?。?）鋁電解電容器的介質(zhì)氧化膜能夠承受非常高的電場強(qiáng)度。在鋁電解電容器的工作過程中，介質(zhì)氧化膜承受的電場強(qiáng)度約為600kV/mm，這一數(shù)值是紙介電容器的30多倍。

　?。?）可以獲得很高的額定靜電容量。低壓鋁電解電容器能夠非常方便地獲得數(shù)千乃至數(shù)萬微法的靜電容量。一般來說，電源濾波、交流旁路等用途所需的電容器只能選用電解電容器。

　　當(dāng)然，鋁電解電容器也有以下顯著缺點(diǎn)：

　?。?）絕緣性能較差?？梢赃@樣說，鋁電解電容器是所有類別的電容器中絕緣性能最差的。對鋁電解電容器而言，通常采用漏電流來表征其絕緣性能，高壓大容量鋁質(zhì)電解電容器的漏電流可達(dá)1mA以下。

　　（2）損耗因子較大，低壓鋁電解電容器的DF通常在10％以上。

　?。?）鋁電解電容器的溫度特性及頻率特性均較差。

　?。?）鋁電解電容器具有極性。使用在電子線路中時，鋁電解電容器的陽極要接電路中的電位高的點(diǎn)，陰極接電位低的點(diǎn)，才可能正常發(fā)揮電氣功能。如果接反了，電容器的漏電流急劇增大，芯子嚴(yán)重發(fā)熱，導(dǎo)致電容器失效，并有可能燃燒爆炸，損害線路板上的其它器件。

　?。?）工作電壓有一定的上限。根據(jù)鋁電解電容器介質(zhì)氧化膜的特殊生成手段，其最高工作電壓一般為500V，且發(fā)展?jié)摿κ钟邢?；而對其它非化學(xué)電容器而言，只要適當(dāng)加厚其電介質(zhì)的厚度，理論上的工作電壓可以達(dá)到任意上限值。

　?。?）鋁電解電容器的性能容易劣化。使用經(jīng)過長期存放的鋁電解電容器，不宜突然施加額定工作電壓，而應(yīng)逐漸升壓至額定電壓。

　　（7）傳統(tǒng)鋁電解電容器由于采用電解液作為陰極，在片式化方面存在較大的障礙，故其片式化進(jìn)程落后于陶瓷電容器及金屬化薄膜電容器。

2?3鋁電解電容器的電性能參數(shù)

　　鋁電解電容器的額定容量接E6系列的優(yōu)選數(shù)確定，即：　　(N=0,1,2…5)；共有6個數(shù)值：1?0，1?5，2?2，3?3，4?7，6?8。與E6系列相對應(yīng)的允許偏差為±20％，但對通用的電解電容器而言，其正偏差常放寬至＋50％。

　　鋁電解電容器的損耗因子的定義為：在規(guī)定頻率的正弦電壓下，電容器所消耗的有功功率和無功功率的比值，即：　　

其中，f為正弦電壓的頻率，C為在該頻率下電解電容器串聯(lián)模型的容量，r為電解電容器的等效串聯(lián)電阻（ESR）。

　　鋁電解電容器的漏電流通常定義為施加額定工作電壓若干分鐘以后流過電容器的電流。通常，鋁電解電容器容許的最大漏電流可以用下式界定：

　　Il=KCU(μA)

其中，C為電容器的容量（μF），U為所施加的直流電壓值（V），K是與電容器類型有關(guān)的常數(shù)，通常的取值范圍為0.01～0.1，低漏電流的系列品也有取值小于0.002的情況。

　　額定工作電壓是指在規(guī)定的環(huán)境溫度范圍內(nèi)所能施加到電解電容器上的最大直流電壓值。按GB2472?81的規(guī)定，適用于電解電容器的額定電壓序列為：4.0,6.3,10,16,25,35,50,63,100,125,160,250,300,450,500,630。根據(jù)實(shí)際的需要，有時也用到200V及350V的產(chǎn)品。

3鋁電解電容器面臨的挑戰(zhàn)與機(jī)遇

　　20世紀(jì)80年代，當(dāng)LSI、VLSI蓬勃發(fā)展的時候，有人曾經(jīng)對電容器的前景極為悲觀，隨后的事實(shí)證明，這些看法有一些杞人憂天的味道：自上個世紀(jì)80年代中期起，電容器產(chǎn)業(yè)的年平均增長率均在20％以上，1993年全球電容器的銷售產(chǎn)值已達(dá)130億美元。鋁質(zhì)電解電容器的銷售產(chǎn)值占整個電容器產(chǎn)業(yè)的1/3多。但是，隨著電子技術(shù)及材料制造工藝的進(jìn)步，傳統(tǒng)型鋁電解電容器不僅受到電子技術(shù)發(fā)展的壓力，也面臨其它類別電容器挑戰(zhàn)其龍頭老大地位的壓力。

　　電子技術(shù)對電容器小型化、片式化的需求，使得傳統(tǒng)鋁電解電容器產(chǎn)業(yè)倍感壓力。傳統(tǒng)鋁電解電容器采用電解液作為陰極，這使得其片式化進(jìn)程受到極大的阻礙。片式化通常采用迭層結(jié)構(gòu)、樹脂包封的形式，而如何將電解液完好地密封起來一直是鋁電解電容器研發(fā)人員倍感頭痛的事。鉭電解電容器采用固態(tài)半導(dǎo)體材料MnO2作為陰極材料，其片式化的進(jìn)展頗為迅速，已經(jīng)對鋁電解電容器構(gòu)成一定的市場威脅。

　　超大比表面積（2000m2/g～3000m2/g）炭纖維布工業(yè)化制造技術(shù)的成熟，使得近年來雙層電容器的研發(fā)與制造迅速成長，并成為極低壓和低壓鋁電解電容器的一個有力的競爭對手。EDLC可以輕而易舉地獲得法拉級的容量，其儲能密度高于鋁電解電容器，因而在儲能用的領(lǐng)域正在逐步打破鋁電解電容器的壟斷地位，并有可能后來居上。

　　金屬化紙介、金屬化薄膜電容器的出現(xiàn)，使得紙介、塑料薄膜電容器在減小體積、增大比容量方面邁出歷史性的一步。目前，金屬化紙介、金屬化薄膜電容器小型化、片式化的發(fā)展較為活躍，并向低壓小容量的鋁電解電容器發(fā)出挑戰(zhàn)。同樣，片式陶瓷電容器由于中低溫?zé)Y(jié)技術(shù)的開發(fā)，垂直迭層工藝的發(fā)展，能夠獲得的電容量范圍也在逐步擴(kuò)大，也在逐步蠶食低壓小容量鋁電解電容器所占的市場份額。

　　雖然鋁電解電容器面臨著前所未有的壓力和挑戰(zhàn)，但是也不必過于悲觀地認(rèn)定鋁電解電容器已經(jīng)窮途末路，必定要退出歷史舞臺。然而新技術(shù)、新材料的發(fā)展，在給其它類別電容器帶來發(fā)展機(jī)遇的同時，也必定會為鋁電解電容器的創(chuàng)新突破打開方便之門。有機(jī)半導(dǎo)體材料、導(dǎo)電聚合物材料的出現(xiàn)及其合成技術(shù)的成熟，已經(jīng)為鋁電解電容器的更新?lián)Q代奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。將有機(jī)半導(dǎo)體材料、導(dǎo)電高分子材料用作鋁電解電容器陰極的嘗試，得到的頻率特性、溫度特性可以和片式陶瓷電容器媲美，甚至高出固態(tài)鋁電解電容器。另外，對于傳統(tǒng)型鋁電解電容器而言，在一段時間內(nèi)不可相比的容量價格比仍足以使其維持主流產(chǎn)品的地位