液体铝电容（10）——规格参数与失效模式

规格参数

图1 铝电容规格书

铝电容的规格书如图1所示（参考自尼吉康），其主要规格参数包括：

使用温度范围：规定了电容的工作温度区间，超过此温度范围使用可能导致电容失效。如低温下电解液冻结，ESR大幅提升；高温下电解液汽化，电容开阀等。

额定电压：规定电容正常使用时承受的电压最大稳态电压，表中的额定电压是一个范围，是因为图1所示的是一个系列的电容的规格书，正常的额定电压为单一电压值。

容量：是指铝电容在20°C、120Hz、0.5V交流电的条件下测得的电容大小。一般来说，随着温度的上升，电容容量也会增加（电解液的性能，如电导率和粘度，具有较为显著的温度特性。温度上升时，电导率变大，粘度变小；温度下降时，电导率变小，粘度变大）；而随着频率的增加，电容容量会下降（电解液中的离子迁移速度受限，因此电解电容的高频特性较差）。图3中容量是一个范围也与额定电压一样，指的是一个系列的电容的容量范围，正常情况下，一个型号的电容也是对应一个容量值。

损耗角正切值：理想电容器不消耗能量，但是实际电容器存在介质损耗，因此也会产生耗能，损耗角正切值即表征电容的损耗大小。 

漏电流：当施加直流电压时，介质氧化层允许很小的电流通过，这部分小电流称为漏电流。漏电流随加压时间呈现先上升后下降，之后趋于稳定的趋势。

耐久性：图1所示的电容寿命规格是135°C@4000h，表示其在135°C下能工作4000小时不损坏。电容的寿命随温度的降低而增加，可采用温度降低10度，寿命翻倍的方法评估铝电容的寿命。

另外，由于低温下电解液粘度提升，其电导率下降，所以铝电容的容量随温度降低而降低。在高频下，电解质的离子无法快速响应电场的变化，极化能力下降，因此铝电容的频率特性较差。其温度特性曲线和频率特性曲线如图2所示。

图2 铝电容温度特性曲线和频率特性曲线

失效模式

图3 铝电容失效模式

图3引用了NCC官网文档给出的铝电容失效模式，可以看到其失效模式主要包括以下几种： 

电解液干涸：电解液是铝电解电容器的负极。在电容器使用过程中，密封橡胶会逐渐老化，导致电解液挥发。即使橡胶未老化，胶圈也不能实现完全密封的效果，电解液仍能从孔隙中挥发。当电解液完全蒸发后，电容器的等效串联电阻（ESR）会显著升高，容量大幅下降，并且无法对氧化膜进行修复，最终导致电容失效。

电气性能失效：电气性能失效包括过电压或反向电压导致的电容击穿；纹波电流过大使电容器内部发热，温度上升导致电解液蒸发导致内部气压升高，从而降低电容器的使用寿命或导致电容开阀；频繁的深度充放电使电解液与铝箔发生反应，形成氧化膜并产生气体，释放热量，导致电容器性能劣化，甚至失效。

卤素腐蚀：卤素离子（主要是Br-、Cl-）在电场作用下会聚集于阳极。以Cl-为例，会发生如下反应：

Al2O3+6HCl=2AlCl3+3 H2O

AlCl3+3 H2O=Al(OH)3+3H++3Cl-

可见，卤素离子对阳极氧化膜的腐蚀是不消耗氯离子的，这使得腐蚀过程可持续进行，最终导致漏电流增加、内压升高而开发。因此，在电容器的使用过程中，如果使用含有卤化物的材料（如助焊剂等），卤化物可能通过封口材料侵入电容器内部，需特别注意。

存储失效：长时间放置时，阳极箔的氧化膜与电解液会发生化学反应，导致耐压降低、漏电流上升。当对这种电容器施加额定电压后，如果漏电流较小，施加的电压会对氧化膜进行修复，但如果漏电流较大，则会在短时间内产生大量的热量，引起绝缘层破坏，从而导致电容失效。因此，长时间放置后的电容器需要重新进行老化修复，以恢复氧化膜的性能。 

水合失效：水合失效是电解电容器常见的失效模式，虽然电解液中添加有水合抑制剂，但是仍无法完全避免铝电容的水合失效。水合反应如下所示：

阳极箔：Al2O3+n H2O= Al2O3·nH2O

在发生水合反应后，电容量降低（氧化层疏松导致腐蚀孔堵塞）损耗增加、漏电流上升，最终导致电容器失效。

低温失效：在低温环境下，电解液会冻结，导致粘度上升，从而使电容器的ESR升高，发热增加，最终导致电容器失效。