固体高分子铝电解详解_2016N
铝电解PPT课件
❖ 氧化铝中含有少量杂质如SiO2 、 Fe2O3 、TiO2 、CaO、 Na2O等。在电解过程中，比铝更正电型的金属氧化物（ SiO2 、 Fe2O3 、TiO2）将会被电解析出的铝还原成金属 进入铝液，从而污染金属铝，降低质量品级。比铝更负电 性的金属氧化物（CaO、Na2O）则会与冰晶石发生反应 ，从而使电解质成分发生改变而影响电解过程，增大氟盐 的消耗。水分同样也会分解冰晶石，还能生成有害的氟化 氢气体而污染环境，并增加液体铝中的氢含量。
1.3 溶剂——氟化盐
❖ 铝电解生产中用的溶剂氟化盐有冰晶石、氟化铝以及作 为添加剂使用的氟化钙、氟化镁、氟化锂等几种。
（1）冰晶石（Na3AlF6）是氧化铝的溶剂，是组成电解质 的主要成分。现代铝电解工业使用的冰晶石为人工合成 冰晶石。下表为人造冰晶石的质量标准：
等级 不小于
F Al 特级 53 13
铝电解惰性可润湿性阴极
2012.05.19
❖ 1.铝电解概述
❖ 1.1铝电解生产流程 ❖ 1.2 原料——氧化铝（Al2O3） ❖ 1.3 溶剂——氟化盐 ❖ 1.4 预焙阳极 ❖ 1.5 铝电解槽的阴极
❖ 2.惰性可润湿阴极
❖ 2.1 TiB2涂层阴极 ❖ 2.2 TiB2陶瓷阴极 ❖ 2.3TiB2复合阴极
附和机械损失等原因，使冰晶石在生产中有一定
的消耗量，一般情况下，每生产1t铝的冰晶石消
耗为5~15kg。
(2)氟化铝（AlF3)
铝电解工艺技术分析报告
铝电解工艺技术分析报告铝电解工艺技术分析报告一、概述铝电解是指利用电解重铝熔体，通过电解的方式将铝离子还原为金属铝的工艺。
电解铝工艺技术是现代铝工业的重要组成部分，是大规模生产铝的核心技术之一。
二、工艺过程铝电解工艺主要分为铝电解槽和预处理两部分。
1. 铝电解槽铝电解槽是实现铝电解的关键设备，一般采用长方形钢框结构，内衬碳素黑铝质耐火材料。
槽内放置了阳极（炭块）和阴极（石墨块）等。
电解槽中的熔融铝电解液主要由氟化铝和氯化铝等组成。
2. 预处理预处理主要包括氧化、再热、化学分离等步骤。
氧化是将铝块在高温高湿气氛中进行煅烧，使其表面形成一层稳定的氧化铝膜，从而减少阳极消耗。
再热是将氧化的铝块进行加热，使其温度接近熔点，为铝的电解提供条件。
化学分离是将铝块放入滴入槽中，通过化学反应去除杂质，提高铝电解质量。
三、工艺优势1. 节能环保铝电解工艺使用电能进行铝的电解，相比传统冶炼工艺，消耗的能量减少了很多，因此具有节能优势。
另外，铝电解过程中不产生有害气体和废水，对环境污染较小。
2. 产品质量高铝电解工艺能够制备高纯度、高纯净度的铝合金，产品质量稳定可靠。
通过优化工艺参数和控制生产环境，可以获得更好的产品性能。
3. 生产效率高铝电解工艺具有高效率、大规模、自动化程度高的特点，能够实现连续生产，提高生产效率和生产能力。
四、技术挑战与发展趋势1. 能耗进一步降低铝电解工艺目前仍然存在能耗较高的问题，如何进一步降低能耗，提高能源利用效率是亟待解决的技术难题。
开展可再生能源的利用、优化槽电解条件等是未来的研究方向。
2. 提高生产效率尽管铝电解工艺已经具有一定的高效率，但仍然需要进一步提高生产效率，实现更快速、更可靠的铝电解生产。
通过优化槽结构和槽电解条件等来改进生产方式，是实现这一目标的重要途径。
3. 发展高纯度铝生产技术随着高科技行业的快速发展，对高纯度铝的需求日益增加。
因此，开发制备高纯度铝的新工艺技术，提高产品纯度和质量，是未来的发展方向之一。
铝电解 -回复
铝电解-回复
铝电解是一种工业生产铝的常用方法，也称为Hall-H éroult法。
下面是铝电解的基本过程：
1.准备电解质：制备含有氧化铝（Al2O3）的电解质，通常使用氧化铝与氟化钠
（NaF）等混合物。
2.准备电解槽：准备一个大型的电解槽，通常由钢质或碳质制成，内衬耐火材
料。
电解槽内有阴极和阳极。
3.制备阴极：阴极通常由碳质材料制成，例如焦炭。
4.制备阳极：阳极通常由石墨或焦炭制成，其中掺杂一些助熔剂。
5.注入电解质：将制备好的电解质注入电解槽中，确保液面覆盖住阴极和阳极。
6.施加电流：通过外部电源施加直流电流。
正极连接阳极，负极连接阴极。
电
流通过电解质，使氧化铝分解成铝离子和氧气。
7.阳极反应：在阳极上发生氧化反应，氧气被释放并排出电解槽。
8.阴极反应：在阴极上发生还原反应，铝离子被还原成金属铝，在阴极上凝结
形成铝块。
9.收集铝：周期性地将电解槽中形成的铝块收集出来。
铝电解是一种能耗较高的工艺，但它在工业生产中仍然被广泛使用，因为铝是一种重要的金属，具有广泛的应用领域。
铝电解固态电容
铝电解固态电容1. 介绍铝电解固态电容是一种高性能电容器，具有高频响应、低ESR（等效串联电阻）和低内阻的特点。
它广泛应用于电子设备、通信设备、汽车电子等领域。
本文将详细介绍铝电解固态电容的原理、结构、性能指标以及应用。
2. 原理铝电解固态电容的原理基于铝薄膜与氧化铝之间形成的氧化层作为介质，通过阳极氧化工艺将铝薄膜表面转变为氧化铝层。
这种氧化层具有良好的绝缘性能和较高的比表面积，使得电容器具有较大的存储能量。
在正向工作时，外加正向偏压使得氧化层上带正电荷的阳极吸引阴极中带负电荷的离子，形成一个由负离子组成的双层。
这个双层就相当于一个储存着能量的介质，具有较大的电容值。
3. 结构铝电解固态电容一般由铝箔、氧化铝层、电解液和导电胶组成。
•铝箔：用作阳极，经过阳极氧化处理形成氧化铝层。
•氧化铝层：作为电容器的介质，具有良好的绝缘性能和较高的比表面积。
•电解液：填充在氧化铝层中，提供离子导电通道。
•导电胶：用于连接铝箔和外部引线，保证电容器的导电性能。
4. 性能指标4.1 容量容量是衡量电容器储存能力大小的指标，单位为法拉（F）。
铝电解固态电容的容量一般在几微法到几百微法之间。
4.2 工作温度范围工作温度范围是指电容器能够正常工作的温度范围。
一般来说，铝电解固态电容的工作温度范围为-55°C到+125°C。
4.3 频率特性频率特性是指电容器在不同频率下的表现。
铝电解固态电容具有较好的高频响应特性，适用于高频应用场景。
4.4 等效串联电阻（ESR）等效串联电阻是指电容器中由于导体、电解液和介质等因素引起的电阻。
铝电解固态电容的ESR较低，能够提供较低的功率损耗。
4.5 寿命寿命是指电容器能够正常工作的时间。
铝电解固态电容具有较长的寿命，一般可达几千小时以上。
5. 应用铝电解固态电容广泛应用于各种领域，包括但不限于：•通信设备：用于滤波、耦合和维持稳定工作状态。
•电子设备：用于稳压、滤波和储能。
铝离子陶瓷固态电解质
铝离子陶瓷固态电解质铝离子陶瓷固态电解质是一种具有优良性能的固态材料，主要用于铝离子电池、燃料电池等能源存储和转换领域。
它具有高离子传导率、良好的热稳定性、优异的化学稳定性和机械强度等优点，是当前固态电解质研究领域的热点之一。
一、铝离子陶瓷固态电解质的组成和结构铝离子陶瓷固态电解质主要由氧化铝基体和掺杂在基体中的锂盐或镁盐等离子导体组成。
其中，氧化铝基体具有良好的热稳定性和化学稳定性，能够有效防止电解液与外界环境的接触，提高电池的安全性能；而掺杂在基体中的锂盐或镁盐等离子导体则能够提高电解质的离子传导率，降低电池内阻，提高电池的能量密度和功率密度。
二、铝离子陶瓷固态电解质的性能特点1. 高离子传导率：铝离子陶瓷固态电解质具有较高的离子传导率，能够有效提高电池的充放电效率和功率密度。
目前，已经报道的铝离子陶瓷固态电解质的离子传导率可达到10-3S/cm以上，甚至接近10-2S/cm。
2. 良好的热稳定性：铝离子陶瓷固态电解质具有较高的熔点和热膨胀系数，能够在高温环境下保持稳定的性能。
此外，由于其具有较高的热导率，能够有效散热，降低电池的工作温度，提高电池的使用寿命。
3. 优异的化学稳定性：铝离子陶瓷固态电解质具有较高的化学稳定性，能够有效抵抗电解液中酸性物质的侵蚀，提高电池的安全性能。
此外，由于其具有较高的抗氧化性能，能够有效防止电池内部的自燃和爆炸。
4. 机械强度：铝离子陶瓷固态电解质具有较高的硬度和抗压强度，能够承受较大的外力作用，保证电池的结构稳定。
此外，由于其具有较低的密度，能够减轻电池的重量，提高电池的能量密度。
三、铝离子陶瓷固态电解质的研究进展近年来，随着对新能源技术的需求不断增加，铝离子陶瓷固态电解质的研究取得了显著的进展。
目前，已经成功制备出多种具有优良性能的铝离子陶瓷固态电解质材料，如氧化铝基锂盐掺杂固态电解质、氧化铝基镁盐掺杂固态电解质等。
这些材料不仅具有较高的离子传导率和良好的热稳定性，而且具有优异的化学稳定性和机械强度，为铝离子电池、燃料电池等能源存储和转换领域的应用提供了有力支持。
《铝电解原理中南》课件
铝电解是一种重要的工业生产技术，本课件将介绍铝电解的基本原理、设备 及工艺、应用领域、发展趋势等内容。
什么是铝电解
铝电解的原材料
铝电解的生产以铝土矿和人造氧化铝为原料， 经一系列的冶炼、熔炼过程得到铝金属。
铝电解的生产过程
铝电解是指将氧化铝熔液经电解反应将铝离子 还原为铝金属的过程。该过程需要高温、高压 环境和大量电能。
铝电解的基本原理
反应方程式
铝电解的反应方程式为 4Al3+ + 6e → 4Al + 3O2， 其中Al3+为铝离子，e为 电。
电化学反应
铝电解是一种氧化还原 反应，在一定的条件下， 由于电子的转移而促进 铝离子被还原成铝金属 的过程。
过程流程
铝电解的过程涉及到许 多环节，包括铝熔炼成 型、铝质块及超重熔盐 的预处理、再生铝生产 等。
铝电解的设备及工艺
1
反应器组成
铝电解的反应器一般由电极、电解
电解槽结构
2
槽、电解质和电解液四个部分组成。
铝电解槽是整个工艺过程中最重要
的部分。目前铝电解槽主要采用氧
化铝电解槽，同时也有人造氧化铝
3
电解液的组成
等电解槽被广泛使用。
铝电解液是决定铝电解的关键因素
之一，其组成包括氟化物、氧化铝、
铝、氯化钠等多种元素，各种元素
铝电解技术的发展方向
未来铝电解技术的发展趋势将更加绿色、环保、高效，以适应社会对资源、环保和节能等方 面的需求。
铝电解技术的发展在国内外 均取得了巨大的突破。中国、 美国、亚洲地区的一些国家 均已开发出一些先进的铝电 解技术，为行业的快速发展 奠定了基础。
结论
固体铝电解
固体铝电解固体铝电解是一种新型的铝电解技术，相比传统的液态铝电解，具有许多优势。
本文将从固体铝电解的原理、应用前景、技术挑战等方面进行详细探讨。
固体铝电解是一种利用固体氧化物为电解质的铝电解技术。
在传统的液态铝电解中，电解质是液态的氧化铝熔盐，而在固体铝电解中，电解质则是固态的氧化铝陶瓷。
固体铝电解具有许多优点：首先，固体铝电解可以在较低的温度下进行，这降低了能耗和设备成本；其次，固体铝电解具有更高的电流效率和更高的纯度铝产出，从而提高了生产效率和产品质量；此外，固体铝电解还可以减少对稀有金属的需求，减轻环境压力。
固体铝电解技术在铝工业中具有广阔的应用前景。
首先，固体铝电解可以用于铝的生产，取代传统的液态铝电解，提高产量和质量；其次，固体铝电解还可以用于废旧铝的回收，实现资源的循环利用；此外，固体铝电解还可以应用于铝合金的制备和铝电池等领域，推动铝工业的发展和创新。
然而，固体铝电解技术也面临着一些技术挑战。
首先，固体铝电解技术需要开发高性能的固态电解质材料，以提高电解效率和稳定性；其次，固体铝电解技术需要解决固态电解质与阳极材料之间的界面问题，以提高电解反应的速率和效果；此外，固体铝电解技术还需要解决电解质的制备成本和工艺问题，以降低生产成本和提高可扩展性。
为了克服这些挑战，需要进行大量的研究和开发工作。
首先，可以通过改进材料合成方法和优化材料结构，开发出更高性能的固态电解质材料；其次，可以采用界面工程和纳米材料等技术手段，改善固态电解质与阳极材料之间的界面性能；此外，还可以通过工艺优化和设备改进，降低固体铝电解的生产成本。
固体铝电解是一种具有广阔应用前景的新型铝电解技术。
通过克服技术挑战，固体铝电解有望在铝工业中实现更高的产量和质量，推动铝工业的发展和创新。
我们期待固体铝电解技术的进一步研究和应用，为铝工业的可持续发展做出贡献。
铝电解原理中南ppt课件
艺
2(AlF3 0.5H2O) 500～550℃ Al 2O3 6HF
四、铝电解原料〔冰晶石 与氟化盐〕消费
干法是消费AlF3的主要方法
2
工艺特点：HF不用H2O吸收，
氟 化
直接在流化床反响器内与固
盐 体Al(OH)3进展气固反响，
消
省去酸法中的制酸、精制，
费 工
过滤和枯燥等工序；
艺
优势：简化工艺、提高产质
一、消费炭素阳极的原料 原料包括：骨料和粘接剂两部分 1、骨料----石油焦、沥青焦 对骨料的要求： 灰分含量不能过高，会因带入杂质而影响铝的质量； 硫的含量过高，易使炭素制品开裂，电阻率增高； 钒元素也会增大炭素资料的氧化活性，故其含量不宜太高。
三、炭阳极消费工艺
2、粘接剂---沥青 其主要功能是粘结固体骨料，构成具有一定塑性的炭糊，并且 在炭糊焦化过程中渗入骨料之间，使阳极具有足够的机械强度。 沥青是煤焦油经高温分馏后的残渣，是多种碳氢化合物的混合 体。经过溶剂萃取可将其分别为高分子组分、中分子组分和低分子 组分。
石大类：Al-O型离子和Al-O-F型离子〔简单铝氧氟离子
-
氧模型、铝氧氟离子的桥式构造、缔合或复合铝氧氟离 化子〕； 铝其它： 熔因添加剂引入的新离子，如Ca2+、Mg2+、Li+等；
五、冰晶石-氧化铝熔体的构造
体
的3
构 造
冰 晶
石
-
氧 化 铝 熔
不同条件下的冰晶石-氧化铝熔体构造模型
六、铝电解机理
轻金属冶金专论
吕晓军 中南大学
专题
一、铝电解原理 二、铝电解电解质 三、铝电解电流效率、电能效率和能量平衡 四、铝电解新型电极资料 五、铝电解节能节炭的深层研讨
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2) 固体高分子电容新设计选用：测试纹波电压、电压波动。
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4 产品特点
5) 使用寿命长 液体电容寿命推算：温度每下降20℃，寿命增4倍 (10℃增倍)。 固体电容寿命推算：温度每下降20℃，寿命增10倍。
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6 产品应用实例
4) 家用投影仪
常用规格： HVF 25V100μF Φ6.3×5.7
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6 产品应用实例
5) 电脑（PC机）主板、显卡
常用电容器电压：2.5V、4V、6.3V 、16V 常用电容器尺寸：Φ6.3~Φ8
* All temperatures are measured on the topside of the Al-can and terminal surface. * Please ensure that the capacitor became cold enough to the room temperature (5 to 35℃) before the second reflow.
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6
2 产品参数
类 型 引线式 2.5V ~ 200V 4.7 ~ 2700μF -55℃ ~ 105℃ -55℃ ~ 125℃ Φ5×5 ~ Φ10×16 2,000h ~ 5,000h 柱型SMD 2.5V ~ 200V 4.7 ~ 2700μF -55℃ ~ 105℃ -55℃ ~ 125℃ Φ5×5.7 ~ Φ10×12.2 2,000h ~ 5,000h
电压范围 容量范围 温度范围 尺寸范围 寿 命
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3 产品制造流程
裁 切
卷 绕
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3 产品制造流程
熔 接
化 成
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6 产品应用实例
6) 智能控制类主板
常用电容器电压：2.5V ~50V 常用电容器尺寸：Φ5 ~ Φ10
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6 产品应用实例
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8 固体高分子电容的使用注意事项
3) SMD型元器件，回流焊接曲线要在元器件推荐的温度曲线范围内
常用锡膏：M705-GRN360-K2V推荐曲线
Preheat 150~180℃ 60~120 seconds Time maintained above 217℃ 50 seconds max. Time maintained above 230℃ 40 seconds max. Peak temperature 250℃ max. 260℃ max. Reflow number Twice or less Only 1 time
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5 产品应用原理
2) 负载变化: 电压波动ΔVdrop
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5 产品应用原理
3) 对比实例
电容器种类 电压/容量 电压变化 数 量 固体铝电解电容器 10V/100μF 104mV 1 pcs 钽电解电容器 10V/220μF 116mV 2 pcs 液体铝电解电容器 10V/1500μF 128mV 1 pcs
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4 产品特点
3) 优良的频率特性
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4 产品特点
4) 耐受大的纹波电流
发热 P=I2R
散热 P=α·Ａ·Δt
6.3V820μF Φ8×11.5 低阻抗液体电容 固体电容 纹波：900mA 纹波：5,700mA 6.3倍
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6 产品应用实例
9) 工业电源等
工控机
工业/通信电源
高清电视
安防设备
北斗导航接收机
军工产品
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7 固体高分子电容的选型规则
1) 固体高分子电容替换使用
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4 产品特点
6) 不需降额使用 二氧化锰钽电容 高分子钽电容 高分子铝电容
“楔形”； 制造过程温度变化大。 降额50%使用！ (~50%UR)！
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“楔形”； 制造过程温度变化小。 降额10~20%使用 (80~90%UR)！
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4 产品特点
8) 不易燃烧、爆炸 燃烧三个要求：1) 燃料，2) 氧化剂，3) 加热或点火源。 固体高分子铝电解电容器：无“氧”！
液体铝电解出现漏液、鼓胀、爆浆 二氧化锰钽：燃烧/爆炸；高分子钽：变化不大 失效前 失效后
固体铝电解电容过荷失效后外观变化不大
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2
1 产品结构
1) 引线式
表面绝缘涂层
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3
1 产品结构
2) 柱型SMD
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固体高分子铝电解原理及应用
南通江海电容器股份有限公司
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1 产品结构 2 产品参数 3 产品制造流程 4 产品特点 5 产品应用原理 6 产品应用实例 7 固体高分子电容的选型规则 8 固体高分子电容的使用注意事项
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12
3 产品制造流程
外检包装
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4 产品特点
1) 极低的等效串联电阻（ESR） 2) 优良的温度特性 3) 优良的频率特性 4) 耐受大的纹波电流 5) 使用寿命长 6) 不需降额使用 7) 具有“自愈”作用 8) 不易燃烧、爆炸
10
)%( egnahC roticapaC
0
-10
-20
Polymer Aluminum E-Aluminum Tantalum
-30
-40 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100
Temperature (℃ )
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3 产品制造流程
重 合
组 立
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3 产品制造流程
捺 印
老化测试
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3 产品制造流程
SMD
成 型
切脚
编带
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无“楔形”。Leabharlann 不需降额使用！20
4 产品特点
7) 具有“自愈”作用 固体高分子铝电解电容器“自愈”作用有以下2种方式： 1) 与缺陷点相近的高分子材料受热被氧化变成高阻抗材料（不导电）； 2) 与缺陷点相近的高分子材料受热蒸发使得缺陷点脱离回路。
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6 产品应用实例
3) 笔记本电脑电源适配器
ZLH、ZL / KZN、KZM、KZH 25V680μF 2个并联 或25V680μF与25V470μF并联 ↓↓ HPF 25V470μF ~ 25V680μF
常用电容器电压：20V、25V、32V 、35V 常用电容器尺寸：Φ8 ~ Φ10
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5 产品应用原理
1) 负载恒定：纹波电压ΔVripple
ESR大 → ESR小
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