聚合物電容的變遷，兼顧高性能高可靠性的電容應(yīng)用

電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/李寧遠(yuǎn)）區(qū)分電容的方法很多，可以從容值進(jìn)行區(qū)分，可以從電介質(zhì)進(jìn)行區(qū)分，但不論如何分類(lèi)，這類(lèi)基礎(chǔ)的被動(dòng)元器件，總的來(lái)看其作用無(wú)外乎是濾波、吸收和諧振。而正是這些基礎(chǔ)功能，在電子電路中發(fā)揮著重要作用。

為了不斷提高電容的性能，電容的兩極材料一直都在創(chuàng)新改進(jìn)，無(wú)機(jī)電容、有機(jī)電容還有電解電容各有特色，陰極材料像電解液、二氧化錳、有機(jī)半導(dǎo)體、高分子聚合物也有獨(dú)特的性能。

電解電容的聚合物陰極改進(jìn)

電解電容是耳熟能詳?shù)碾娙蓊?lèi)別，在所有的電容品類(lèi)里有著接近40%的占比，因其容量大而備受關(guān)注。電解電容即用鋁、鉭、鈮、鈦等金屬表面采用陽(yáng)極氧化法生成一層氧化物作為介質(zhì)層，以電解質(zhì)作為陰極構(gòu)成的電容器，當(dāng)前常見(jiàn)的以鋁電解電容和鉭電解電容為主。

鋁電解電容主打低成本高容量，產(chǎn)量大可應(yīng)用范圍廣，目前我國(guó)鋁電解電容器生產(chǎn)企業(yè)年產(chǎn)量過(guò)億只的生產(chǎn)廠商大約有70多家，絕對(duì)的世界第一。鉭電解電容產(chǎn)量小成本高，但容值大性能好，在高端應(yīng)用領(lǐng)域用得很固定。

電解電容這么多年一直也在進(jìn)行技術(shù)升級(jí)來(lái)解決一些應(yīng)用困擾，如鋁材料因?yàn)槠湮锢硖匦匀菀壮霈F(xiàn)受熱膨脹，進(jìn)而易引發(fā)電容漏液等危險(xiǎn)現(xiàn)象，而鉭材料作為一種資源性材料，產(chǎn)量小成本又高。為了解決這些限制，聚合物電解電容被開(kāi)發(fā)了出來(lái)。

聚合物電容以高分子導(dǎo)電固體聚合物材料取代了傳統(tǒng)電解電容的電解液，陰極材料的改變，給電解電容帶來(lái)了很多性能上的改變。這些陰極材料被稱(chēng)為PEDT，是具有導(dǎo)電性的一類(lèi)聚合材料，可以是本身具有導(dǎo)電功能或摻雜其他材料后也具有導(dǎo)電功能的一種聚合物材料，也可以通過(guò)填充復(fù)合材料，表面混合或?qū)訅浩胀ň酆衔锊牧虾透鞣N導(dǎo)電材料獲得導(dǎo)電性。

不同于液態(tài)電解質(zhì)是離子導(dǎo)電，聚合物是電子導(dǎo)電模式，電子可以在分子上快速移動(dòng)，傳導(dǎo)性指數(shù)遠(yuǎn)高于液體電解質(zhì)。聚合物的導(dǎo)電性、熱穩(wěn)定性以及化學(xué)穩(wěn)定性方面均有明顯的優(yōu)勢(shì)，可以說(shuō)是目前可選用的綜合性能最好的固體電解質(zhì)。

尤其在現(xiàn)在電路板向小型化發(fā)展的趨勢(shì)下，聚合物電容的替代可以在不增加電容數(shù)量的前提下保證容值，解決了不少板上空間問(wèn)題。

從聚合物電容到混合聚合物電容

雖然聚合物優(yōu)勢(shì)明顯，可以稱(chēng)得上是目前綜合性能最好的固態(tài)電容，但其發(fā)展也沒(méi)有就此停滯。固態(tài)聚合物也是有短板的，如由于高分子有機(jī)體在高溫下會(huì)分解導(dǎo)致導(dǎo)電率下降甚至半永久失效，如漏電流相對(duì)較高等問(wèn)題。

絕大多數(shù)應(yīng)用聚合物電容完全可以勝任，但隨著電動(dòng)汽車(chē)的崛起，車(chē)用電解電容用量激增，為了匹配車(chē)用器件的高可靠性和高性能，電解電容廠商在固態(tài)聚合物電容的基礎(chǔ)上為了解決固態(tài)聚合物電容的劣勢(shì)進(jìn)一步開(kāi)發(fā)出了聚合物固液混合電解電容。

聚合物固液混合電解電容在電解質(zhì)上既使用了固態(tài)導(dǎo)電聚合物，也使用了液態(tài)電解液，使得電容兼顧導(dǎo)電性聚合物和電解液的特點(diǎn)。詳細(xì)來(lái)看，就是將電解液的高容量、低漏損電流特性與聚合物的高紋波電流、低ESR、低溫特性組合在了一起。

汽車(chē)、工業(yè)等嚴(yán)苛應(yīng)用會(huì)需要這種兼顧固液電解質(zhì)性能的電容器，比如汽車(chē)的48V鏈路需要優(yōu)良的直流鏈路電容器降低寄生損耗并改善熱效率，混合聚合物電解電容器的紋波電流密度非常高，能實(shí)現(xiàn)機(jī)械結(jié)構(gòu)堅(jiān)固、散熱性能優(yōu)異且結(jié)構(gòu)緊湊的直流鏈路，這不僅能減少車(chē)內(nèi)并聯(lián)的電容器數(shù)量，還能通過(guò)穩(wěn)定高效的散熱設(shè)計(jì)最大限度降低溫升風(fēng)險(xiǎn)。

小結(jié)

混合聚合物電解電容為汽車(chē)、工業(yè)等嚴(yán)苛應(yīng)用的電容選擇提供了兩全其美的方案，通過(guò)犧牲了一部分聚合物電容的性能獲得了液態(tài)電解質(zhì)性能的補(bǔ)足。對(duì)需要高可靠性高性能的應(yīng)用，這條技術(shù)路線有著極大的價(jià)值。