铝电解电容器失效机理

  铝电解电容器的正极是高纯度铝，电介质是形成在金属表面上的氧化铝膜，负极是在操作期间用作电解池的粘性电解质。铝电解电容器常见的故障模式包括：泄漏、爆炸、断路、击穿、电气参数恶化等。相关故障机理分析如下。

1、漏液

铝电解电容器的工作电解液泄漏是一个严重的问题。工作电解液呈微酸性，泄漏的工作电解液严重污染和腐蚀电容器周围的其他部件和印刷电路板。同时，在电解电容器内部，由于漏液，工作电解液逐渐干涸，失去了修复阳极氧化膜介质的能力，导致电容器击穿或电气参数恶化而失效。

漏液的原因有很多，主要是由于铝电解电容器密封性差。当使用夹在外壳边缘和密封板之间的铝负极箔时，很容易在外壳边缘泄漏电解质。用橡胶塞密封的电容器也可能由于橡胶老化和破裂而发生泄漏。此外，机械密封工艺有问题的产品也容易发生泄漏。简而言之，泄漏与密封结构、密封材料和密封工艺密切相关。

2、爆炸

铝电解电容器在工作电压中交流成分过大，或者氧化膜介质中存在许多缺陷，或者氯离子和硫酸根离子等有害阴离子，导致高漏电流。当漏电流高时，电解过程会以更快的速度产生气体。大部分气体用于修复阳极氧化膜，少量氧气储存在电容器外壳内。工作时间越长，泄漏电流越大，外壳内的气体越多，温度越高。电容器金属外壳内外的压差会随着工作电压和工作时间的增加而增加。如果产品密封不良，会导致液体泄漏；如果密封良好且没有防爆措施，

则空气压力增加到一定程度会导致电容器爆炸。高压大容量电容器的泄漏电流相对较高，发生爆炸的可能性更大。目前，防爆外壳结构已被广泛采用，在金属外壳的上部增加了折痕。当空气压力高时，折痕会被推开，以增加外壳内部的体积，从而降低空气压力，降低爆炸风险。

3、开路

铝电解电容器在高温或潮湿环境中长期运行时，由于电化学腐蚀导致阳极引出箔断裂，可能会出现开路故障。对于高压大容量电容器来说，这种故障模式更为常见。此外，如果阳极引出箔，而阳极箔在没有充分整平的情况下被铆接，接触不良将导致电容器间歇性开路。

当在铝电解电容器中使用使用DMF（二甲酰胺）作为溶剂的工作电解质时，DMF溶液是在高温下具有较强氧化能力的氧化剂。在工作一段时间后，阳极引线箔和焊料之间的铆接区域可能会产生氧化膜，这可能会导致电容器中的开路。如果使用超声波焊接机将提取的箔与焊点连接，则可以减少这种类型的故障现象。

4、击穿

铝电解电容器的击穿是由阳极氧化铝介电膜的破裂引起的，这导致电解质与阳极之间的直接接触。氧化铝膜可能由于各种材料、工艺或环境条件而局部损坏。在外部电场的作用下，工作电解质提供的氧离子可以在受损区域重新形成氧化膜，从而填充和修复阳极氧化膜。然而，如果损坏区域中存在杂质离子或其他缺陷，使填充和修复工作不完整，阳极氧化膜上会留下微孔，甚至可能成为通孔，导致铝电解电容器击穿。

随着使用量和储存时间的增加，电解液中的溶剂逐渐消耗和蒸发，导致溶液的酸度增加，并在储存过程中对氧化膜层造成腐蚀。同时，由于电解质的老化和干燥，在电场的作用下不再能够提供氧离子来修复氧化膜，从而失去其自修复效果。一旦氧化膜被损坏，就可能导致电容器击穿。工艺缺陷也是铝电解电容器击穿的主要原因。如果在赋能过程中形成的阳极氧化膜不够致密和牢固，将在随后的切割和铆接过程中对氧化膜造成严重损坏。这种类型的阳极氧化膜在最终的老化过程中很难修复和改进，导致电容器在使用过程中漏电流很高，局部自修复无法挽救最终击穿的命运。例如，当铆接工艺较差时，箔带上的毛刺会严重损坏氧化膜，导致损坏区域出现大的漏电流。局部过热会导致电容器热击穿。