CN103065801B - 固体电解电容器制备方法与应用 - Google Patents

Abstract

本发明适用于电容器制备技术领域，提供了一种固体电解电容器制备方法及其应用。该固体电解电容器制备方法，包括制备固体电解电容器第一芯包、制备固体电解电容器第二芯包、制备固体电解电容器第三芯包和第四芯包、制备固体电解电容器第五芯包、制备固体电解电容器前体及制备固体电解电容器等步骤。本发明固体电解电容器制备方法，通过使用活性剂和保护剂进行浸渍，增加有机单体、氧化剂在芯包内的化学原位反应接触面，提高掺杂度，减少游离的磺酸根离子；并且提高铝箔皮膜的稳定性，减弱导电层的酸性环境，降低产品的ESR、漏电流，尤其是高温高湿环境的稳定性。

Description

固体电解电容器制备方法与应用

技术领域

本发明属于电容制备技术领域，尤其涉及一种固体电解电容器制备方法与应用。

背景技术

随着电子设备对高频特性、安全环保、应用环境、长期可靠性的要求越来越高，传统的液态电解电容难以满足其相关要求。为了解决传统电解电容器的不足，使用导电率更高的固体导电物质代替传统电解液，包括二氧化锰、TCNQ有机半导体盐、导电高分子，如PAN、PPY、PEDT等具备共轭π结构的有机聚合物。

导电性高分子的单体材料主要有苯胺、吡咯、噻吩、乙撑二氧噻吩及其衍生物。氧化剂主要有氯化铁、过硫化物、高锰酸钾、双氧水、对甲基苯磺酸铁等。因对甲基苯磺酸铁优异的氧化性能及掺杂特性，能获得高导电率的聚合物，而得到广泛应用。但根据化学计量比可知，反应过程中，将会有大量未掺杂或游离的磺酸根离子残留在导电高分子层内，对铝箔形成严重腐蚀，同时容易吸潮，导致所制得的电容器性能下降。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种固体电解电容器制备方法，解决现有技术所制备的固体电解电容器中磺酸根离子残留在导电高分子层内，对电容器性能造成影响的技术问题。

本发明是这样实现的，

一种固体电解电容器制备方法，包括如下步骤：

制备固体电解电容器第一芯包；

将该固体电解电容器第一芯包放入化成液中化成处理，得到固体电解电容器第二芯包；

将该固体电解电容器第二芯包进行温度为240～350℃的热处理，得到固体电解电容器第三芯包，将该固体电解电容器第三芯包放入补形成液中进行补形成处理，得到固体电解电容器第四芯包；

将该固体电解电容器第四芯包用含活性剂的溶液和含保护剂的溶液浸渍，在温度为60～200℃条件下烘烤，得到固体电解电容器第五芯包；

将该固体电解电容器第五芯包用有机单体和氧化剂浸渍，在温度为40～200℃条件下反应30分钟～8小时，得到固体电解电容器前体；

将该固体电解电容器前体封装、老化处理后得到固体电解电容器。

以及，

上述固体电解电容器制备方法所制备得到的固体电解电容器在多媒体设备、开关电源、DC-DC转换器或计算机中的应用。

本发明固体电解电容器制备方法，通过使用活性剂和保护剂进行浸渍，增加有机单体、氧化剂在芯包内的化学原位反应接触面，提高掺杂度，减少游离的磺酸根离子；并且提高铝箔皮膜的稳定性，减弱导电层的酸性环境。降低产品的ESR、漏电流，尤其是高温高湿环境的稳定性。

附图说明

图1是本发明实施例固体电解电容器制备方法流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1，图1显示本发明实施例固体电解电容器制备方法流程图，包括如下步骤：

步骤S01，制备固体电解电容器第一芯包；

步骤S02，制备固体电解电容器第二芯包

将该固体电解电容器第一芯包放入化成液中化成处理，得到固体电解电容器第二芯包；

步骤S03，制备固体电解电容器第三芯包和第四芯包：

将该固体电解电容器第二芯包进行温度为240～350℃的热处理，得到固体电解电容器第三芯包，将该固体电解电容器第三芯包放入补形成液中进行补形成处理，得到固体电解电容器第四芯包；

步骤S04，制备固体电解电容器第五芯包：

将该固体电解电容器第四芯包用含活性剂的溶液和含保护剂的溶液浸渍，在温度为60～200℃条件下烘烤，得到固体电解电容器第五芯包；

步骤S05，制备固体电解电容器前体：

将该固体电解电容器第五芯包用有机单体和氧化剂浸渍，在温度为40～200℃条件下反应30分钟～8小时，得到固体电解电容器前体；

步骤S06，制备固体电解电容器：

将该固体电解电容器前体封装、老化处理后得到固体电解电容器。

具体地，步骤S01中，制备固体电解电容器第一芯包，步骤为：

在阳极箔与阴极箔中间间隔电解纸，交叠卷绕成芯包；所述阳极箔和阴极箔由表面含有氧化膜的阀金属制成。该阀金属为铝、镁、铌、钽或钛，该氧化膜三氧化二铝、氧化镁、氧化铌、五氧化二钽、氧化钛。

具体地，步骤S02中，该化成液选自硼酸或硼酸盐(例如五硼酸铵、硼砂、偏硼酸铵)、磷酸或磷酸盐(如磷酸铵、磷酸二氢铵、磷酸氢二铵)、己二酸或己二酸盐(如己二酸铵、己二酸钠、己二酰肼)。该化成液的浓度没有限制。该步骤S02中化成处理的时间为20～100分钟。通过化成处理，将氧化膜进行修补。

具体地，步骤S03中，将该固体电解电容器第二芯包进行温度为240～350℃的热处理。该热处理的时间为5～30分钟。通过热处理，能降低电解纸损耗值，并提高电容器芯包对化成液、保护剂及活性剂、单体、氧化剂的吸收，利于后续反应的顺利进行，提高产品性能。热处理完成后，得到固体电解电容器第三芯包加入至补形成液中，进行补形成处理。该补形成液选自硼酸或硼酸盐(如五硼酸铵、硼砂、偏硼酸铵)、磷酸或磷酸盐(磷酸铵、磷酸二氢铵、磷酸氢二铵)、己二酸或己二酸盐(己二酸铵、己二酸钠、己二酰肼)。该补形成液的浓度没有限制。该步骤S03中补形成处理的时间为1～10分钟。

进一步地，该热处理的次数为二次，即步骤S03中制备得到固体电解电容器第四芯包后，将该第四芯包再次进行温度为240～350℃的热处理。当然，该热处理的次数也可以为二次以上，该补形成的次数也可以为两次以上，例如，第一次热处理、第一次补形成；第二次热处理，第二次补形成；第三次热处理，第三次补形成；最后可以以热处理结束。

具体地，步骤S04中，该含活性剂的溶液的质量百分数为0.1％～10％，通过使用上述质量百分含量的活性剂，一方面使得活性剂的作用能充分发挥，另一方面不会因为活性剂太多而对电容器产生伤害。该活性剂为阴离子表面活性剂，该阴离子表面活性剂没有限制，例如，含氟磺酸盐，该含氟磺酸盐选自含氟辛基磺酸钾或含氟十二烷基苯磺酸钠。该含保护剂的溶液的质量百分数为0.1％～10％，通过使用上述质量百分含量的保护剂，一方面使得保护剂的作用能充分发挥，另一方面不会因为保护剂太多而对电容器产生伤害。该保护剂选自烷基铵、磷酸铵或羧酸铵。该烷基铵选自己二酸胺、己二酸钠、己二酰肼；该磷酸铵选自磷酸二氢铵、磷酸铵、磷酸氢二铵、次亚磷酸铵；该羧酸铵选自柠檬酸三铵、柠檬酸氢二铵、马来酸氢铵、邻苯二甲酸三乙胺。含活性剂或保护剂的溶液中，溶剂是去离子水或乙醇或二者的混合液。

步骤S04中，将该固体电解电容器第四芯包分别用含活性剂的溶液浸渍和含保护剂的溶液浸渍，例如，先用含活性剂的溶液浸渍，再用含保护剂的溶液浸渍；或者，将该固体电解电容器第四芯包用同时含活性剂和保护剂的溶液浸渍。进一步，步骤S04中，第四芯包浸渍的时间为1～10分钟，通过在上述时间范围内的浸泡作用，使得第四芯包和保护剂及活性剂充分接触，反应，但又不至于影响生产效率；如果分别用含活性剂的溶液浸渍和含保护剂的溶液浸渍，那么，用活性剂的溶液浸渍的时间和用含保护剂的溶液浸渍的时间没有比例限制，两者时间各为1～10分钟即可。

通过将固体电解电容器第四芯包用活性剂和保护剂进行处理，增加有机单体、氧化剂在芯包内的化学原位反应接触面，提高掺杂度，增加迁移电荷量，必然会提高导电层的电导率，从而产品ESR得以降低；减少游离的磺酸根离子，提高铝箔皮膜的稳定性，减弱导电层的酸性环境；降低产品的ESR、漏电流，尤其是高温高湿环境的稳定性。

具体地，将经过步骤S04的浸渍后的固体电解电容器第四芯包在温度为60～200℃条件下烘烤1～10分钟，得到固体电解电容器第五芯包。

进一步，所述将固体电解电容器第四芯包用含活性剂的溶液和含保护剂的溶液浸渍的次数为一次或两次以上，按浸渍—烘烤方式循环进行。

进一步，步骤S04中，还包括加载电压的步骤，所加载的电压为4～150V，所述加载电压的时间为1～10分钟；通过加载电压，使步骤S04的“将所述固体电解电容器第四芯包用含活性剂的溶液和含保护剂的溶液浸渍”步骤在有电压的条件下进行。通过加载电压，使更快驱动离子迁移，氧化皮膜的晶格会更完善，有利于稳定性的提高，使得电容器的性能大大增加。

具体地，步骤S05中，该有机单体为苯胺或其衍生物、吡咯或其衍生物、噻吩或其衍生物、乙撑二氧噻吩或其衍生物；该氧化剂为磺酸盐或过硫酸盐。

步骤S05中，将该有机单体溶于溶剂中，得到含有机单体的溶液，将该氧化剂溶于溶剂中，得到含氧化剂的溶液；将该第五芯包分别放于该含有机单体的溶液和该含氧化剂的溶液中浸渍；或者，将该有机单体和氧化剂一并溶于溶剂中，得到含有机单体和氧化剂的溶液，将该第五芯包放于该含有机单体和氧化剂的溶液中浸渍。

步骤S05，该固体电解电容器第五芯包用有机单体和氧化剂浸渍的时间为3～30分钟，如果分别用含有机单体的溶液浸渍和含氧化剂的溶液浸渍，那么，用有机单体的溶液浸渍的时间和用含氧化剂的溶液浸渍的时间没有比例限制，两者时间各为3～30分钟即可。

将步骤S05的浸渍处理后的固体电解电容器第五芯包在温度为40～200℃条件下，聚合反应30分钟～8小时，得到固体电解电容器前体。

步骤S06中，将该固体电解电容器前体封装、老化处理后得到固体电解电容器。其中，老化处理步骤中，老化温度为100～150℃，老化电压为4～150V，老化时间为1～6小时。

本发明实施例固体电解电容器制备方法，操作简单，成本低廉，生成效益高，非常适于工业化生产。

本发明实施例进一步提供上述固体电解电容器制备方法所制备的固体电解电容器在多媒体设备、开关电源、DC-DC转换器或计算机中的应用。

以下结合具体实施例对上述固体电解电容器制备方法进行详细阐述。

实施例一

本发明实施例固体电解电容器制备方法，包括如下步骤：

1)由铝阳极箔与阴极箔中间间隔电解纸卷绕成固体电解电容器第一芯包，该固体电解电容器第一芯包为容量330微法，工作电压16V；

2)将该固体电解电容器第一芯包放入化成液中处理30min，化成液为己二酸铵，得到固体电解电容器第二芯包；

3)将固体电解电容器第二芯包进行热处理，处理温度为300℃，时间为10分钟，得到固体电解电容器第三芯包；将该固体电解电容器第三芯包进行中间补形成，补形成液为己二酸铵，补形成时间为5分钟，得到固体电解电容器第四芯包；

4)将该固体电解电容器第四芯包浸渍于活性保护剂溶液中5min，该活性保护剂溶液的组成为己二酸铵5％、磷酸二氢铵2％、含氟辛基磺酸盐2％，然后在温度为150℃条件下烘烤10min，得到固体电解电容器第五芯包；

5)将EDOT与55％的对甲基苯磺酸铁的乙醇溶液以体积比1:1混合，将该固体电解电容器第五芯包浸渍5分钟，然后在65℃下聚合反应2小时，得到固体电解电容器前体；

6)将该固体电解电容器前体用外壳、胶塞组装封口，在125℃下，加电压18V老化2小时，得到固体电解电容器。

实施例二

本发明实施例固体电解电容器制备方法，参照实施例一，其中，步骤4)进行2次。

实施例三

本发明实施例固体电解电容器制备方法，参照实施例一，其中，步骤4)的浸渍溶液中不含有含氟辛基磺酸盐。

实施例四

本发明实施例固体电解电容器制备方法，参照实施例一，其中，步骤4)的浸渍中同时加电压18V，时间5min。

对比例

本对比例固体电解电容器制备方法，参照实施例一，其中，不包括步骤4)。

请参阅表一，表一为实施例一～四所制备的固体电解电容器和对比例所制备的固体电解电容器性能测试结果：

表一

从表一可以看出，经过活性保护剂处理后，可以降低ESR与漏电流，且保持固体电解电容器的高温高湿特性稳定；活性剂可以降低ESR与漏电流；增加保护剂和活性剂的浸渍次数可以进一步降低ESR与漏电流；浸渍同时，经过电压处理，可以进一步降低漏电流，且稳定性优异。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种固体电解电容器制备方法，包括如下步骤：

制备固体电解电容器第一芯包；

将所述固体电解电容器第一芯包放入化成液中化成处理，得到固体电解电容器第二芯包；

将所述固体电解电容器第二芯包进行温度为240～350℃的热处理，得到固体电解电容器第三芯包，将所述固体电解电容器第三芯包放入补形成液中进行补形成处理，得到固体电解电容器第四芯包；

将所述固体电解电容器第四芯包用含活性剂的溶液和含保护剂的溶液浸渍，在温度为60～200℃条件下烘烤，得到固体电解电容器第五芯包，所述活性剂为含氟辛基磺酸钾或含氟十二烷基苯磺酸钠，所述保护剂为己二酸胺、磷酸二氢铵、柠檬酸三铵中的一种或几种；

将所述固体电解电容器第五芯包用有机单体和氧化剂浸渍，在温度为40～200℃条件下反应30分钟～8小时，得到固体电解电容器前体；

将所述固体电解电容器前体封装、老化处理后得到固体电解电容器。

2.如权利要求1所述的固体电解电容器制备方法，其特征在于，所述含活性剂的溶液的质量百分数为0.1％～10％。

3.如权利要求1所述的固体电解电容器制备方法，其特征在于，所述含保护剂的溶液的质量百分数为0.1％～10％。

4.如权利要求1所述的固体电解电容器制备方法，其特征在于，所述将固体电解电容器第四芯包用含活性剂的溶液和含保护剂的溶液浸渍的步骤中还包括加载电压的步骤；所述电压为4～150V，所述加载电压的时间为1～10分钟。

5.如权利要求1～4任一项所述的固体电解电容器制备方法所制备的固体电解电容器在多媒体设备、开关电源中的应用。

6.如权利要求1～4任一项所述的固体电解电容器制备方法所制备的固体电解电容器在计算机、DC-DC转换器中的应用。