CN105761936B - 一种固态电解质及其电容器 - Google Patents

一种固态电解质及其电容器 Download PDF

Info

Publication number
CN105761936B
CN105761936B CN201610095275.7A CN201610095275A CN105761936B CN 105761936 B CN105761936 B CN 105761936B CN 201610095275 A CN201610095275 A CN 201610095275A CN 105761936 B CN105761936 B CN 105761936B
Authority
CN
China
Prior art keywords
capacitor
solution
electrolyte
solid electrolyte
polyethylene glycol
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201610095275.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105761936A (zh
Inventor
付铜权
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shenzhen birekai Electronic Technology Co.,Ltd.
Original Assignee
Shenzhen Polycap Electronic Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shenzhen Polycap Electronic Technology Co Ltd filed Critical Shenzhen Polycap Electronic Technology Co Ltd
Priority to CN201610095275.7A priority Critical patent/CN105761936B/zh
Publication of CN105761936A publication Critical patent/CN105761936A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105761936B publication Critical patent/CN105761936B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-SENSITIVE DEVICES, OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G9/00—Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
    • H01G9/004—Details
    • H01G9/022—Electrolytes; Absorbents
    • H01G9/025—Solid electrolytes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-SENSITIVE DEVICES, OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G9/00—Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
    • H01G9/0029—Processes of manufacture
    • H01G9/0036—Formation of the solid electrolyte layer
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-SENSITIVE DEVICES, OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G9/00—Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
    • H01G9/15—Solid electrolytic capacitors

Abstract

一种固态电解质极其电容器,为提高现有的电容器导电性以及使用寿命，本发明提供一种电解质，所述的电解质采用3，4‑乙烯二氧噻吩、石墨烯、对甲苯磺酸铁和嵌段共聚物聚乙二醇‑聚苯乙烯磺酸钠制备而成，除此之外，本发明还提供一种采用该电解质制备的电容器，本发明的有益效果在于，该用作固态电解质的导电复合材料具有优良的导电性，其前体分散液可以方便地进入电解电容的极片隔离层和化成箔的孔隙中，适合于用作电容器的电解质，并且制作的电容器具有较低的等效串联电阻和长寿命特性。

Description

一种固态电解质及其电容器
技术领域
本发明涉及一种固态电解质，以及采用该电解质制备的电容器。
背景技术
电容器是最常见的电子元器件之一，广泛应用于各类电子产品之中。目前市场上的电容器主要有铝电解电容、薄膜电容、钽电容、瓷介电容、独石电容、纸介电容、云母电容、陶瓷电容等，其中使用最广的是铝电解电容器，其产量约占全部电子组件的40%左右。
电解电容器最初使用液态电解质，其寿命短，等效串联电阻大，同时安全性不好，后来发展出多种固体电解质，包括二氧化锰、TCNQ、导电聚合物等，导电聚合物的类型先后有聚苯胺、聚吡咯及其衍生物、聚噻吩及其衍生物等类型。随着电容技术的发展和电解质的不断改进，电容器的寿命、等效串联电阻（ESR）、耐纹波能力等性能得到了很大的提升，但是随着技术的发展，也会逐步开发出性能更优越的电解质。
2004年英国曼彻斯特大学的安德烈•海姆教授和康斯坦丁•诺沃肖洛夫教授首先发现了石墨烯，并因此获得诺贝尔奖，石墨烯具有很多出色的电特性、热特性以及机械特性。具体来说，具有在室温下也高达20万cm2/Vs以上的载流子迁移率，以及远远超过铜的对大电流密度的耐性，其导电性远高于导电聚合物，而且，其组成为单质碳，具有良好的机械性能和热力学稳定性。
把石墨烯和导电高分子材料复合，可以提高材料的导电性，作为电容器的电解质，可以降低电容器的等效串联电阻，同时，由于石墨烯的化学稳定性和优良的力学性能，可以提高电容器的使用寿命。
发明内容
本发明的第一目的是提供一种固态电解质，该固态电解质是由导电聚合物和石墨烯组成的复合导电材料。
本发明的第二目的是提供一种电解电容器，该电解电容器实用本发明提出的复合导电材料作为电解质。
本发明的技术方案如下：
1.将3，4-乙烯二氧噻吩（EDOT）溶解于醇类有机溶剂中，得到溶液1，所述的有机溶剂是指含有2-4个碳原子的一元醇；
2.将对甲苯磺酸铁（DBF）和嵌段共聚物聚乙二醇-聚苯乙烯磺酸钠（PEGm-b-PSSn）加入有机溶剂中，加热至50-70℃并搅拌，优选60℃，使充分溶解后，冷却至常温，得到溶液2，所述的有机溶剂是指含有2-4个碳原子的一元醇；
溶液2中DBF和PEGm-b-PSSn中磺酸官能团之比为2:1-5:1 ；
PEGm-b-PSSn中，PEG聚合度为m，PSS聚合度为n，m和n都大于等于10，且m和n之和小于等于60，且m大于等于2n；
3.把用有机溶剂分散的石墨烯分散液缓慢滴加入溶液2中，同时搅拌，滴加完成后以200-500W功率超声处理3小时以上，使充分分散，得到溶液3，石墨烯用量为12-31克每摩尔DBF；
4.把溶液1加入溶液3中，搅拌使混合均匀，形成溶液4，溶液4中EDOT与DBF物质量之比为3:2；
5.将溶液4加热至50℃-100℃并保持2-4小时使发生聚合反应，然后挥发掉溶剂，即成为固态电解质。
在上述步骤5中，EDOT在铁离子的催化下，发生聚合反应生成聚（3，4-乙烯二氧噻吩）（PEDOT），PEDOT在被对甲苯磺酸基团和PEGm-b-PSSn中的磺酸基团掺杂后，形成可以在PEDOT分子链上转移的电子空位，使PEDOT具有良好的导电性。EDOT合成PEDOT的聚合反应式如下：
上述步骤5中，所形成的固态电解质中，石墨烯质量分数含量为1%-4%；
本发明还提供了一种电容器，该电容器包含上述固态电解质。其制作方法为：电容器芯子浸渍上述的溶液4，加热至50℃-100℃并保持2-4小时后挥发掉溶剂，进行封装和老化即得。
本发明的有益效果在于，该用作固态电解质的导电复合材料具有优良的导电性，其前体分散液可以方便地进入电解电容的极片隔离层和化成箔的孔隙中，适合于用作电容器的电解质，并且制作的电容器具有较低的等效串联电阻和长寿命特性。
附图说明
图1为本发明涉及的固态电解质应用于电容器的示意图；
图中显示的是本发明涉及的固态电解质对化成铝箔的填充效果，本发明的石墨烯可以很容易的随着混合溶液进入化成箔表面的腐蚀孔洞，并填充其中。
图1中，1为导电聚合物，2为石墨烯，5是导电高分子复合材料，由1和2组成，3是由阀金属氧化物构成的电介质层，4是阀金属，3由4表面金属氧化形成，覆盖在4表面。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明做进一步的解释。
对比实施例1
将57克对甲苯磺酸铁（DBF）和9.5克PEG30-b-PSS13溶解于300毫升乙醇中，升温至60℃搅拌使完全溶解，然后冷却至室温；
将71 克EDOT溶解于300毫升乙醇中后，加入上述混合液中，搅拌形成均匀混合液；
电容器芯子浸渍上述的混合液，加热至60℃并保持4小时，然后升温至150℃挥发掉溶剂，进行封装和老化。
实施例1
将57克对甲苯磺酸铁（DBF）和9.5克PEG30-b-PSS13溶解于300毫升乙醇中，升温至60℃搅拌使完全溶解，然后冷却至室温；将180毫升8克每升的石墨烯分散液逐渐滴加到上述溶液中，同时搅拌，滴加完成后以300W功率超声处理5小时，使充分分散；
将71 克EDOT溶解于300毫升乙醇中后，加入上述混合液中，搅拌形成均匀混合液。
电容器芯子浸渍上述的混合液，加热至60℃并保持4小时，然后升温至150℃挥发掉溶剂，进行封装和老化。
实施例2
将57克对甲苯磺酸铁（DBF）和9.5克PEG30-b-PSS13溶解于300毫升乙醇中，升温至60℃搅拌使完全溶解，然后冷却至室温；将400毫升8克每升的石墨烯分散液逐渐滴加到上述溶液中，同时搅拌，滴加完成后以300W功率超声处理5小时，使充分分散；
将71克EDOT溶解于300毫升乙醇中后，加入上述混合液中，搅拌形成均匀混合液。
电容器芯子浸渍上述的混合液，加热至60℃并保持4小时，然后升温至150℃挥发掉溶剂，进行封装和老化。
实施例3
1）将EDOT溶解于正丁醇中,得到溶液1；
2）将对甲苯磺酸铁和嵌段共聚物聚乙二醇-聚苯乙烯磺酸钠加入丁醇中，加热至70℃并搅拌，使充分溶解后，冷却至常温，得到溶液2，其中对甲苯磺酸铁和嵌段共聚物聚乙二醇-聚苯乙烯磺酸钠中的磺酸官能团之比为2:1；
3）将石墨烯分散液缓慢滴加入溶液2中，同时搅拌，滴加完成后以250W功率超声处理，使充分分散，得到溶液3，石墨烯用量为25g/摩尔对甲苯磺酸铁；
4）将溶液1加入溶液3中，搅拌使混合均匀，形成溶液4，其中3，4-乙烯二氧噻吩与对甲苯磺酸铁物质量之比为3:2；
5）将溶液4加热至100℃并保持150分钟使发生聚合反应，然后挥发掉溶剂，即成为固态电解质。
实施例4
1）将3，4-乙烯二氧噻吩溶解于正丙醇，得到溶液1；
2）将对甲苯磺酸铁和嵌段共聚物聚乙二醇-聚苯乙烯磺酸钠加入丙醇中，加热至50℃并搅拌，使充分溶解后，冷却至常温，得到溶液2，其中对甲苯磺酸铁和嵌段共聚物聚乙二醇-聚苯乙烯磺酸钠中的磺酸官能团之比为5:1；
3）将石墨烯分散液缓慢滴加入溶液2中，同时搅拌，滴加完成后以500W功率超声处理，使充分分散，得到溶液3，石墨烯用量为12g/摩尔对甲苯磺酸铁；
4）将溶液1加入溶液3中，搅拌使混合均匀，形成溶液4，其中3，4-乙烯二氧噻吩与对甲苯磺酸铁物质量之比为3:2；
5）将溶液4加热至70℃并保持180分钟使发生聚合反应，然后挥发掉溶剂，即成为固态电解质。
按照以上对比实施例、实施例的方法，制作电解电容器，并测试其等效串联电阻（ESR）和高温负荷性能，测试100个数据取其平均值，进行比较，结果如下：
等效串联电阻ESR(mΩ, 100KHz) 125℃200小时负荷后容量变化
对比实施例1 11.3 -3.8%
实施例1 10.8 -3.1%
实施例2 10.6 -2.9%
实施例3 10.3 -3.4%
实施例4 10.1 -3.3%
从上表可以看出，实施例1-4中，等效串联电阻小于对比实施例1，高温负荷后容量下降幅度小于对比实施例1。

Claims (4)

1.一种固态电解质，其特征在于，所述的电解质采用如下步骤制备而成：
1)将3，4-乙烯二氧噻吩溶解于醇类有机溶剂中，得到溶液1；
2)将对甲苯磺酸铁和嵌段共聚物聚乙二醇-聚苯乙烯磺酸钠加入有机溶剂中，加热至50-70℃并搅拌，使充分溶解后，冷却至常温，得到溶液2，其中对甲苯磺酸铁和嵌段共聚物聚乙二醇-聚苯乙烯磺酸钠中的磺酸官能团之比为2:1-5:1；
3)将石墨烯分散液缓慢滴加入溶液2中，同时搅拌，滴加完成后以200-500W功率超声处理，使充分分散，得到溶液3，石墨烯用量为12-31g/摩尔对甲苯磺酸铁；
4)将溶液1加入溶液3中，搅拌使混合均匀，形成溶液4，其中3，4-乙烯二氧噻吩与对甲苯磺酸铁物质的量之比为3:2；
5)将溶液4加热至50℃-100℃并保持2-4小时使发生聚合反应，然后挥发掉溶剂，即成为固态电解质;
所述的聚乙二醇-聚苯乙烯磺酸钠中聚乙二醇的聚合度为m，聚苯乙烯磺酸钠的聚合度为n,所述的 m和n都大于等于10，且m和n之和小于等于60，且m大于等于2n。
2.如权利要求1所述的电解质，其特征在于，所述的有机溶剂是指含2-4个碳原子的一元醇。
3.采用权利要求1-2任一权利要求所述的电解质制作的电容器。
4.如权利要求3所述的电容器，其特征在于，所述的电容器的制备方法如下：电容器芯子浸渍溶液4后，加热至50℃-100℃并保持2-4小时后，挥发掉溶剂，然后进行封装和老化，即得所述的电容器。
CN201610095275.7A 2016-02-19 2016-02-19 一种固态电解质及其电容器 Active CN105761936B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610095275.7A CN105761936B (zh) 2016-02-19 2016-02-19 一种固态电解质及其电容器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610095275.7A CN105761936B (zh) 2016-02-19 2016-02-19 一种固态电解质及其电容器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105761936A CN105761936A (zh) 2016-07-13
CN105761936B true CN105761936B (zh) 2018-05-01

Family

ID=56330945

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610095275.7A Active CN105761936B (zh) 2016-02-19 2016-02-19 一种固态电解质及其电容器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105761936B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108219152A (zh) * 2016-12-09 2018-06-29 钰邦科技股份有限公司 高分子复合材料及其制造方法、电容器封装结构及其制造方法
CN110310832B (zh) * 2019-06-13 2021-10-15 广东华鸿科技有限公司 一种固态电容器用新型分散液、电容器及其制备方法
CN114410137A (zh) * 2022-03-16 2022-04-29 厦门特聚科技有限公司 一种用于固态电容器的石墨烯分散液及其制备方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104637691A (zh) * 2015-02-06 2015-05-20 肇庆绿宝石电子科技股份有限公司 一种固体电解质铝电解电容器及其制造方法
CN104637690A (zh) * 2015-02-06 2015-05-20 肇庆绿宝石电子科技股份有限公司 一种固体电解质铝电解电容器及其制造方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010151227A1 (en) * 2009-06-26 2010-12-29 Nanyang Technological University Energy charge storage device using a printable polyelectrolyte as electrolyte material

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104637691A (zh) * 2015-02-06 2015-05-20 肇庆绿宝石电子科技股份有限公司 一种固体电解质铝电解电容器及其制造方法
CN104637690A (zh) * 2015-02-06 2015-05-20 肇庆绿宝石电子科技股份有限公司 一种固体电解质铝电解电容器及其制造方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN105761936A (zh) 2016-07-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Zhu et al. Highly flexible, freestanding supercapacitor electrode with enhanced performance obtained by hybridizing polypyrrole chains with MXene
Zang et al. Flexible, temperature-tolerant supercapacitor based on hybrid carbon film electrodes
CN102140176B (zh) 导电聚合物悬浮液及其制备方法、导电聚合物材料和固体电解电容器及其制备方法
CN100537656C (zh) 导电性聚合物组合物和使用该组合物的固体电解电容器
CN107533923B (zh) 电解电容器
JP6183835B2 (ja) 導電性ポリマー分散液の製造方法
TWI448500B (zh) A composite conductive polymer composition, a method for producing the same, a solution containing the composition, and use of the composition
CN105073885B (zh) 导电性高分子微粒分散体的制造方法及使用该导电性高分子微粒分散体的电解电容器的制造方法
Cevik et al. High performance flexible supercapacitors including redox active molybdate incorporated Poly (vinylphosphonic acid) hydrogels
US20070096066A1 (en) Conductive composition, conductive coating material, conductive resin, capacitor, photoelectric transducer, and their production method
CN105733260A (zh) 一种石墨烯/导电高分子聚合物气凝胶及其制备方法
TW200523961A (en) Electrolytic capacitors with a polymeric outer layer
TWI567130B (zh) 導電性高分子複合物及其製備方法與用途
CN105761936B (zh) 一种固态电解质及其电容器
CN103443890B (zh) 导电性聚合物溶液及其制备方法，导电性聚合物材料，以及使用所述导电性聚合物材料的固体电解电容器及其制备方法
CN103562260A (zh) 导电聚合物、导电聚合物水溶液、导电聚合物膜、固体电解电容器及其制备方法
US20120182666A1 (en) Conductive polymer composites
Islam et al. Liquid‐Crystal‐Mediated Self‐Assembly of Porous α‐Fe2O3 Nanorods on PEDOT: PSS‐Functionalized Graphene as a Flexible Ternary Architecture for Capacitive Energy Storage
US20190019626A1 (en) Polymer composite material for solid capacitor, capacitor package structure using the same and manufacturing method thereof
Cevik et al. Design of high‐performance flexible symmetric supercapacitors energized by redox‐mediated hydrogels including metal‐doped acidic polyelectrolyte
JP2014214245A (ja) 新規なチオフェン系化合物及びその製造方法
CN107533920A (zh) 电解电容器及其制造方法
CN101488398A (zh) 固体电解质、使用该固体电解质的电解电容器以及固体电解电容器的制备方法
CN102643518B (zh) 电解质材料调配物、由其形成的电解质材料聚合物及其用途
Rao et al. Study of [EMIM][EtSO4] ionic liquid-based gel polymer electrolyte mediated with hydroquinone redox additive for flexible supercapacitors

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CP01 Change in the name or title of a patent holder

Address after: 518000 4th floor, building a, xinzhongqiao Industrial Park, Baolong Sixth Road, Baolong Industrial City, Longgang District, Shenzhen City, Guangdong Province

Patentee after: Shenzhen birekai Electronic Technology Co.,Ltd.

Address before: 518000 4th floor, building a, xinzhongqiao Industrial Park, Baolong Sixth Road, Baolong Industrial City, Longgang District, Shenzhen City, Guangdong Province

Patentee before: SHENZHEN POLYCAP ELECTRONICS TECHNOLOGY Co.,Ltd.

CP01 Change in the name or title of a patent holder