CN106558418B - 一种固态电解电容器及其固态电解质的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种固态电解电容器，所述固态电解电容器由阳极箔与阴极箔卷绕形成，所述阳极箔与阴极箔之间设有固态电解质并用隔膜隔开，其中固态电解质是为聚苯胺、石墨烯和富勒烯的复合材料，其中聚苯胺的含量为85‑95wt％，石墨烯的含量为4‑10wt％，富勒烯的含量为1‑5wt％；所述阳极箔连接有阳极引线，所述阴极箔连接有阴极引线。本发明所述的固态电解电容器具有高容量，低电阻的优点，表现出了良好的长程导电性和短程导电性以及循环稳定性，并且采用原位聚合法将石墨烯与苯胺单体复合，既保证了石墨烯纳米片的均匀分散，又提高了聚合物的导电性。

Description

一种固态电解电容器及其固态电解质的制备方法
技术领域
本发明涉及到固态电解电容器的技术领域，特别涉及到一种固态电解电容器及其固态电解质的制备方法。
背景技术
随着世界经济的进步，电子信息制造业愈发蓬勃发展，新的电子设备日新月异，市场更新频率愈加快速，对其电子元器件的功能的追求也愈来愈高。而电容器作为电子工业的三大基板元器件之一，广泛应用于各类的电子设备中，其产业面临着成本上涨、销售价格下降的双重压力，所以需要不断的做出创新和变革以满足电子信息制造业不断发展的需要。目前，电容器市场占主导地位的为电解电容器，其具有类似于电池的结构，内部有储存电荷的电解质材料，分正、负极性。而依据其电解质材料的形态，电解电容器可以分为液态电解电容器和固态电解电容器。液态电解电容器主要使用电解液作为电解质，其随着使用时间的延长，其作为电解质的电解液很容易挥发，从而使其容量降低，电阻率增大。同时，液态电解电容器初通电后，电解液受热膨胀易导致爆裂现象，安全性低。为解决上述问题，人们将液态电解质替换为高分子导电性材料，由此而发展形成新型电解电容器即固态电解电容器。固态电解电容器相对于液态电解电容器来说，电性能更加突出，使用寿命更长，安全性更稳定等特点。现有技术中，固态电解电容器多采用导电聚合物(聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩和聚乙炔等)为电解质，主要是因为导电聚合物具有合成工艺简便且稳定性好等优点。但是，单纯的导电聚合物导电率并不高，并且在电容器充放电循环中，导电聚合物体积会发生膨胀/收缩变化，造成高分子链破坏，导致导电聚合物的导电性能下降。
石墨烯一种由碳原子以sp2杂化连接的单原子层构成的新型二维材料，具有许多独特的物理性质，特别是其比表面积达2630m2·g-1，导电率达1000s/m，这种材料在各个领域掀起了一场新的技术革命。人们发现将石墨烯复合导电聚合物形成的复合材料，提高了导电聚合物的介电常数，以及体现了良好的循环稳定性。
现有技术，已经有人利用导电聚合物与石墨烯的复合作为固态电解电容器的电解质，如专利201410319836.8公开了一种基于石墨烯复合聚苯胺的固态电解电容。利用石墨烯复合聚苯胺做为电解质，由于其具有高的介电常数，使固态电解电容器比容量增大，表现出了良好的长程导电性。虽然石墨烯载流子迁移率非常高，但是其载流子浓度并不高，因此将其与聚苯胺复合后作为固态电解电容器的电解质，其电阻并不小，形成电容器的等效串联电阻也并不小，造成电容器短程导电性底下。
发明内容
本发明的目的在于提供一种固态电解电容器，具有高容量，低电阻的优点，表现出了良好的长程导电性和短程导电性以及循环稳定性。
为此，本发明采用以下技术方案：
一种固态电解电容器，所述固态电解电容器由阳极箔与阴极箔卷绕形成，所述阳极箔与阴极箔之间设有固态电解质并用隔膜隔开，其中固态电解质是为聚苯胺、石墨烯和富勒烯的复合材料。
优选的，所述固态电解质的制备方法包括如下：
1)采用原位聚合法，将苯胺单体与石墨烯混合，由于共价键、离子键或者配位键的相互作用，苯胺单体吸附或共价修饰到石墨烯片层表面，使石墨烯纳米片均匀分散在苯胺溶液中，然后加入引发剂引发聚合得到聚苯胺石墨烯复合材料；
2)采用共混法，将聚苯胺石墨烯复合材料与富勒烯溶于甲苯溶液中，在超声波辅助下，磁力搅拌混合，干燥得到聚苯胺、石墨烯和富勒烯的复合材料。
其中聚苯胺的含量为85-95wt％，石墨烯的含量为4-10wt％，富勒烯的含量为1-5wt％；所述阳极箔连接有阳极引线，所述阴极箔连接有阴极引线。
采用以上技术方案，固态电解电容器采用聚苯胺、石墨烯和富勒烯的复合材料作为固态电解质，利用石墨烯的高介电常数，使固态电解电容器比容量增大，表现出了良好的长程导电性，同时，添加富勒烯，增大了载流子的浓度，结合石墨烯高的载流子迁移率，使电解质的电阻率大大的降低，形成的固态电解电容器的等效串联电阻也降低，表现出了良好的短程导电性；除外，本发明所述的方法，通过原位聚合法使苯胺单体充分插入石墨烯层间聚合形成聚苯胺石墨烯复合材料，再通过共混法混合聚苯胺石墨烯复合材料和富勒烯形成聚苯胺、石墨烯和富勒烯的复合材料，在电容器充放电循环中，其分子结构并不会受到强烈的破损，因此将其作为固态电解电容器的电解质，具有良好的循环稳定性。
附图说明
图1为本发明固态电解电容器的结构示意图。
图2为本发明固态电解电容器的剖面结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、特征和优点更加的清晰，以下结合附图及实施例，对本发明的具体实施方式做出更为详细的说明，在下面的描述中，阐述了很多具体的细节以便于充分的理解本发明，但是本发明能够以很多不同于描述的其他方式来实施。因此，本发明不受以下公开的具体实施的限制。
一种固态电解电容器，如图1、图2所示，所述固态电解电容器由阳极箔1与阴极箔2卷绕形成，所述阳极箔1与阴极箔2之间设有固态电解质3并用隔膜4隔开，其中固态电解质3为聚苯胺、石墨烯和富勒烯的复合材料。
其中，所述固态电解质的制备方法包括如下：
1)采用原位聚合法，将苯胺单体与石墨烯混合，由于共价键、离子键或者配位键的相互作用，苯胺单体吸附或共价修饰到石墨烯片层表面，使石墨烯纳米片均匀分散在苯胺溶液中，然后加入引发剂引发聚合得到聚苯胺石墨烯复合材料；
2)采用共混法，将聚苯胺石墨烯复合材料与富勒烯溶于甲苯溶液中，在超声波辅助下，磁力搅拌混合，干燥得到聚苯胺、石墨烯和富勒烯的复合材料。
其中，聚苯胺的含量为85-95wt％，石墨烯的含量为4-10wt％，富勒烯的含量为1-5wt％；所述阳极箔1连接有阳极引线11，所述阴极箔2连接有阴极引线21。
实施例一
一种固态电解电容器，如图1、图2所示，所述固态电解电容器由阳极箔1与阴极箔2卷绕形成，所述阳极箔1与阴极箔2之间设有固态电解质3并用隔膜4隔开，其中固态电解质3为聚苯胺、石墨烯和富勒烯的复合材料，质量为30g。
其中，所述固态电解质的制备方法包括如下：
1)采用原位聚合法，将28.5g苯胺单体与1.2g石墨烯混合，由于共价键、离子键或者配位键的相互作用，苯胺单体吸附或共价修饰到石墨烯片层表面，使石墨烯纳米片均匀分散在苯胺溶液中，然后加入引发剂引发聚合得到聚苯胺石墨烯复合材料；
2)采用共混法，将聚苯胺石墨烯复合材料与0.3g富勒烯溶于甲苯溶液中，在超声波辅助下，磁力搅拌混合，干燥得到聚苯胺、石墨烯和富勒烯的复合材料。
其中，聚苯胺的含量为95wt％，石墨烯的含量为4wt％，富勒烯的含量为1wt％；所述阳极箔1连接有阳极引线11，所述阴极箔2连接有阴极引线21。
实施例二
一种固态电解电容器，如图1、图2所示，所述固态电解电容器由阳极箔1与阴极箔2卷绕形成，所述阳极箔1与阴极箔2之间设有固态电解质3并用隔膜4隔开，其中固态电解质3为聚苯胺、石墨烯和富勒烯的复合材料，质量为30g。
其中，所述固态电解质的制备方法包括如下：
1)采用原位聚合法，将27g苯胺单体与2.1g石墨烯混合，由于共价键、离子键或者配位键的相互作用，苯胺单体吸附或共价修饰到石墨烯片层表面，使石墨烯纳米片均匀分散在苯胺溶液中，然后加入引发剂引发聚合得到聚苯胺石墨烯复合材料；
2)采用共混法，将聚苯胺石墨烯复合材料与0.9g富勒烯溶于甲苯溶液中，在超声波辅助下，磁力搅拌混合，干燥得到聚苯胺、石墨烯和富勒烯的复合材料。
其中，聚苯胺的含量为90wt％，石墨烯的含量为7wt％，富勒烯的含量为3wt％；所述阳极箔1连接有阳极引线11，所述阴极箔2连接有阴极引线21。
实施例三
一种固态电解电容器，如图1、图2所示，所述固态电解电容器由阳极箔1与阴极箔2卷绕形成，所述阳极箔1与阴极箔2之间设有固态电解质3并用隔膜4隔开，其中固态电解质3为聚苯胺、石墨烯和富勒烯的复合材料，质量为30g。
其中，所述固态电解质的制备方法包括如下：
1)采用原位聚合法，将25.5g苯胺单体与3g石墨烯混合，由于共价键、离子键或者配位键的相互作用，苯胺单体吸附或共价修饰到石墨烯片层表面，使石墨烯纳米片均匀分散在苯胺溶液中，然后加入引发剂引发聚合得到聚苯胺石墨烯复合材料；
2)采用共混法，将聚苯胺石墨烯复合材料与1.5g富勒烯溶于甲苯溶液中，在超声波辅助下，磁力搅拌混合，干燥得到聚苯胺、石墨烯和富勒烯的复合材料。
其中，聚苯胺的含量为85wt％，石墨烯的含量为10wt％，富勒烯的含量为5wt％；所述阳极箔1连接有阳极引线11，所述阴极箔2连接有阴极引线21。
对比例：
一种固态电解电容器，如图1、图2所示，所述固态电解电容器由阳极箔1与阴极箔2卷绕形成，所述阳极箔1与阴极箔2之间设有固态电解质3并用隔膜4隔开，其中固态电解质3为聚苯胺，质量为30g，所述阳极箔1连接有阳极引线11，所述阴极箔2连接有阴极引线21。
将实施例一至三和对比例所述的的固态电解电容器，在100℃，20V的额定电压施加直流电压，进行老化处理1000h后，进行性能测试与初始性能比较结果如下：
由此，可知，在同等条件下，本发明采用聚苯胺、石墨烯、富勒烯作为电解质的固态电解电容器电容量大，等效串联电阻低，表现出良好的长程导电性和短程导电性以及优良的循环稳定性。
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 (1)

1.一种固态电解电容器，所述固态电解电容器由阳极箔与阴极箔卷绕形成，所述阳极箔与阴极箔之间设有固态电解质并用隔膜隔开，其中固态电解质是为聚苯胺、石墨烯和富勒烯的复合材料；
其特征在于，所述固态电解质的制备方法包括如下：
1)采用原位聚合法，将苯胺单体与石墨烯混合，由于共价键、离子键或者配位键的相互作用，苯胺单体吸附或共价修饰到石墨烯片层表面，使石墨烯纳米片均匀分散在苯胺溶液中，然后加入引发剂引发聚合得到聚苯胺石墨烯复合材料；
2)采用共混法，将聚苯胺石墨烯复合材料与富勒烯溶于甲苯溶液中，在超声波辅助下，磁力搅拌混合，干燥得到聚苯胺、石墨烯和富勒烯的复合材料；
其中，聚苯胺的含量为85-95wt％，石墨烯的含量为4-10wt％，富勒烯的含量为1-5wt％；所述阳极箔连接有阳极引线，所述阴极箔连接有阴极引线。
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