CN108281287A - 铝电解电容器用阻燃型光固化凝胶聚合物电解质及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种铝电解电容器用阻燃型光固化凝胶聚合物电解质、制备方法，该光固化凝胶聚合物电解质包括丙烯酸类单体形成的交联聚合物和均匀分散在交联聚合物中的磷酸酯类化合物、溶质、溶剂、光引发剂。磷酸酯类化合物可以很好的溶解在电解液中，电解液聚合的时候形成三维网状结构的交联聚合物，磷酸酯化合物便均匀的分布在交联聚合物。该光固化凝胶聚合物电解质在燃烧的时候，磷酸酯类化合物可以促进电解质燃烧时成碳从而阻止电解质进一步燃烧，并且磷酸酯类化合物受热分解的PO、PO2、HPO2小分子可以有效降低稀释低氢自由基浓度，使火焰熄灭。因而该光固化凝胶聚合物电解质不易燃烧，提高了电容器的安全性。
Description
技术领域
本发明涉及溶质领域，特别是涉及铝电解电容器用阻燃型光固化凝胶聚合物电解质和制备方法。
背景技术
现有的凝胶聚合物电解质用单体多为丙烯酸或者其衍生物，非常易燃；凝胶聚合物溶质中填充的电解液，溶剂一般为乙二醇、二甘醇、甘油、γ~丁内酯、DMF等易燃性溶剂。凝胶电解液聚合后亦容易燃烧，导致采用其的电容器也存在较大的安全隐患。
发明内容
基于此，有必要针对现有的凝胶聚合物的电解质易燃的问题，提供一种铝电解电容器用阻燃型光固化凝胶聚合物电解质及其制备方法。
一种铝电解电容器用阻燃型光固化凝胶聚合物电解质，铝电解电容器用阻燃型光固化凝胶聚合物电解质包括丙烯酸类单体形成的交联聚合物和均匀分散在交联聚合物中的磷酸酯类化合物、溶质、溶剂。
丙烯酸类单体为丙烯酸、甲基丙烯酸、顺丁烯二酸、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酰胺、丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯和丙烯酸叔丁酯中的一种或几种。
磷酸酯类化合物为磷酸酯、亚磷酸酯、磷酸三甲苯酯、磷酸三丁酯和聚合物磷（膦）酸酯中的一种或多种。
溶质为硼酸、五硼酸铵、甲酸铵、己二酸铵、癸二酸铵、异癸二酸铵、壬二酸氢铵、十二双酸铵、苯甲酸铵、辛二酸、癸二酸、壬二酸、1,6~癸烷二羧酸、马来酸铵、己二酸、己二酸铵、水杨酸、水杨酸铵、谷氨酸和谷氨酰胺中的一种或几种。
溶剂为水、乙二醇、二甘醇、甘油、γ~丁内酯和DMF中的一种或几种。
进一步地，丙烯酸类单体为丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酰胺和甲基丙烯酸甲酯中的一种或几种。
磷酸酯类化合物为磷酸三甲苯酯、聚合物磷（膦）酸酯和磷酸三丁酯中的一种或多种。
溶质为硼酸、五硼酸铵、己二酸、癸二酸铵1,6~癸烷二羧酸、水杨酸铵、谷氨酸和谷氨酰胺中的一种或几种。
溶剂为水、乙二醇、二甘醇、甘油、γ~丁内酯、DMF等中的一种或几种。
进一步地，铝电解电容器用阻燃型光固化凝胶聚合物电解质还包括消氢剂和防水合剂。
一种铝电解电容器用阻燃型光固化凝胶聚合物电解质的制备方法，包括以下步骤：
将丙烯酸类单体与交联剂混合，在0~100℃条件下搅拌1~100min，并加入光引发剂，继续搅拌1~100min，得到单体溶液。
取溶剂和溶质混合，在0~200℃条件下搅拌1~24h，然后加入消氢剂和防水合剂，继续在0~200℃下搅拌1~24h，得到电解液。
将单体溶液与电解液混合，并向其中加入磷酸酯类化合物在0~200℃下搅拌1~24h后，用UV紫外灯照射1-100s，得到铝电解电容器用阻燃型光固化凝胶聚合物电解质。
进一步地，丙烯酸类单体与交联剂按摩尔比量(100~30)：1混合，光引发剂的加入量为为单体摩尔量的1‰-1%。
溶剂和溶质混合烧煮质量比例为(1~20)：1，添加剂的加入量为总溶质质量的1%-20%。
单体溶液与电解液以（1~2）：（1~10）的质量比混合，磷酸酯类化合物的加入量为混合液体质量的1‰-10%。
进一步地，交联剂为甲基丙烯酸羟乙酯、聚乙二醇二丙烯酸酯、二甲基丙烯酸乙二醇酯、N,N-亚甲基双丙烯酰胺、二乙烯基苯、二异氰酸酯、聚乙二醇、聚丙二醇、三羟甲基丙烷和丙烯酸丁酯中的一种或几种。
进一步地，光引发剂为2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮、1-羟基环己基苯基甲酮、2-甲基-2-(4-吗啉基)-1-[4-(甲硫基)苯基]-1-丙酮、2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦、2,4,6-三甲基苯甲酰基苯基膦酸乙酯、2-二甲氨基-2-苄基-1-[4-(4-吗啉基)苯基]-1-丁酮、2-羟基-2-甲基-1-[4-(2-羟基乙氧基)苯基]-1-丙酮和苯甲酰甲酸甲酯中的一种或几种。
上述铝电解电容器用阻燃型光固化凝胶聚合物电解质，磷酸酯类化合物可以很好的溶解在溶剂和溶质形成的电解液中，电解液聚合的时候形成三维网状结构的交联聚合物，磷酸酯化合物便均匀的分布在交联聚合物中，得到铝电解电容器用阻燃型光固化凝胶聚合物电解质。该光固化凝胶聚合物电解质在燃烧的时候，磷酸酯类化合物可以促进电解质燃烧时成碳从而阻止电解质进一步燃烧，并且磷酸酯类化合物受热分解的PO、PO2、HPO2小分子可以有效降低稀释低氢自由基浓度，使火焰熄灭。因而该光固化凝胶聚合物电解质不易燃烧，提高了电容器的安全性。
具体实施方式
实施例1
（1）单体溶液制备：1、将45g丙烯酸与5g三乙二醇二甲基丙烯酸酯混合，在25℃条件下搅拌10min。
2、在暗室条件下、在混合单体溶液中加入光引发剂2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮0.1g、2-甲基-2-(4-吗啉基)-1-[4-(甲硫基)苯基]-1-丙酮0.1g。继续搅拌10min。
（2）电解液制备：取溶剂水20g、甘油40g、乙二醇40g，溶质五硼酸铵20g、己二酸2g、苯甲酸铵2g。混合，在85℃条件下搅拌1h。然后加入添加剂山梨醇5g、对硝基苯甲酸铵2g、植酸3g，继续在85℃下搅拌1h。
（3）前聚体溶液制备:将取单体溶液50g与电解液80g以混合。向其中加入磷酸三丁酯5g在25℃下搅拌1h。磷酸酯类化合物为
（4）聚合：将前聚体溶液UV紫外灯下保存1min，得到铝电解电容器用阻燃型光固化凝胶聚合物电解质。
取制备的铝电解电容器用阻燃型光固化凝胶聚合物电解质进行94UL垂直燃烧实验试。
94UL实验过程：
将凝胶聚合物电解质悬挂在铁架台上，使用酒精灯对其进行10秒的垂直燃烧，移开酒精灯观察火焰是否熄灭，是否有燃烧物掉下，并记录从酒精灯移开至火焰熄灭的时间。若没有燃烧，进行第二次10秒垂直燃烧，移开酒精灯观察火焰是否熄灭，记录从酒精灯移开至火焰熄灭的时间，是否有燃烧物掉下，并记录从酒精灯移开至火焰熄灭的时间。
。
可见实施例1制备的铝电解电容器用阻燃型光固化凝胶聚合物电解质具有较好的阻燃性，不易燃烧。
实施例2
（1）单体溶液制备：1、将50g丙烯酰胺单体与5g交联剂N,N-亚甲基双丙烯酰胺混合，在25℃条件下搅拌20min。
2、在混合单体溶液中加入光引发剂2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮0.1g、2-二甲氨基-2-苄基-1-[4-(4-吗啉基)苯基]-1-丁酮，继续搅拌20min。
（2）电解液制备：取溶剂DMF40g、水20g、乙二醇40g，溶质谷氨酰胺10g、五硼酸铵10g、苯甲酸铵3g混合，在85℃条件下搅拌1h。然后加入添加剂山梨醇、植酸、对硝基苯甲酸铵，继续在85℃下搅拌1h。
（3）前聚体溶液制备:将取单体溶液40g与电解液40g混合。向其中加入磷酸三丁酯2g在25℃下搅拌1~24h。
（4）聚合：将前聚体溶液在UV紫外灯下保存1min，得到铝电解电容器用阻燃型光固化凝胶聚合物电解质。
取制备的铝电解电容器用阻燃型光固化凝胶聚合物电解质进行94UL垂直燃烧实验试。
94UL实验过程：
将凝胶聚合物电解质悬挂在铁架台上，使用酒精灯对其进行10秒的垂直燃烧，移开酒精灯观察火焰是否熄灭，是否有燃烧物掉下，并记录从酒精灯移开至火焰熄灭的时间。若没有燃烧，进行第二次10秒垂直燃烧，移开酒精灯观察火焰是否熄灭，记录从酒精灯移开至火焰熄灭的时间，是否有燃烧物掉下，并记录从酒精灯移开至火焰熄灭的时间。
。
可见实施例2制备的铝电解电容器用阻燃型光固化凝胶聚合物电解质具有较好的阻燃性，不易燃烧。
实施例3
（1）单体溶液制备：1、将50g甲基丙烯酸甲酯单体与5g交联剂三乙二醇二甲基丙烯酸甲酯混合，在25℃条件下搅拌20min。
2、在混合单体溶液中加入光引发剂2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮0.1g、2-二甲氨基-2-苄基-1-[4-(4-吗啉基)苯基]-1-丁酮，继续搅拌20min。
（2）电解液制备：取溶剂GBL80g，溶质己二酸铵20g、五硼酸铵5g、苯甲酸铵3g混合，在85℃条件下搅拌1h。然后加入添加剂山梨醇、植酸、对硝基苯甲酸铵，继续在85℃下搅拌1h。
（3）前聚体溶液制备:将取单体溶液40g与电解液40g混合。向其中加入磷酸三丁酯2g在25℃下搅拌1~24h。
（4）聚合：将前聚体溶液在UV紫外灯下保存1min，得到铝电解电容器用阻燃型光固化凝胶聚合物电解质。
取制备的铝电解电容器用阻燃型光固化凝胶聚合物电解质进行94UL垂直燃烧实验试。
94UL实验过程：
将凝胶聚合物电解质悬挂在铁架台上，使用酒精灯对其进行10秒的垂直燃烧，移开酒精灯观察火焰是否熄灭，是否有燃烧物掉下，并记录从酒精灯移开至火焰熄灭的时间。若没有燃烧，进行第二次10秒垂直燃烧，移开酒精灯观察火焰是否熄灭，记录从酒精灯移开至火焰熄灭的时间，是否有燃烧物掉下，并记录从酒精灯移开至火焰熄灭的时间。
。
可见实施例3制备的铝电解电容器用阻燃型光固化凝胶聚合物电解质具有较好的阻燃性，不易燃烧。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (7)
1.一种铝电解电容器用阻燃型光固化凝胶聚合物电解质，其特征在于，包括丙烯酸类单体形成的交联聚合物和均匀分散在所述交联聚合物中的磷酸酯类化合物、溶质、溶剂；
所述丙烯酸类单体为丙烯酸、甲基丙烯酸、顺丁烯二酸、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酰胺、丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯和丙烯酸叔丁酯中的一种或几种；
所述磷酸酯类化合物为磷酸酯、亚磷酸酯、磷酸三甲苯酯、磷酸三丁酯和聚合物磷（膦）酸酯中的一种或多种；
所述溶质为硼酸、五硼酸铵、甲酸铵、己二酸铵、癸二酸铵、异癸二酸铵、壬二酸氢铵、十二双酸铵、苯甲酸铵、辛二酸、癸二酸、壬二酸、1,6~癸烷二羧酸、马来酸铵、己二酸、己二酸铵、水杨酸、水杨酸铵、谷氨酸和谷氨酰胺中的一种或几种；
所述溶剂为水、乙二醇、二甘醇、甘油、γ~丁内酯和DMF中的一种或几种。
2.根据权利要求1所述的铝电解电容器用阻燃型光固化凝胶聚合物电解质，其特征在于，所述丙烯酸类单体为丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酰胺和甲基丙烯酸甲酯中的一种或几种；
所述磷酸酯类化合物为磷酸三甲苯酯、聚合物磷（膦）酸酯和磷酸三丁酯中的一种或多种；
所述溶质为硼酸、五硼酸铵、己二酸、癸二酸铵1,6~癸烷二羧酸、水杨酸铵、谷氨酸和谷氨酰胺中的一种或几种；
所述溶剂为水、乙二醇、二甘醇、甘油、γ~丁内酯、DMF等中的一种或几种。
3.根据权利要求1或2所述的铝电解电容器用阻燃型光固化凝胶聚合物电解质，其特征在于，所述铝电解电容器用阻燃型光固化凝胶聚合物电解质还包括消氢剂和防水合剂。
4.一种根据权利要求1~3中任一项所述的铝电解电容器用阻燃型光固化凝胶聚合物电解质的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将丙烯酸类单体与交联剂混合，在0~100℃条件下搅拌1~100min，并加入光引发剂，继续搅拌1~100min，得到单体溶液；
取溶剂和溶质混合，在0~200℃条件下搅拌1~24h，然后加入消氢剂和防水合剂，继续在0~200℃下搅拌1~24h，得到电解液；
将所述单体溶液与所述电解液混合，并向其中加入磷酸酯类化合物在0~200℃下搅拌1~24h后，用UV紫外灯照射1-100s，得到铝电解电容器用阻燃型光固化凝胶聚合物电解质。
5.根据权利要求4所述的铝电解电容器用阻燃型光固化凝胶聚合物电解质的制备方法，其特征在于，丙烯酸类单体与交联剂按摩尔比量(100~30)：1混合，所述光引发剂的加入量为为单体摩尔量的1‰-1%；
溶剂和溶质混合烧煮质量比例为(1~20)：1，所述添加剂的加入量为总溶质质量的1%-20%；
所述单体溶液与所述电解液以（1~2）：（1~10）的质量比混合，所述磷酸酯类化合物的加入量为混合液体质量的1‰-10%。
6.根据权利要求4所述的铝电解电容器用阻燃型光固化凝胶聚合物电解质的制备方法，其特征在于，
所述交联剂为甲基丙烯酸羟乙酯、聚乙二醇二丙烯酸酯、二甲基丙烯酸乙二醇酯、N,N-亚甲基双丙烯酰胺、二乙烯基苯、二异氰酸酯、聚乙二醇、聚丙二醇、三羟甲基丙烷和丙烯酸丁酯中的一种或几种。
7.根据权利要求4~6中任一项所述的铝电解电容器用阻燃型光固化凝胶聚合物电解质的制备方法，其特征在于，
所述光引发剂为2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮、1-羟基环己基苯基甲酮、2-甲基-2-(4-吗啉基)-1-[4-(甲硫基)苯基]-1-丙酮、2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦、2,4,6-三甲基苯甲酰基苯基膦酸乙酯、2-二甲氨基-2-苄基-1-[4-(4-吗啉基)苯基]-1-丁酮、2-羟基-2-甲基-1-[4-(2-羟基乙氧基)苯基]-1-丙酮和苯甲酰甲酸甲酯中的一种或几种。
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