CN108538591B - 一种耐高温的导电高分子聚合物电解电容器及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于导电高分子聚合物电解电容器的技术领域，具体涉及一种耐高温的导电高分子聚合物电解电容器及其制备方法；解决的技术问题为：提供一种工作温度在125℃，具有小尺寸，低漏电流，自愈功能，高频低阻，长寿命，高可靠性的导电高分子聚合物电解电容器；采用的技术方案为：耐高温的导电高分子聚合物电解电容器，包括：阳极箔、阴极箔、电解质，所述电解质为一种耐高温特性的含有导电高分子聚合物的电解液；本发明适用于储能器件制造领域。

Description

一种耐高温的导电高分子聚合物电解电容器及其制备方法
技术领域
本发明属于导电高分子聚合物电解电容器的技术领域，具体涉及一种耐高温的导电高分子聚合物电解电容器及其制备方法。
背景技术
导电高分子聚合物固态电容，具有优秀的高频低阻特性和高低温特性，在各类领域中的应用越来越广，随着成本的降低，有逐步取代原有液态电解电容器的趋势。但是在其优越的阻抗特征、高低温特征和寿命特征下，导电高分子固态电容器相比传统液态电解电容，同样有着明显的劣势。主要在于容量引出率低、漏电流大、无自主修复功能，耐电压能力低等特点。而摒除了上述缺点的普通型导电高分子聚合物电解电容器最高工作温度却只能达到105℃，在应对更高工作环境温度及更高可靠性市场要求时捉襟见肘。
发明内容
本发明克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种耐高温的，具有自愈功能，小尺寸，低漏电流，长寿命，高可靠性的导电高分子聚合物电解电容器。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种耐高温的导电高分子聚合物电解电容器，包括：阳极箔(101)、阴极箔(102)、电解质，其特征在于：所述电解质为含有导电高分子聚合物(109)的耐高温电解液。
进一步的，所述导电高分子聚合物(109)为聚吡咯、聚噻吩、聚苯胺及上述导电聚合物/石墨烯复合材料中的一种或多种。
进一步的，所述电解质的组成为(重量比)：溶剂50-70％，溶质20-40％，添加剂5-10％，导电高分子聚合物1-10％；所述溶剂由占电解质总重量45-60％的第一溶剂和占电解质总重量5-10％的第二溶剂组成；所述第一溶剂选自乙二醇、二甘醇、丙三醇、环丁砜、DMF、DMSO及GBL中的一种或多种；所述第二溶剂为聚苯丙烯；所述溶质由占电解质总重量15-30％的二甲基-二十八烷四羧酸铵和占电解质总重量5-10％的己二酸铵组成；所述添加剂为羟基硝基苯甲酸，羟基苯乙酸乙酯与乙基丙烯酸羟基乙酯的混合物，其中羟基硝基苯甲酸，羟基苯乙酸乙酯与乙基丙烯酸羟基乙酯的质量比为2:2:1。
进一步的，所述阳极箔(101)为由阀金属或钽、铌、铝、钛、锆、钒的合金及化合物制成的箔片。所述阳极箔(101)的表面设有金属氧化膜(103)。
一种耐高温的导电高分子聚合物电解电容器的制备方法，其特征在于：包括：
S101、将箔片和隔离纸裁切成所需要的宽度；
S102、将正负导针分别固定在正负箔片上；
S103、将固定后的箔片与隔离纸卷绕成素子；
S104、将卷成的素子进行化成处理；
S105、将化成后的素子进行清洗；
S106、将清洗后的素子进行干燥；
S107、将干燥后的素子含浸电解质；
S108、装配组立。
S109、印刻标识；
S110、老化分选。
进一步的，所述将正负导针分别固定在正负箔片上，具体包括：
使用钉接机将正负导针分别钉接在正负箔片上。
进一步的，所述步骤S104、将卷成的素子进行化成处理的过程包括，将卷成的素子浸入预处理液中，调整温度为5-10摄氏度，施加25V的化成铝箔赋能电压，恒压化成1-2h；调整温度为30-40摄氏度，施加100V的化成铝箔赋能电压，恒压化成1-2h；调整温度为80-90摄氏度，施加200V的化成铝箔赋能电压，恒压化成1-2h；所述预处理液包括(重量比)70-80％的溶剂、10-25％的溶质以及5-10％的添加剂，所述溶剂为环丁砜；所述溶质为己二酸铵；所述添加剂为对硝基苯乙醇。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：本发明中的电解电容器所使用的电解质为耐更高温度的导电高分子聚合物与电解液混合式的电解质，该更优异的电解质使得制作出来的电解电容能够长时间在不低于125℃的环境中工作，为可靠性要求要及工作温度要求高的终端提供了更好的选择。溶剂选择第一溶剂和第二溶剂的混合溶剂，提高了电解液导电率的同时，也提高导电性高分子聚合物与阳极表面的氧化物层所构成的介电体层的密合性，提高电解电容器的耐电压的作用；主链上碳原子数为高于25的脂肪族羧酸的铵盐作为主溶质，配合合适的添加剂，可进一步提高电解液的耐高温性能，可使由该电解液制备的电容器耐温性能达到耐125℃5000小时。添加剂为羟基硝基苯甲酸，羟基苯乙酸乙酯与乙基丙烯酸羟基乙酯的特定组合，其中的羟基，硝基和羧基的芳香族类化合物具有辅助导电高分子聚合物的电子传导的能力，可通过该芳香族类化合物所具有的抗氧化作用而抑制导电性高分子的劣化。羟基苯乙酸乙酯则能使电解电容器的耐热性提升、等效串联电阻更低；而乙基丙烯酸羟基乙酯于在电解电容器在保存中，发生自身聚合而发生聚合物化，防止了电解电容器中的电解液的脱离。电极箔化成处理过程在多温度阶段，多电压阶段逐级化成，在电极表面形成结构更为稳定的氧化物介电体层。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明；
图1为本发明实施例一提供的耐高温的的导电高分子聚合物电解电容器的结构示意图；
图2为本发明实施例一提供的耐高温的的导电高分子聚合物电解电容器拆开包卷胶带后的结构示意图；
图3为本发明实施例一提供的耐高温的导电高分子聚合物电解电容器的制备方法的流程示意图；
图1-2中：101为阳极箔，102为阴极箔，103为金属氧化膜，104为隔离膜，105为包卷胶带，106为引出线，107为胶粒，108为铝外壳，109为含导电高分子聚合物的电解液。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明中的实施例使用的阳极箔和阴极箔为日本JCC公司的电极铝箔，隔膜纸采用日本旭化成隔膜纸，采用附图3中的生产工艺制备导电高分子聚合物混合型铝电解电容器，其中实施例1-5的区别在于电解质和预处理剂组成的不同；
实施例1
电解质的组成为(重量比)：溶剂50％，溶质30％，添加剂10％，导电高分子聚合物10％；所述溶剂由占电解质总重量45％的第一溶剂和占电解质总重量5％的第二溶剂组成；所述第一溶剂为环丁砜；所述第二溶剂为聚苯丙烯；所述溶质由占电解质总重量20％的二甲基-二十八烷四羧酸铵和占电解质总重量10％的己二酸铵组成；所述添加剂为羟基硝基苯甲酸，羟基苯乙酸乙酯与乙基丙烯酸羟基乙酯的混合物，其中羟基硝基苯甲酸，羟基苯乙酸乙酯与乙基丙烯酸羟基乙酯的质量比为2:2:1；所述导电高分子聚合物为聚吡咯；
预处理液包括(重量比)70％的溶剂、25％的溶质以及5％的添加剂，所述溶剂为环丁砜；所述溶质为己二酸铵；所述添加剂为对硝基苯乙醇。
实施例2
电解质的组成为(重量比)：溶剂70％，溶质20％，添加剂5％，导电高分子聚合物5％；所述溶剂由占电解质总重量60％的第一溶剂和占电解质总重量10％的第二溶剂组成；所述第一溶剂为环丁砜；所述第二溶剂为聚苯丙烯；所述溶质由占电解质总重量15％的二甲基-二十八烷四羧酸铵和占电解质总重量5％的己二酸铵组成；所述添加剂为羟基硝基苯甲酸，羟基苯乙酸乙酯与乙基丙烯酸羟基乙酯的混合物，其中羟基硝基苯甲酸，羟基苯乙酸乙酯与乙基丙烯酸羟基乙酯的质量比为2:2:1；所述导电高分子聚合物为聚苯胺；
预处理液包括(重量比)80％的溶剂、10％的溶质以及10％的添加剂，所述溶剂为环丁砜；所述溶质为己二酸铵；所述添加剂为对硝基苯乙醇。
实施例3
电解质的组成为(重量比)：溶剂50％，溶质40％，添加剂5％，导电高分子聚合物5％；所述溶剂由占电解质总重量45％的第一溶剂和占电解质总重量5％的第二溶剂组成；所述第一溶剂为DMSO；所述第二溶剂为聚苯丙烯；所述溶质由占电解质总重量30％的二甲基-二十八烷四羧酸铵和占电解质总重量10％的己二酸铵组成；所述添加剂为羟基硝基苯甲酸，羟基苯乙酸乙酯与乙基丙烯酸羟基乙酯的混合物，其中羟基硝基苯甲酸，羟基苯乙酸乙酯与乙基丙烯酸羟基乙酯的质量比为2:2:1；所述导电高分子聚合物为聚苯胺；
预处理液包括(重量比)80％的溶剂、15％的溶质以及5％的添加剂，所述溶剂为环丁砜；所述溶质为己二酸铵；所述添加剂为对硝基苯乙醇。
实施例4
电解质的组成为(重量比)：溶剂60％，溶质30％，添加剂5％，导电高分子聚合物5％；所述溶剂由占电解质总重量50％的第一溶剂和占电解质总重量10％的第二溶剂组成；所述第一溶剂为DMSO；所述第二溶剂为聚苯丙烯；所述溶质由占电解质总重量20％的二甲基-二十八烷四羧酸铵和占电解质总重量10％的己二酸铵组成；所述添加剂为羟基硝基苯甲酸，羟基苯乙酸乙酯与乙基丙烯酸羟基乙酯的混合物，其中羟基硝基苯甲酸，羟基苯乙酸乙酯与乙基丙烯酸羟基乙酯的质量比为2:2:1；所述导电高分子聚合物为聚苯胺；
预处理液包括(重量比)75％的溶剂、20％的溶质以及5％的添加剂，所述溶剂为环丁砜；所述溶质为己二酸铵；所述添加剂为对硝基苯乙醇。
实施例5
电解质的组成为(重量比)：溶剂60％，溶质20％，添加剂10％，导电高分子聚合物10％；所述溶剂由占电解质总重量50％的第一溶剂和占电解质总重量10％的第二溶剂组成；所述第一溶剂为环丁砜；所述第二溶剂为聚苯丙烯；所述溶质由占电解质总重量15％的二甲基-二十八烷四羧酸铵和占电解质总重量5％的己二酸铵组成；所述添加剂为羟基硝基苯甲酸，羟基苯乙酸乙酯与乙基丙烯酸羟基乙酯的混合物，其中羟基硝基苯甲酸，羟基苯乙酸乙酯与乙基丙烯酸羟基乙酯的质量比为2:2:1；所述导电高分子聚合物为聚苯胺；
预处理液包括(重量比)70％的溶剂、25％的溶质以及5％的添加剂，所述溶剂为环丁砜；所述溶质为己二酸铵；所述添加剂为对硝基苯乙醇。
根据上述制备方法制备规格为25V330μF，尺寸为
Figure GDA0001679690640000053
的导电高分子聚合物混合型铝电解电容器，对制得的导电高分子聚合物混合型铝电解电容器放置于125℃环境中并加载工作电压25VDC，5000H后测试其性能变化，测试结果见表1：
表1
采用市售含有导电高分子聚合物的固体电解质铝电解电容器，规格为25V330μF，尺寸为
Figure GDA0001679690640000054
对所述铝电解电容器放置于125℃环境中并加载工作电压25VDC，5000H后测试其性能变化，测试结果见表2：
表2
Figure GDA0001679690640000052
通过表1、表2中的试验数据对比可以看出，本发明的耐高温导电高分子混合型铝电解电容器可以长时间工作于125℃环境中长达5000H，且特性变化小。
综上，本发明提供的一种耐高温的导电高分子混合型电解电容器能够应对市场对更高温、更高可靠性以及更长寿命的要求，满足市场日益增长的品质需要。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种耐高温的导电高分子聚合物电解电容器，包括：阳极箔(101)、阴极箔(102)、电解质，其特征在于：所述电解质为含有导电高分子聚合物(109)的耐高温电解液；所述导电高分子聚合物(109)为聚吡咯、聚噻吩、聚苯胺及上述导电聚合物/石墨烯复合材料中的一种或多种，其特征在于：所述电解质的组成为(重量比)：溶剂50-70％，溶质20-40％，添加剂5-10％，导电高分子聚合物1-10％；所述溶剂由占电解质总重量45-60％的第一溶剂和占电解质总重量5-10％的第二溶剂组成；所述第一溶剂选自乙二醇、二甘醇、丙三醇、环丁砜、DMF、DMSO及GBL中的一种或多种；所述第二溶剂为聚苯丙烯；所述溶质由占电解质总重量15-30％的二甲基-二十八烷四羧酸铵和占电解质总重量5-10％的己二酸铵组成；所述添加剂为羟基硝基苯甲酸，羟基苯乙酸乙酯与乙基丙烯酸羟基乙酯的混合物，其中羟基硝基苯甲酸，羟基苯乙酸乙酯与乙基丙烯酸羟基乙酯的质量比为2:2:1。
2.根据权利要求1所述的一种耐高温的导电高分子聚合物电解电容器，其特征在于：所述阳极箔(101)为由阀金属制成的箔片。
3.根据权利要求1所述的一种耐高温的导电高分子聚合物电解电容器，其特征在于：所述阳极箔(101)为由钽、铌、铝、钛、锆、钒的合金制成的箔片。
4.根据权利要求2-3任一项所述的一种耐高温的导电高分子聚合物电解电容器，其特征在于：所述阳极箔(101)的表面设有金属氧化膜(103)。
5.如权利要求1-4中任一所述的一种耐高温的导电高分子聚合物电解电容器的制备方法，其特征在于：包括：
S101、将箔片和隔离纸裁切成所需要的宽度；
S102、将正负导针分别固定在正负箔片上；
S103、将固定后的箔片与隔离纸卷绕成素子；
S104、将卷成的素子进行化成处理；
S105、将化成后的素子进行清洗；
S106、将清洗后的素子进行干燥；
S107、将干燥后的素子含浸电解质；
S108、装配组立。
6.根据权利要求5所述的一种耐高温的导电高分子聚合物电解电容器的制备方法，其特征在于：还包括：
S109、印刻标识；
S110、老化分选。
7.根据权利要求5所述的一种耐高温的导电高分子聚合物电解电容器的制备方法，其特征在于：所述将正负导针分别固定在正负箔片上，具体包括：
使用钉接机将正负导针分别钉接在正负箔片上。
8.根据权利要求5所述的一种耐高温的导电高分子聚合物电解电容器的制备方法，所述步骤S104、将卷成的素子进行化成处理的过程包括，将卷成的素子浸入预处理液中，调整温度为5-10摄氏度，施加25V的化成铝箔赋能电压，恒压化成1-2h；调整温度为30-40摄氏度，施加100V的化成铝箔赋能电压，恒压化成1-2h；调整温度为80-90摄氏度，施加200V的化成铝箔赋能电压，恒压化成1-2h；所述预处理液包括(重量比)70-80％的溶剂、10-25％的溶质以及5-10％的添加剂，所述溶剂为环丁砜；所述溶质为己二酸铵；所述添加剂为对硝基苯乙醇。
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