CN108766766A - 基于电导率高的离子凝胶电解液的电容器及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于电导率高的离子凝胶电解液的电容器，包括外壳和芯包，芯包上形成有凝胶电解液，凝胶电解液包括溶液体系和溶液体系，溶液体系为在微波加热的情况下聚合得到的凝胶状高分子化合物，溶液体系为附着在溶液体系上的离子液体溶液；溶液体系包括80%‑95%的聚合单体、1‑8%的GN、1‑10%的交联剂和0.1%‑5%的光引发剂；溶液体系
Description
技术领域
本发明涉及一种电容器，尤其涉及一种基于电导率高的离子凝胶电解液的电容器及制备方法。
背景技术
铝电解电容器由正负极铝箔铆接导针与电解纸卷绕成芯包，含浸电解液后，通过铝壳与胶塞密封形成，但是传统的铝电解电容器具有以下的缺点：1，卷绕而成的芯包，最后由胶带缠绕，电容器层与层之间存在空隙。2，电解液里一般存在0.5%~50%左右的水分，水分的存在能提高电解液的电导率，使得电容器有较小的esr值。但电容器高温寿命试验过程中，电解液挥发（包括水分）是导致产品失效的主要因素。3、传统的电解液的电导率偏低直接影响到电容器的内阻。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种内阻小、保湿性好，寿命长，能够保持芯包结构稳定（与铝箔贴合紧密，层与层贴合紧密）、电气特性稳定的基于电导率高的离子凝胶电解液的电容器及制备方法。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：一种基于电导率高的离子凝胶电解液的电容器，包括外壳和芯包，所述芯包上形成有凝胶电解液，所述凝胶电解液包括溶液体系和溶液体系，所述溶液体系和溶液体系的体积比例为1:4-10:1，所述溶液体系为在UV光照射的情况下聚合得到的凝胶状高分子化合物，所述溶液体系为附着在溶液体系上的离子液体溶液；所述溶液体系包括80%-95%的聚合单体、1-8%的GN、1-10%的交联剂和0.1%-5%的光引发剂；所述溶液体系包括80%-95%的离子液体、5-20%的溶质以及0.5%-3%的添加剂，所述离子液体包括1-丁基吡啶四氟硼酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐、丁基吡咯烷双三氟甲磺酰亚胺盐、1-乙基-3-甲基咪唑鎓乙基硫酸乙酯、N-甲基-丙基哌啶双三氟甲磺酰亚胺盐和BMIPF¬6中的一种或几种。
上述的基于电导率高的离子凝胶电解液的电容器，优选的，所述溶质包括丁二酸、戊二酸、己二酸、己二酸铵、辛二酸铵、壬二酸铵、癸二酸铵、1,7-癸二酸铵、异癸二酸铵、烷基癸二酸铵、十二双酸铵、2-己基己二酸、硼酸、聚乙烯醇、聚乙二醇、磷酸丁酯、磷酸单丁酯、五硼酸铵、苯二酸、对苯二酸、柠檬酸的一种或多种。
通过阳极氧化过程在阳极上产生三氧化二铝介质膜，从而达到修复阳极的作用，阳极反应如下：
式中Rn-为电解液中电解质n价的含氧酸根负离子。
上述的基于电导率高的离子凝胶电解液的电容器，优选的，所述添加剂包括对硝基苯酚、邻硝基苯酚、间二硝基苯、对硝基苯甲醚或对硝基苯甲醇、次亚磷酸铵的一种或多种。
对硝基苯酚、邻硝基苯酚、间二硝基苯、对硝基苯甲醚和对硝基苯甲醇属于消氢剂，目的在于吸收电容器工作时内部化学反应产生的气体（氢气和水蒸气），降低电容器内部压力、避免其底凸、开阀，消氢剂主要成分是含硝基、芳香环类基团的化合物，可以有效吸收电解液中多余的H+，其化学反应过程如下所示：
次亚磷酸铵属于阻化剂，化剂的作用是抑制或阻止电容器氧化膜、工作电解液的变性、恶化。其中，电解液中的水易和铝电解电容器的γ-Al 2 O 3 介质膜反应，形成水合氧化膜，使得电介质的耐压能力下降、损耗角变大，进而影响电容器的电气化性能。氧化膜水合反应如下式所示：
上述的基于电导率高的离子凝胶电解液的电容器，优选的，所述聚合单体包括丙烯酸、聚丙烯酸、丙烯酸甲酯、丙烯酸异丁酯和甲基丙烯酸乙酯的一种或多种。
上述的基于电导率高的离子凝胶电解液的电容器，优选的，所述交联剂包括甲基丙烯酸-2-乙基己酯、聚乙二醇二丙烯酸酯、甲基丙烯酸-2-羟基乙酯、三乙二醇二甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸-2-羟基丙酯和甲基丙烯酸甲酯的一种或多种。
上述的基于电导率高的离子凝胶电解液的电容器，优选的，所述光引发剂包括2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮、α-酮戊二酸、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、苯甲酰甲酸甲酯中的一种或几种。
一种基于电导率高的离子凝胶电解液的电容器的制备方法，包括以下步骤，1）裁切；将电极箔和电解纸裁切成指定宽度；
2）钉卷：将导针与铝箔铆接在一起，然后与电解纸层叠卷绕形成芯包；
3）溶液体系的制备，将单体与GN、交联剂混合，并超声分散；
在超声分散的溶液中加入光引发剂，持续搅拌30-120min；
4）溶液体系的制备，将离子液体和溶质混合后，加入添加剂，搅拌30~60min；
5）将溶液体系和溶液体系按照1:4-10:1的体积比例混合，常温搅拌1-12h；
6）含浸，将芯包含浸步骤5）的混合溶液；
7）将含浸好后的芯包在UV光的照射下聚合，UV光照射的时间为30min-2h；
8）组立。
本发明中，所述溶液体系和溶液体系的混合比例为1:2，步骤5）中常温搅拌的时间为2h；所述步骤7）中UV光照射的时间为60min。
本发明中，所述UV光照射芯包的两端。
在本发明中，在离子液体溶液中加入溶质，使得离子液体具备修复功能，同时加入添加剂以提高电容器电性能参数。
常规加热聚合，热量传导至电解液内部需要一定时间，导致聚合反应慢。凝胶电解液在高温环境下时间过长会导致，电解液挥发影响电解液性能。特别是电容器素子含浸凝胶电解液一直含液量比较少，素子长时间处于高温下，电解液挥发严重，加上聚合反应时为放热反应，会导致素子内部温度更高，容易致使凝胶变少，素子变干。在本发明中，采用UV光照射的形式来使得溶液体系发生聚合反应，这样在反应的时候没有了外部的加热，电解液挥发少，并且在反应的时候由外到内，当外层反应形成凝胶态后，对内层的电解液也能够起到一层保护作用，内层的电解液更加难以挥发。
本发明中，纳米石墨在基体中均匀、稳定分散，几乎无团聚，在聚合后， GN 被束缚在聚合物的网络结构中，被物理包裹，并在基体的网络结构中形成导电网络。以纳米石墨为导电填料，备PAA/GN 复合导电凝胶。GN 的加入能够大大提高纯 PAA 离子液体凝胶的导电性， GN 含量为 6.0%时，复合材料的电阻率约为 2.904Ω·cm，相对聚丙烯酸凝胶，高了四个数量级；PAA/GN复合导电凝胶具有很好的耐热性和高电导率，使得铝电解电容器有优异的ESR和耐热性。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。
需要特别说明的是，当某一元件被描述为“固定于、固接于、连接于或连通于”另一元件上时，它可以是直接固定、固接、连接或连通在另一元件上，也可以是通过其他中间连接件间接固定、固接、连接或连通在另一元件上。
除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。
实施例
一种基于电导率高的离子凝胶电解液的电容器，包括外壳和芯包，所述芯包上形成有凝胶电解液，所述凝胶电解液包括溶液体系和溶液体系，所述溶液体系和溶液体系的体积比例为1:2，溶液体系为在微波加热的情况下聚合得到的凝胶状高分子化合物，溶液体系为附着在溶液体系上的离子液体溶液；溶液体系包括90%的丙烯酸、6%的GN、2.75%的聚乙二醇二丙烯酸酯和1.25%的α-酮戊二酸；溶液体系包括90%的1-乙基-3-甲基咪唑鎓乙基硫酸乙酯、9%的己二酸铵以及1%的对硝基苯甲酸。
本实施例的基于电导率高的离子凝胶电解液的电容器的制备方法，包括以下步骤，1）裁切；将电极箔和电解纸裁切成指定宽度；
2）钉卷：将导针与铝箔铆接在一起，然后与电解纸层叠卷绕形成芯包；
3）溶液体系的制备，将丙烯酸与GN、聚乙二醇二丙烯酸酯混合，并超声分散；
在超声分散的溶液中加入α-酮戊二酸，持续搅拌30-120min；
4）溶液体系的制备，将1-乙基-3-甲基咪唑鎓乙基硫酸乙酯和己二酸铵混合后，加入对硝基苯甲酸，搅拌30~60min；
5）将溶液体系和溶液体系按照1:2的体积比例混合，常温搅拌2h；
6）含浸，将芯包含浸步骤5）的混合溶液；
7）将含浸好后的芯包在UV光的照射下聚合，UV光照射的时间为1h；UV光照射芯包的两端
8）组立。
本实施例的电容器内阻小、保湿性好，寿命长，能够保持芯包结构稳定（与铝箔贴合紧密，层与层贴合紧密）、电气特性稳定。
Claims (9)
1.一种基于电导率高的离子凝胶电解液的电容器，其特征在于：包括外壳和芯包，所述芯包上形成有凝胶电解液，所述凝胶电解液包括溶液体系和溶液体系，所述溶液体系和溶液体系的体积比例为1:4-10:1，所述溶液体系为在UV光照射的情况下聚合得到的凝胶状高分子化合物，所述溶液体系为附着在溶液体系上的离子液体溶液；所述溶液体系包括80%-95%的聚合单体、1-8%的GN、1-10%的交联剂和0.1%-5%的光引发剂；所述溶液体系包括80%-95%的离子液体、5-20%的溶质以及0.5%-3%的添加剂，所述离子液体包括1-丁基吡啶四氟硼酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐、丁基吡咯烷双三氟甲磺酰亚胺盐、1-乙基-3-甲基咪唑鎓乙基硫酸乙酯、N-甲基-丙基哌啶双三氟甲磺酰亚胺盐和BMIPF¬6中的一种或几种。
2.根据权利要求1所述的基于电导率高的离子凝胶电解液的电容器，其特征在于：所述溶质包括丁二酸、戊二酸、己二酸、己二酸铵、辛二酸铵、壬二酸铵、癸二酸铵、1,7-癸二酸铵、异癸二酸铵、烷基癸二酸铵、十二双酸铵、2-己基己二酸、硼酸、聚乙烯醇、聚乙二醇、磷酸丁酯、磷酸单丁酯、五硼酸铵、苯二酸、对苯二酸、柠檬酸的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的基于电导率高的离子凝胶电解液的电容器，其特征在于：所述添加剂包括对硝基苯酚、邻硝基苯酚、间二硝基苯、对硝基苯甲醚或对硝基苯甲醇、次亚磷酸铵的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的基于电导率高的离子凝胶电解液的电容器，其特征在于：所述聚合单体包括丙烯酸、聚丙烯酸、丙烯酸甲酯、丙烯酸异丁酯和甲基丙烯酸乙酯的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的基于电导率高的离子凝胶电解液的电容器，其特征在于：所述交联剂包括甲基丙烯酸-2-乙基己酯、聚乙二醇二丙烯酸酯、甲基丙烯酸-2-羟基乙酯、三乙二醇二甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸-2-羟基丙酯和甲基丙烯酸甲酯的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的基于电导率高的离子凝胶电解液的电容器，其特征在于：所述光引发剂包括2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮、α-酮戊二酸、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、苯甲酰甲酸甲酯中的一种或几种。
7.根据权利要求1-6任一项的基于电导率高的离子凝胶电解液的电容器的制备方法，其特征在于：包括以下步骤，1）裁切；将电极箔和电解纸裁切成指定宽度；
2）钉卷：将导针与铝箔铆接在一起，然后与电解纸层叠卷绕形成芯包；
3）溶液体系的制备，将单体与GN、交联剂混合，并超声分散；
在超声分散的溶液中加入光引发剂，持续搅拌30-120min；
4）溶液体系的制备，将离子液体和溶质混合后，加入添加剂，搅拌30~60min；
5）将溶液体系和溶液体系按照1:4-10:1的体积比例混合，常温搅拌1-12h；
6）含浸，将芯包含浸步骤5）的混合溶液；
7）将含浸好后的芯包在UV光的照射下聚合，UV光照射的时间为30min-2h；
8）组立。
8.根据权利要求7的基于电导率高的离子凝胶电解液的电容器的制备方法，其特征在于：所述溶液体系和溶液体系的混合比例为1:2，步骤5）中常温搅拌的时间为2h；所述步骤7）中UV光照射的时间为60min。
9.根据权利要求7的基于电导率高的离子凝胶电解液的电容器的制备方法，其特征在于：所述UV光照射芯包的两端。
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