CN109659139B - 一种固态电解电容器及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电容器技术领域，尤指一种固态电解电容器及其制备方法。本发明的固态电解电容在电极箔和隔膜电解纸表面均填充有导电聚合物填充层，使电极箔和隔膜电解纸均具有高赋能特性，在固态铝电解电容器电压上得到了有效提升，可达到450V及以上电压。本发明的固态电解电容制备方法省去了现有技术中的含浸工艺，通过将导电聚合物全方位填充或覆盖电极箔和隔膜电解纸表面，消除了含浸工艺所产生的含浸不均匀或者含浸不透彻的缺陷，能够制备450V及以上电压的固态电解电容器，且由于本制备方法中电容器芯包不需要含浸工艺，也不需要芯包的化成预处理工艺，在生产效率和环保节能方面具有更大的优势。
Description
技术领域
本发明涉及电容器技术领域，尤指一种固态电解电容器及其制备方法。
背景技术
固态铝电解电容器是一种具有高电导率的电子元件产品，固态铝电解电容器通常设有电极箔，电极箔包括正极箔和负极箔，且固态铝电解电容器通常采用固态的有机半导体材料或导电聚合物材料作为电解质，正负电极箔之间设有隔膜电解纸，该隔膜电解纸通常由碳化纸或免碳化纸所组成，正极箔和负极箔分别连接有对应的导针，正极箔、负极箔和电解纸绕导针卷绕成芯包，现有的固态铝电解电容器在制备时需将上述所述的芯包进行含浸工艺，即将上述的芯包浸入导电聚合物分散液中以在芯包表面及电极箔层表面形成导电聚合物层，从而提高固态电容器的电性能。
但采用上述结构的固态铝电解电容器的工作电压大都在100V以下，难以提升到200V甚至更高电压，且采用含浸工艺的固态铝电解电容器的制备方法中存在着难以克服的两大缺陷：一是传统含浸工艺限制了生产效率和产品质量的提高，现有的导电聚合物分散液的粘度较大，大大地限制了含浸工艺的实施，往往导电聚合物分散液难以完全浸透芯包，即使是电压为100V的固态电容器的含浸，往往也需要采用3次或更多次数的含浸，既费时又费事，而如果含浸效果差，将会导致导电聚合物膜在铝箔表面的分布不均匀，甚至隔膜纸上出现“干带”，严重影响产品的ESR和漏电流，不仅影响产品质量而且会降低产品合格率；
二是通过含浸工艺的固态电容器在提升工作电压方面难以得到突破，这不仅是因为随着分散液电压的升高所加入的大分子辅助添加剂的量增加，使得分散液粘度与聚合物的粒度均变大，难以浸透芯包，直接影响含浸工艺的实施，也导致目前固态铝电解电容器的工作电压大都在100V以下，难以提升到200V甚至更高电压。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种固态电解电容器。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种固态电解电容器，包括电极箔、隔膜电解纸和引出端子，所述电极箔和隔膜电解纸绕引出端子卷绕形成芯包，所述电极箔和隔膜电解纸表面均填充有导电聚合物填充层。
进一步地，所述电极箔为铝箔片，所述铝箔片表面氧化有三氧化二铝氧化介质层，所述隔膜电解纸由长纤维仿粘无纺材料制成，所述隔膜电解纸的厚度不小于60um，密度不小于0.65g/cm3，表面孔径不超过8um。
进一步地，还包括铝壳和密封胶塞，所述芯包装设于所述铝壳内，且密封胶塞装设于芯包上方。
还包括一种上述固态电解电容器制备方法，包括如下步骤：
S1，在电极箔和隔膜电解纸表面填充导电聚合物分散液，并干燥后在电极箔和隔膜电解纸表面形成导电聚合物填充层；
S2，将经过步骤S1后的电极箔和隔膜电解纸卷绕以得到电容器芯包；
S3，将步骤S2中得到的电容器芯包置入铝壳内进行密封装配以得到固态电解电容器；
S4，对步骤S3中装配后的固态电解电容器进行老化处理，以最终得到性能稳定的固态电解电容器。
进一步地，所述导电聚合物分散液为聚吡咯、聚苯硫醚、聚酞菁类化合物、聚乙炔、聚噻吩、聚苯胺、聚苯撑、聚苯撑乙烯、聚双炔或聚3,4-乙烯二氧噻吩高分子材料的一种或多种的组合。
进一步地，所述导电聚合物分散液还包括有耐电压辅助剂，所述耐电压辅助剂为聚醇类或聚酯类化合物。
进一步地，所述耐电压辅助剂为聚乙二醇、甲氧基聚乙二醇、聚乙二醇酯、聚乙酸乙烯酯或聚甘油酯中的一种或多种的结合。
进一步地，在步骤S1之前还包括导电聚合物分散液的配制步骤，将配好的导电聚合物分散液在超声波振荡器上连续操作10-30分钟。
进一步地，所述电极箔设有正极铝箔和负极铝箔，所述正极铝箔表面经过高压化处理或低压化处理化成三氧化二铝氧化介质层，高压化处理的电压为720VF、750VF和810VF中的一种，低压化处理的电压为142VF、210VF、335VF和360VF中的一种。
进一步地，所述隔膜电解纸由长纤维仿粘无纺材料制成，所述隔膜电解纸的厚度不小于60um，密度不小于0.65g/cm3，表面孔径不超过8um。
本发明的有益效果在于：本发明的固态电解电容在电极箔和隔膜电解纸表面均填充有导电聚合物填充层，使电极箔和隔膜电解纸均具有高赋能特性，在固态铝电解电容器电压上得到了有效提升，可达到450V及以上电压，制备时，将含有导电聚合填充层的电极箔和隔膜电解纸绕引出端子卷绕形成芯包，大大节省了含浸的操作时间，同时，也不需要芯包的化成预处理工艺，提高了生产效率。
本发明的固态电解电容制备方法省去了现有技术中的含浸工艺，通过将导电聚合物全方位填充或覆盖电极箔和隔膜电解纸表面，消除了含浸工艺所产生的含浸不均匀或者含浸不透彻的缺陷，采用本方法的制备方法制得的固态电解电容器除具备现有固态铝电解电容器的所有优良特性外，在填充均匀度、表面覆盖率、导电性、热稳定性、化学稳定性方面均优于传统的含浸工艺，同时由于电极箔表面和隔膜电解纸表面填充有导电聚合物分子，使电极箔和隔膜电解纸均具有高赋能特性，将填充处理后的电极箔和隔膜电解纸一同卷绕成电容器芯包，而该芯包所制成的固态铝电解电容器具备提升电容器的电压功能，能够制备450V及以上电压的固态电解电容器，且由于本制备方法中电容器芯包不需要含浸工艺，也不需要芯包化成预处理，在生产效率和环保节能方面具有更大的优势。
附图说明
图1 是本实施例固态铝电解电容器的结构示意图。
图2 是本实施例固态铝电解电容器的电极箔和隔膜电解纸的剖视结构示意图。
图3 是本实施例固态电解电容器制备方法的流程示意图。
图4 是采用本发明制备方法制得的固态铝电解电容器电性能测试参数表。
附图标号说明：1. 电极箔；11.正极铝箔；12.负极铝箔；2.隔膜电解纸；3.导电聚合物填充层。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参阅图1-2所示，本发明关于一种固态电解电容器，包括电极箔、隔膜电解纸和引出端子，电极箔和隔膜电解纸绕引出端子卷绕形成芯包，电极箔和隔膜电解纸表面均填充有导电聚合物填充层。
与现有技术的固态电解电容相比，本发明的固态电解电容在电极箔和隔膜电解纸表面均填充有导电聚合物填充层，使电极箔和隔膜电解纸均具有高赋能特性，在固态铝电解电容器电压上得到了有效提升，可达到450V及以上电压，制备时，将含有导电聚合填充层的电极箔和隔膜电解纸绕引出端子卷绕形成芯包，大大节省了含浸的操作时间，提高了生产效率。
本实施例的固态电解电容器的电极箔为铝箔片，所述铝箔片表面氧化有三氧化二铝氧化介质层，隔膜电解纸主要由长纤维仿粘无纺材料制成，隔膜电解纸的厚度不小于60um，密度不小于0.65g/cm3，表面孔径不超过8um，如此，由于三氧化二铝氧化介质层具有具有微小孔洞或空心管状结构，导电聚合填充层可很好地填充在电极箔表面，同时隔膜电解纸具有微小的孔洞，导电聚合填充层可更好地填充在隔膜电解纸表面，使隔膜电解纸不仅具备正负极间的分隔作用，隔膜电解纸的电性能也得到增强，使得固态电容器的阻抗极低。本实施例的固态电解电容器还包括铝壳和密封胶塞，所述芯包装设于所述铝壳内、且所述密封胶塞装设于所述芯包上方。
请参照图3-4所示，一种固态电解电容制备方法，包括如下步骤：
S1，在电极箔1和隔膜电解纸2表面填充导电聚合物分散液，并干燥后在电极箔1和隔膜电解纸2表面形成导电聚合物填充层3；
S2，将经过步骤S1后的电极箔1和隔膜电解纸2卷绕以得到电容器芯包；
S3，将步骤S2中得到的电容器芯包置入铝壳内进行密封装配以得到固态电解电容器；
S4，对步骤S3中装配后的固态电解电容器进行老化处理，以最终得到性能稳定的固态电解电容器。
与现有技术的固态电解电容制备方法相比，本发明省去了现有技术中的含浸工艺，大大节省了操作时间，提高了生产效率，通过将导电聚合物全方位填充或覆盖电极箔1和隔膜电解纸2表面，消除了含浸工艺所产生的含浸不均匀或者含浸不透彻的缺陷，采用本方法的制备方法制得的固态电解电容器除具备现有固态铝电解电容器的所有优良特性外，在填充均匀度、表面覆盖率、导电性、热稳定性、化学稳定性方面均优于传统的含浸工艺，同时由于电极箔1表面和隔膜电解纸2表面填充有导电聚合物分子，使电极箔1和隔膜电解纸2均具有高赋能特性，将填充处理后的电极箔1和隔膜电解纸2一同卷绕成电容器芯包，而该芯包所制成的固态铝电解电容器具备提升电容器的电压功能，能够制备450V及以上电压的固态电解电容器，固态铝电解电容器电压得到有效的提升，且由于本制备方法中电容器芯包不需要含浸工艺，也不需要芯包化成预处理，在生产效率和环保节能方面具有更大的优势。
在本实施例中，经过本固态电解电容制备方法中的步骤S1填充处理后的电极箔1和隔膜电解纸2的剖视结构与图2中示出的剖视结构相似。
在本实施例的固态电解电容制备方法中电极箔1设有正极铝箔11和负极铝箔12，正极铝箔11表面经过高压化处理化成三氧化二铝氧化介质层，化成好的三氧化二铝氧化介质层具有具有微小孔洞或空心管状结构，当使用纳米级的导电聚合物粒子填充至这些孔洞后，整片电极箔1表面覆盖均匀，一方面增加了电极箔1表面的表面积，使电极箔1的比容有所提高，另一方面提高了介质的电导率，高压化处理的电压为720VF、750VF和810VF中的一种，可根据制备不同电压的固态电解电容器进行选择。
在本实施例的固态电解电容制备方法中隔膜电解纸2主要由长纤维仿粘无纺材料制成，隔膜电解纸2的厚度不小于60um，密度不小于0.65g/cm3，表面孔径不超过8um，隔膜电解纸2不含有粘合剂，具有极少杂质，且纤维间空隙均匀，强度高，热稳定性高，能耐260°C及以上的高温，通过填充处理在隔膜电解纸2表面的孔洞内填充有导电聚合物分子，使得隔膜电解纸2不仅具备正负极间的分隔作用，而且隔膜电解纸2的电性能也得到增强，使得固态电容器的阻抗极低。因而通过在电极箔1表面和隔膜电解纸2表面填充有导电聚合物分子，使电极箔1和隔膜电解纸2均具有高赋能特性，将填充处理后的电极箔1和隔膜电解纸2一同卷绕成电容器芯包后制得的固态铝电解电容器具备提升电容器的电压功能。
在其他优选的实施例中，电极箔1还可采用低压处理化成三氧化二铝氧化介质层，低压化处理的电压为142VF、210VF、335VF和360VF中的一种，可根据制备不同电压的固态电解电容器进行选择，在此不再赘述。
本实施例的导电聚合物分散液为聚3,4-乙烯二氧噻吩水性分散液，并添加了适量的耐电压辅助剂以提高耐电压特性，该耐电压辅助剂为耐电压辅助剂为聚乙二醇、甲氧基聚乙二醇、聚乙二醇酯、聚乙酸乙烯酯或聚甘油酯中的一种或多种的结合，可提升导电聚合物的成膜速度以及导电聚合物膜的耐高电压特性，配好的导电聚合物分散液在超声波振荡器上连续操作10-30分钟以混合均匀。
本实施例的导电聚合物分散液还可为聚吡咯、聚苯硫醚、聚酞菁类化合物、聚乙炔、聚噻吩、聚苯胺、聚苯撑、聚苯撑乙烯、聚双炔或聚3,4-乙烯二氧噻吩高分子材料的一种或多种的组合，具有良好的性能，在此不再赘述。
本实施例在老化处理步骤后，还需经过检测以及电性能参数测试步骤，图4示出的是采用本实施例的制备方法制成的规格为450V、22μF的固态铝电解电容器的电性能测试参数，如图表所示，固态铝电解电容器能达到450V及以上的电压外，固态铝电解电容器的电性能与采用传统含浸工艺制成的固态铝电容器电性能相近，仍然可以获得固态电容器的理想电性能参数。
以上实施方式仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。
Claims (9)
1.一种固态电解电容器，其特征在于：包括电极箔、隔膜电解纸和引出端子，所述电极箔和隔膜电解纸绕引出端子卷绕形成芯包，所述电极箔和隔膜电解纸表面均填充有导电聚合物填充层；所述电极箔为铝箔片，所述铝箔片表面氧化有三氧化二铝氧化介质层，所述隔膜电解纸由长纤维仿粘无纺材料制成，所述隔膜电解纸的厚度不小于60um，密度不小于0.65g/cm3，表面孔径不超过8um。
2.根据权利要求1所述的一种固态电解电容器，其特征在于：还包括铝壳和密封胶塞，所述芯包装设于所述铝壳内，且密封胶塞装设于芯包上方。
3.一种权利要求1所述的固态电解电容器制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1，在电极箔和隔膜电解纸表面填充导电聚合物分散液，并干燥后在电极箔和隔膜电解纸表面形成导电聚合物填充层；
S2，将经过步骤S1后的电极箔和隔膜电解纸卷绕以得到电容器芯包；
S3，将步骤S2中得到的电容器芯包置入铝壳内进行密封装配以得到固态电解电容器；
S4，对步骤S3中装配后的固态电解电容器进行老化处理，以最终得到性能稳定的固态电解电容器。
4.根据权利要求3所述的一种固态电解电容器制备方法，其特征在于：所述导电聚合物分散液为聚吡咯、聚苯硫醚、聚酞菁类化合物、聚乙炔、聚噻吩、聚苯胺、聚苯撑、聚苯撑乙烯、聚双炔或聚3,4-乙烯二氧噻吩高分子材料的一种或多种的组合。
5.根据权利要求4所述的一种固态电解电容器制备方法，其特征在于：所述导电聚合物分散液还包括有耐电压辅助剂，所述耐电压辅助剂为聚醇类或聚酯类化合物。
6.根据权利要求5所述的一种固态电解电容器制备方法，其特征在于：所述耐电压辅助剂为聚乙二醇、甲氧基聚乙二醇、聚乙二醇酯、聚乙酸乙烯酯或聚甘油酯中的一种或多种的结合。
7.根据权利要求3所述的一种固态电解电容器制备方法，其特征在于：在步骤S1之前还包括导电聚合物分散液的配制步骤，将配好的导电聚合物分散液在超声波振荡器上连续操作10-30分钟。
8.根据权利要求3所述的一种固态电解电容器制备方法，其特征在于：所述电极箔设有正极铝箔和负极铝箔，所述正极铝箔表面经过高压化处理或低压化处理化成三氧化二铝氧化介质层，高压化处理的电压为720VF、750VF和810VF中的一种，低压化处理的电压为142VF、210VF、335VF和360VF中的一种。
9.根据权利要求3所述的一种固态电解电容器制备方法，其特征在于：所述隔膜电解纸由长纤维仿粘无纺材料制成，所述隔膜电解纸的厚度不小于60um，密度不小于0.65g/cm3，表面孔径不超过8um。
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