CN109786137B

CN109786137B - 一种固态电容器制备方法

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Publication number: CN109786137B
Application number: CN201910095006.4A
Authority: CN
Inventors: 赵大成; 周世贤; 姜希松; 严鳌
Original assignee: Yiyang Aihua Fuxian Electronics Co ltd; Shenzhen Capchem Technology Co Ltd
Current assignee: Yiyang Aihua Fuxian Electronics Co ltd; Shenzhen Capchem Technology Co Ltd
Priority date: 2019-01-31
Filing date: 2019-01-31
Publication date: 2022-02-22
Anticipated expiration: 2039-01-31
Also published as: CN109786137A

Abstract

为克服现有电容器素子的化成处理存在工序复杂以及电容器性能劣化的问题，本发明提供了一种固态电容器制备方法，包括以下操作步骤：获取电容器素子：将阳极箔、阴极箔、电解纸、导针卷绕成电容器素子，并将电容器素子焊接在铁条上；化成修复：将电容器素子置于化成液中，所述化成液为碳酸铵溶液，对电容器素子施加直流电压进行化成，对氧化膜进行修复，化成后取出电容器素子，在100℃～300℃下进行热处理；阴极电解质成形；组立得到电容器。本发明提供的固态电容器制备方法能够有效提高固态电容器的电性能，简化化成制程。

Description

一种固态电容器制备方法

技术领域

本发明属于电容器制备技术领域，具体涉及一种固态电容器制备方法。

背景技术

卷绕式固态铝电解电容器(以下简称固态电容)与传统的液态铝电解电容器最大的差别在于采用了不同的阴极电解质，液态铝电解电容阴极电解质为电解液，而固态电容的阴极电解质则为导电性高分子材料。导电高分子材料的导电能力通常要比电解液高2～3个数量级，且导电能力受温度影响小，热稳定性好。

现有固态电容导电高分子阴极电解质形成工艺主要分两种。一种在化成好的电容器素子内含浸导电高分子单体与氧化剂溶液再加热处理，使导电高分子单体和氧化剂原位聚合。这种工艺使用的氧化剂一般为铁的有机酸盐的醇溶液，聚合后的导电高分子中存在的大量铁离子、亚铁离子以及有机酸，对阳极氧化铝薄膜有破坏作用。这种工艺制成的固态电容漏电较大，额定工作电压较低。另一种为在专利CN201210264196.6中提出的在化成好的电容器素子内浸渍导电聚合物水性分散液，利用干燥法移除导电聚合物分散液溶剂后就会在氧化膜与阴极箔之间形成固态电解质。这种导电聚合物分散液杂质离子含量低，pH值可调至中性，对氧化膜无破坏作用，适用于高压。

由于固体电解质无法像电解液一样提供电解氧化修复氧化铝薄膜的能力，所以无论采用哪种形成工艺制作固态电容器，都需要在含浸前对电容器素子进行化成处理。化成处理需要使用到化成液，目前普遍使用的化成液是己二酸铵、己二酸盐溶液或磷酸二氢铵、磷酸盐溶液。

然而，通过现有方法对电容器素子进行化成处理，阴极电解质形成后，电容器性能较差，存在容量偏低、损耗高、ESR高的问题。

发明内容

针对现有的方法制备的固态电容器性能差的问题，本发明提供一种固态电容器制备方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下：

本发明提供了一种固态电容器制备方法，包括以下操作步骤：

获取电容器素子：将阳极箔、阴极箔、电解纸、导针卷绕成电容器素子，并将电容器素子焊接在铁条上；

化成修复：将电容器素子置于化成液中，所述化成液为碳酸铵溶液，对电容器素子施加直流电压进行化成，对氧化膜进行修复，化成后取出电容器素子，在100℃～300℃下进行热处理；

阴极电解质成形；

组立得到电容器。

本发明的发明人基于大量实验结果，基于分析发现，现有方法对电容器素子进行化成时，化成液中的己二酸铵、己二酸盐、磷酸二氢铵、磷酸盐等物质易残留在阳极箔的氧化层表面，尤其是阳极箔上的氧化铝层存在瑕疵或者缺陷时，现有的化成工艺中会导致上述物质结晶生长在阳极箔的氧化层表面，从而对严重影响电容器容量、损耗值及ESR等性能。特别是对于采用含浸导电聚合物水性分散液的方式制备的固态电容器，上述问题更为严重。

根据本发明提供的固态电容器制备方法，通过采用碳酸铵溶液对电容器素子进行化成处理，然后在100～300℃下进行热处理后，能够有效对氧化膜进行修复，同时能有效的避免电容器性能劣化，尤其是对于采用含浸导电聚合物水性分散液的方式制备的固态电容器，本发明提供的方法可保证其具有优异的电性能。

可选的，所述碳酸铵溶液的浓度为1％～20％。

可选的，所述碳酸铵溶液由碳酸铵和水组成，所述碳酸铵溶液中碳酸铵的重量比例为1％～20％。

可选的，所述热处理的温度为150-250℃。

可选的，所述“化成修复”操作中，化成温度为15～65℃。

可选的，所述“化成修复”操作中，烘干时间为30～120min。

可选的，所述“阴极电解质成形”操作中：通过含浸的方式在化成修复后的电容器素子内形成阴极电解质。

可选的，所述“含浸”的方式为：在化成修复后的电容器素子内含浸导电聚合物的分散液，去除溶剂后形成阴极电解质；或者含浸导电聚合物单体和氧化剂，通过原位聚合形成阴极电解质。

可选的，所述导电聚合物选自聚吡咯类聚合物、聚噻吩类聚合物、聚苯胺类聚合物、聚亚苯基类聚合物和聚乙炔类聚合物中的一种或多种；所述导电聚合物单体选自噻吩及其衍生物、吡咯及其衍生物、苯胺及其衍生物中的一种或多种；所述氧化剂选自铁(III)盐类、有机酸的铁(III)盐类、过氧化氢、过氧硫酸盐类、过硫酸盐类、过硼酸盐类和铜盐中的一种或多种。

可选的，所述“组立”操作中，将电容器芯包、胶塞和铝壳组立密封，得到电容器，对电容器进行老化，然后进行老化捺印和切脚加工。

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。

本发明实施例提供了一种固态电容器制备方法，包括以下操作步骤：

阴极电解质成形；

组立得到电容器。

在所述“获取电容器芯包”操作之前，可根据需要对阳极箔、电解纸和阴极箔进行裁切，对阳极箔、电解纸和阴极箔的裁切可根据电容器的规格大小进行调整，将阳极箔、电解纸和阴极箔裁切至指定宽度。

在一些实施例中，所述“获取电容器素子”操作中，将阳极箔、电解纸和阴极箔之间放入导针后相互层叠卷绕，得到电容器素子，并将电容器素子焊接到铁条上。

在一些实施例中，所述碳酸铵溶液的浓度为1％～20％。

在一些实施例中，所述碳酸铵溶液由碳酸铵和水组成，所述碳酸铵溶液中碳酸铵的重量比例为1％～20％。

所述热处理的温度为100℃～300℃，优选为150～250℃。

在一些实施例中，所述“化成修复”操作中，化成温度为15～65℃。

在一些实施例中，所述“化成修复”操作中，热处理时间为30～120min。

在一些实施例中，所述“阴极电解质成形”操作中：通过含浸的方式在化成修复后的电容器素子内形成阴极电解质。

在一实施例中，所述“含浸”的方式为：含浸导电聚合物单体和氧化剂，通过原位聚合形成阴极电解质。

在一些实施例中，所述导电聚合物单体选自噻吩及其衍生物、吡咯及其衍生物、苯胺及其衍生物中的一种或多种。

更优选的，所述导电聚合物单体为吡咯、N-甲基吡咯、N-乙基吡咯、3-辛酰基吡咯、噻吩、3,4-乙烯二氧噻吩(EDOT)、3-甲氧基噻吩、3-戊氧基噻吩、苯胺、4-叔丁基苯胺、N-丁基苯胺和邻甲氧基苯胺中的一种。

在一些实施例中，所述氧化剂选自铁(III)盐类、有机酸的铁(III)盐类、过氧化氢、过氧硫酸盐类、过硫酸盐类、过硼酸盐类和铜盐中的一种或多种。

更优选的，所述氧化剂选自氯化铁、对甲苯磺酸铁、过硫酸铵、过硫酸钠和高锰酸钾中的一种或多种。氧化剂溶液为上述氧化剂的水溶液，乙醇、丁醇溶液，例如可以为对甲基苯磺酸铁的水溶液。

所述导电聚合物单体的聚合温度可根据选择的单体不同进行适应性调整，为本领域公知，不再赘述。

为更好的体现本发明的优点，在另一实施例中，所述“含浸”的方式为：在化成修复后的电容器素子内含浸导电聚合物的分散液，去除溶剂后形成阴极电解质。

所述导电聚合物包括聚吡咯类聚合物、聚噻吩类聚合物、聚苯胺类聚合物、聚亚苯基类聚合物和聚乙炔类聚合物中的一种或多种。

具体的，上述导电聚合物的分散液可以为PEDOT/PSS(聚3,4-乙烯二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸)分散液。上述分散液的溶剂通常为水。

在一些实施例中，所述“组立”操作中，将电容器素子、胶塞和铝壳组立密封，得到电容器，然后进行老化、捺印和切脚加工。

以下通过实施例对本发明进行进一步的说明。

实施例1

本实施例用于说明本发明公开的固态电容器制备方法，包括以下操作步骤：

(1)裁切：将阳极箔、阴极箔、电解纸裁切成指定宽度，所述阳极箔的表面经化成形成有一层氧化膜。

(2)卷绕：采用钉卷机将阳极箔、阴极箔、电解纸、导针卷绕成电容器素子，并将素子焊接在铁条上。

(3)化成修复：使用2重量份的碳酸铵与98重量份的纯水配制成化成液，将电容器素子置于化成液中进行化成，化成温度为28℃，化成完将电容器素子在烘箱内，于180℃下热处理60min。

(4)阴极电解质成形：将电容器素子含浸EDOT(3,4-乙烯二氧噻吩)单体和对甲基苯磺酸铁醇溶液，控温聚合生成固体电解质。

(5)组立：将电容器素子、胶塞、铝壳通过自动组立机密封制作成电容器。

(6)将组立好的产品进行老化、捺印、切脚加工、包装，即得到固态铝电解电容器。

实施例2

本实施例用于说明本发明公开的固态电容器制备方法，包括实施例1中大部分的操作步骤，其不同之处在于：

步骤(4)中，将电容器素子在真空的条件下浸泡PEDOT/PSS(聚3,4-乙烯二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸)分散液10min，然后将电容器素子放入烘箱内，于150℃下热处理45min，重复步骤(4)二次。

对比例1

本对比例用于对比说明本发明公开的固态电容器制备方法，包括实施例1中大部分的操作步骤，其不同之处在于：

步骤(3)中，使用2重量份的磷酸二氢铵与98重量份的纯水配制成化成液，将电容器素子置于化成液中进行化成，化成温度为55℃，化成完将电容器素子放入65℃的纯水中清洗30min，然后125℃烘干30min，再放入65℃的纯水中清洗30min，最后将素子放入150℃烘箱干燥60min。

对比例2

步骤(3)中，使用1.5重量份的己二酸、0.8重量份的己二酸铵与97.7重量份的纯水配制成化成液，将电容器素子置于化成液中进行化成，化成温度为55℃，化成完将电容器素子放入65℃的纯水中清洗30min，然后125℃烘干30min，再放入65℃的纯水中清洗30min，最后将素子放入150℃烘箱干燥60min。

对比例3

步骤(4)中，将电容器素子在真空的条件下浸泡PEDOT/PSS(聚3，4-乙烯二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐)分散液10min，然后将电容器素子放入150℃烘箱干燥45min，重复步骤(4)二次。

对比例4

性能测试

对上述实施例1、2和对比例1～4制备得到的固态电容器进行电性能测试与高温负荷寿命试验，测试结果填入表1。

表1固态铝电解电容器初始电性能及125℃高温负荷250H的电性能测试结果(电容器规格16V470)

从表1的测试结果可以看出，相比于现有的化成修复工艺，采用本发明的化成修复工艺可有效的提高固态电容器的初始电性能以及125℃负荷250H后电性能。

尤其是根据实施例2和对比例3和对比例4的测试结果可以看出，对于采用含浸导电聚合物的水性分散液制备阴极电解质的固态电容器，本发明对固态电容器电性能的提高更为显著。

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

1.一种固态电容器制备方法，其特征在于，包括以下操作步骤：

阴极电解质成形；

组立得到电容器；

所述碳酸铵溶液由碳酸铵和水组成。

2.根据权利要求1所述的固态电容器制备方法，其特征在于，所述碳酸铵溶液的浓度为1％～20％。

3.根据权利要求1所述的固态电容器制备方法，其特征在于，所述热处理的温度为150℃～250℃。

4.根据权利要求1所述的固态电容器制备方法，其特征在于，所述“化成修复”操作中，化成的温度为15～65℃。

5.根据权利要求1所述的固态电容器制备方法，其特征在于，所述“化成修复”操作中，热处理时间为30～120min。

6.根据权利要求1所述的固态电容器制备方法，其特征在于，所述“阴极电解质成形”操作中：通过含浸的方式在化成修复后的电容器素子内形成阴极电解质。

7.根据权利要求6所述的固态电容器制备方法，其特征在于，所述“含浸”的方式为：在化成修复后的电容器素子内含浸导电聚合物的分散液，去除溶剂后形成阴极电解质；或者含浸导电聚合物单体和氧化剂，通过原位聚合形成阴极电解质。

8.根据权利要求7所述的固态电容器制备方法，其特征在于，所述导电聚合物选自聚吡咯类聚合物、聚噻吩类聚合物、聚苯胺类聚合物、聚亚苯基类聚合物和聚乙炔类聚合物中的一种或多种；

所述导电聚合物单体选自噻吩及其衍生物、吡咯及其衍生物、苯胺及其衍生物中的一种或多种；所述氧化剂选自铁(III)盐类、有机酸的铁(III)盐类、过氧化氢、过氧硫酸盐类、过硫酸盐类、过硼酸盐类和铜盐中的一种或多种。

9.根据权利要求1所述的固态电容器制备方法，其特征在于，所述“组立”操作中，将电容器素子、胶塞和铝壳组立密封，得到电容器，然后进行老化捺印和切脚加工。