CN109887749B - 一种全固态铝电解电容器及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种全固态铝电解电容器及其制备方法,该铝电解电容器以含有阳极铝箔修复离子的固态纳米复合膜代替传统电容器中的电解纸,以表面进行硅烷氧基偶联的阳极铝箔代替传统阳极铝箔。其制备路线包括原位聚合法制备纳米复合膜并引入阳极箔修复离子、在阳极铝箔表面进行硅烷氧基偶联,然后结合石墨层和导电银浆装配成全固态铝电解电容器。与现有技术相比,本发明提供的全固态铝电解电容器解决了传统以液态有机电解液制备的铝电解电容器漏电流大、漏液、温度特性差以及极端温度下使用寿命短等问题,同时也解决了近年来新发展起来的固态铝电解电容器闪火电压低、耐压性差等问题,使铝电解电容器的整体综合性能得到大幅提升。
Description
技术领域
本发明涉及电子化工技术领域,具体是提供一种全固态铝电解电容器及其制备方法。
背景技术
传统铝电解电容器通常使用的是液态有机电解液。然而,该体系具有较高的电阻率,使得电容器的等效串联电阻较高,导致其高频阻抗过大。另一方面,液态有机电解液的性能受温度的影响很大,其电阻率随温度的下降会急剧上升,限制了电容器在低温下的使用;其性能在高温下极不稳定,工作温度的升高会导致电解液劣化并造成蒸汽压升高加速产品失效,缩短产品的使用寿命。
近年来,固体电解质由于具有高频阻抗低、工作温度范围宽、寿命长、稳定性高、温度特性好、耐反向电压能力强等特点,被认为是大幅度提高铝电解电容器性能最有希望的技术之一。
然而,固体电解质虽然电导率高,但不能提供具有氧化作用的离子来修补破损的阳极氧化膜,且其耐压只有液态有机电解液的1/3或1/4。因此,提升全固态铝电解电容器的耐压能力刻不容缓。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种全固态铝电解电容器及其制备方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现:
一种全固态铝电解电容器,该全固态铝电解电容器由阳极铝箔、硅烷氧基表面修饰层、含有阳极铝箔修复离子的固态纳米复合膜、石墨层和银浆层组成,所述阳极铝箔、硅烷氧基表面修饰层、含有阳极铝箔修复离子的固态纳米复合膜、石墨层和银浆层依次连接。
作为本发明的一种优选技术方案,所述含有阳极铝箔修复离子的固态纳米复合膜的制备方法为:先通过原位聚合法制备导电聚合物和高性能半导体或碳基材料的纳米复合膜,再将纳米复合膜浸入含有阳极铝箔修复离子的电解液中,使阳极铝箔修复离子嵌入纳米复合膜中制得含有阳极铝箔修复离子的固态纳米复合膜。
作为本发明的一种优选技术方案:所述的用于制备纳米复合膜的导电聚合物为聚苯胺PANi、聚乙炔PA或聚3,4-乙烯二氧噻吩PEDOT。
作为本发明的一种优选技术方案:所述的用于制备纳米复合膜的高性能半导体为Te、PbTe或Bi2Te3;碳基材料为石墨、石墨烯或碳纳米管。
作为本发明的一种优选技术方案,所述含有阳极铝箔修复离子的电解液由重量百分比为10~30%的溶质、重量百分比为60~80%的溶剂和重量百分比为3~15%的稳定剂组成,所述溶质为丁二酸、戊二酸、己二酸中的一种或几种,溶剂为乙二醇、γ-丁内酯、N、N-二甲基甲酰胺中的一种或几种,稳定剂为次亚磷酸铵。
作为本发明的一种优选技术方案,所述硅烷氧基表面修饰层的制备方法为:先用硅酸钠Na2SiO3和醋酸HAc配制活性硅溶液,再向活性硅溶液中加入氨甲基三乙氧基硅烷APS制得混合溶液,最后将阳极铝箔浸入混合溶液中表面改性,最终在阳极铝箔上形成硅烷氧基表面修饰层。
作为本发明的一种优选技术方案:所述的用硅酸钠Na2SiO3和醋酸HAc配制的活性硅溶液的pH值为6.9~9。
一种全固态铝电解电容器的制备方法,首先在阳极铝箔上进行表面改性形成硅烷氧基表面修饰层,再将含有阳极铝箔修复离子的固态纳米复合膜与形成硅烷氧基表面修饰层的阳极铝箔组装起来,在含有阳极铝箔修复离子的固态纳米复合膜的一侧依次涂覆石墨层和导电银浆层,并分别用导线引出正负极,制得全固态铝电解电容器。
有益效果
与现有技术相比,本发明公开的全固态铝电解电容器及其制备方法具有以下优点:
1、导电聚合物纳米复合膜能提供铝氧化膜修复离子的扩散通道,从而提升铝电解电容器的闪火电压。
2、将导电聚合物与高性能半导体或碳基材料复合,使电容器的电导率提高,由此制得的片式铝电解电容器具有高频阻抗低、工作温度范围宽、寿命长、稳定性高、温度特性好、压力耐受性强等特性。
3、将化成好的阳极铝箔进行硅烷氧基偶联表面改性,既可以通过致密分散在铝氧化膜表面的有机硅烷来抑制铝电解电容器产品的击穿,又可以通过硅烷氧基与纳米复合膜表面烷氧基团的氢键作用使纳米复合膜与阳极铝箔的结合更为牢固,电容器性能更加稳定。
附图说明
图1是本申请全固态铝电解电容器的结构示意图。
图2是本申请阳极铝箔修复离子扩散通道的纳米复合膜的内部结构示意图。
附图标记说明:1、阳极铝箔,2、硅烷氧基表面修饰层,3、含有阳极铝箔修复离子的固态纳米复合膜,4、石墨层,5、导电银浆层。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
如图1所示,通过原位聚合法制备聚苯胺PANi和PbTe的纳米复合材料,经热压处理后得到纳米复合膜;将所得纳米复合膜浸入重量百分比为丁二酸30%、γ-丁内酯60%、次磷酸铵10%的电解液中制得含有阳极铝箔修复离子的固态纳米复合膜3;用硅酸钠Na2SiO3和醋酸HAc配制pH=8活性硅溶液,将阳极铝箔1浸入氨甲基三乙氧基硅烷APS和pH=8的活性硅溶液的混合溶液中表面改性,最终在阳极铝箔1上形成硅烷氧基表面修饰层2;将含有阳极铝箔修复离子的固态纳米复合膜3与形成硅烷氧基表面修饰层2的阳极铝箔1组装起来,在含有阳极铝箔修复离子的固态纳米复合膜3的一侧依次涂覆石墨层4和导电银浆层5,并分别用导线引出正负极,制得全固态铝电解电容器。如图2所示,阳极铝箔修复离子扩散通道的纳米复合膜的内部结构,其中直径较大的实心圆点为阳极铝箔修复离子,直径较小的空心圆点为添加剂或溶剂。
实施例2
通过原位聚合法制备聚乙炔PA和碳纳米管的纳米复合材料,经热压处理后得到纳米复合膜;将所得纳米复合膜浸入重量百分比为戊二酸13%、乙二醇80%、次磷酸铵7%的电解液中制得含有阳极铝箔修复离子的固态纳米复合膜3;用硅酸钠Na2SiO3和醋酸HAc配制pH=6.9活性硅溶液,将阳极铝箔1浸入氨甲基三乙氧基硅烷APS和pH=6.9的活性硅溶液的混合溶液中表面改性,最终在阳极铝箔1上形成硅烷氧基表面修饰层2;将含有阳极铝箔修复离子的固态纳米复合膜3与形成硅烷氧基表面修饰层2的阳极铝箔1组装起来,在含有阳极铝箔修复离子的固态纳米复合膜3的一侧依次涂覆石墨层4和导电银浆层5,并分别用导线引出正负极,制得全固态铝电解电容器
实施例3
通过原位聚合法制备聚3,4-乙烯二氧噻吩PEDOT和Bi2Te3的纳米复合材料,经热压处理后得到纳米复合膜;将所得纳米复合膜浸入重量百分比为丁二酸20%、N、N-二甲基甲酰胺75%、次磷酸铵5%的电解液中制得含有阳极铝箔修复离子的固态纳米复合膜3;用硅酸钠Na2SiO3和醋酸HAc配制pH=7.8活性硅溶液,将阳极铝箔1浸入氨甲基三乙氧基硅烷APS和pH=7.8的活性硅溶液的混合溶液中表面改性,最终在阳极铝箔1上形成硅烷氧基表面修饰层2;将含有阳极铝箔修复离子的固态纳米复合膜3与形成硅烷氧基表面修饰层2的阳极铝箔1组装起来,在含有阳极铝箔修复离子的固态纳米复合膜3的一侧依次涂覆石墨层4和导电银浆层5,并分别用导线引出正负极,制得全固态铝电解电容器。
实施例4
通过原位聚合法制备聚乙炔PA和石墨烯的纳米复合材料,经热压处理后得到纳米复合膜;将所得纳米复合膜浸入重量百分比为己二酸30%、乙二醇60%、次磷酸铵10%的电解液中制得含有阳极铝箔修复离子的固态纳米复合膜3;用硅酸钠Na2SiO3和醋酸HAc配制pH=8.3活性硅溶液,将阳极铝箔1浸入氨甲基三乙氧基硅烷APS和pH=8.3的活性硅溶液的混合溶液中表面改性,最终在阳极铝箔1上形成硅烷氧基表面修饰层2;将含有阳极铝箔修复离子的固态纳米复合膜3与形成硅烷氧基表面修饰层2的阳极铝箔1组装起来,在含有阳极铝箔修复离子的固态纳米复合膜3的一侧依次涂覆石墨层4和导电银浆层5,并分别用导线引出正负极,制得全固态铝电解电容器。
实施例5
通过原位聚合法制备聚苯胺PANi和石墨的纳米复合材料,经热压处理后得到纳米复合膜;将所得纳米复合膜浸入重量百分比为丁二酸8%、己二酸2%、γ-丁内酯75%、次磷酸铵15%的电解液中制得含有阳极铝箔修复离子的固态纳米复合膜3;用硅酸钠Na2SiO3和醋酸HAc配制pH=7.4活性硅溶液,将阳极铝箔1浸入氨甲基三乙氧基硅烷APS和pH=7.4的活性硅溶液的混合溶液中表面改性,最终在阳极铝箔1上形成硅烷氧基表面修饰层2;将含有阳极铝箔修复离子的固态纳米复合膜3与形成硅烷氧基表面修饰层2的阳极铝箔1组装起来,在含有阳极铝箔修复离子的固态纳米复合膜3的一侧依次涂覆石墨层4和导电银浆层5,并分别用导线引出正负极,制得全固态铝电解电容器。
实施例6
通过原位聚合法制备聚3,4-乙烯二氧噻吩PEDOT和Te的纳米复合材料,经热压处理后得到纳米复合膜;将所得纳米复合膜浸入重量百分比为己二酸25%、N、N-二甲基甲酰胺72%、次磷酸铵3%的电解液中制得含有阳极铝箔修复离子的固态纳米复合膜3;用硅酸钠Na2SiO3和醋酸HAc配制pH=8.5活性硅溶液,将阳极铝箔1浸入氨甲基三乙氧基硅烷APS和pH=8.5的活性硅溶液的混合溶液中表面改性,最终在阳极铝箔1上形成硅烷氧基表面修饰层2;将含有阳极铝箔修复离子的固态纳米复合膜3与形成硅烷氧基表面修饰层2的阳极铝箔1组装起来,在含有阳极铝箔修复离子的固态纳米复合膜3的一侧依次涂覆石墨层4和导电银浆层5,并分别用导线引出正负极,制得全固态铝电解电容器。
实施例7
通过原位聚合法制备聚苯胺PANi和碳纳米管的纳米复合材料,经热压处理后得到纳米复合膜;将所得纳米复合膜浸入重量百分比为戊二酸28%、乙二醇75%、次磷酸铵7%的电解液中制得含有阳极铝箔修复离子的固态纳米复合膜3;用硅酸钠Na2SiO3和醋酸HAc配制pH=7.1活性硅溶液,将阳极铝箔1浸入氨甲基三乙氧基硅烷APS和pH=7.1的活性硅溶液的混合溶液中表面改性,最终在阳极铝箔1上形成硅烷氧基表面修饰层2;将含有阳极铝箔修复离子的固态纳米复合膜3与形成硅烷氧基表面修饰层2的阳极铝箔1组装起来,在含有阳极铝箔修复离子的固态纳米复合膜3的一侧依次涂覆石墨层4和导电银浆层5,并分别用导线引出正负极,制得全固态铝电解电容器。
实施例8
通过原位聚合法制备聚乙炔PA和Bi2Te3的纳米复合材料,经热压处理后得到纳米复合膜;将所得纳米复合膜浸入重量百分比为丁二酸30%、乙二醇10%、N、N-二甲基甲酰胺50%、次磷酸铵10%的电解液中制得含有阳极铝箔修复离子的固态纳米复合膜3;用硅酸钠Na2SiO3和醋酸HAc配制pH=8.7活性硅溶液,将阳极铝箔1浸入氨甲基三乙氧基硅烷APS和pH=8.7的活性硅溶液的混合溶液中表面改性,最终在阳极铝箔1上形成硅烷氧基表面修饰层2;将含有阳极铝箔修复离子的固态纳米复合膜3与形成硅烷氧基表面修饰层2的阳极铝箔1组装起来,在含有阳极铝箔修复离子的固态纳米复合膜3的一侧依次涂覆石墨层4和导电银浆层5,并分别用导线引出正负极,制得全固态铝电解电容器。
实施例9
通过原位聚合法制备聚3,4-乙烯二氧噻吩PEDOT和石墨烯的纳米复合材料,经热压处理后得到纳米复合膜;将所得纳米复合膜浸入重量百分比为己二酸10%、γ-丁内酯80%、次磷酸铵10%的电解液中制得含有阳极铝箔修复离子的固态纳米复合膜3;用硅酸钠Na2SiO3和醋酸HAc配制pH=9活性硅溶液,将阳极铝箔1浸入氨甲基三乙氧基硅烷APS和pH=9的活性硅溶液的混合溶液中表面改性,最终在阳极铝箔1上形成硅烷氧基表面修饰层2;将含有阳极铝箔修复离子的固态纳米复合膜3与形成硅烷氧基表面修饰层2的阳极铝箔1组装起来,在含有阳极铝箔修复离子的固态纳米复合膜3的一侧依次涂覆石墨层4和导电银浆层5,并分别用导线引出正负极,制得全固态铝电解电容器。
以上实施例仅用于说明本发明技术方案,并非是对本发明的限制,本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做的改变、替代、修饰、简化均为等效的变换,都不脱离本发明的宗旨,也应属于本发明的权利要求保护范围。
Claims (7)
1.一种全固态铝电解电容器,其特征在于,该全固态铝电解电容器由阳极铝箔(1)、硅烷氧基表面修饰层(2)、含有阳极铝箔修复离子的固态纳米复合膜(3)、石墨层(4)和银浆层(5)组成,所述阳极铝箔(1)、硅烷氧基表面修饰层(2)、含有阳极铝箔修复离子的固态纳米复合膜(3)、石墨层(4)和银浆层(5)依次连接;
所述含有阳极铝箔修复离子的固态纳米复合膜(3)的制备方法为:先通过原位聚合法制备导电聚合物和高性能半导体或碳基材料的纳米复合膜,再将纳米复合膜浸入含有阳极铝箔修复离子的电解液中,使阳极铝箔修复离子嵌入纳米复合膜中制得含有阳极铝箔修复离子的固态纳米复合膜(3);
所述全固态铝电解电容器通过以下方法制得:首先在阳极铝箔(1)上进行表面改性形成硅烷氧基表面修饰层(2),再将含有阳极铝箔修复离子的固态纳米复合膜(3)与形成硅烷氧基表面修饰层(2)的阳极铝箔(1)组装起来,在含有阳极铝箔修复离子的固态纳米复合膜(3)的一侧依次涂覆石墨层(4)和导电银浆层(5),并分别用导线引出正负极,制得全固态铝电解电容器。
2.根据权利要求1所述的一种全固态铝电解电容器,其特征在于:所述的用于制备纳米复合膜的导电聚合物为聚苯胺PANi、聚乙炔PA或聚3,4-乙烯二氧噻吩PEDOT。
3.根据权利要求1所述的一种全固态铝电解电容器,其特征在于:所述的用于制备纳米复合膜的高性能半导体为Te、PbTe或Bi2Te3;碳基材料为石墨、石墨烯或碳纳米管。
4.根据权利要求1所述的一种全固态铝电解电容器,其特征在于:所述含有阳极铝箔修复离子的电解液由重量百分比为10~30%的溶质、重量百分比为60~80%的溶剂和重量百分比为3~15%的稳定剂组成,所述溶质为丁二酸、戊二酸、己二酸中的一种或几种,溶剂为乙二醇、γ-丁内酯、N、N-二甲基甲酰胺中的一种或几种,稳定剂为次亚磷酸铵。
5.根据权利要求1所述的一种全固态铝电解电容器,其特征在于,所述硅烷氧基表面修饰层(2)的制备方法为:先用硅酸钠Na2SiO3和醋酸HAc配制活性硅溶液,再向活性硅溶液中加入氨甲基三乙氧基硅烷APS制得混合溶液,最后将阳极铝箔(1)浸入混合溶液中表面改性,最终在阳极铝箔(1)上形成硅烷氧基表面修饰层(2)。
6.根据权利要求5所述的一种全固态铝电解电容器,其特征在于:所述的用硅酸钠Na2SiO3和醋酸HAc配制的活性硅溶液的pH值为6.9~9。
7.一种如权利要求1-6任一所述的全固态铝电解电容器的制备方法,其特征在于:首先在阳极铝箔(1)上进行表面改性形成硅烷氧基表面修饰层(2),再将含有阳极铝箔修复离子的固态纳米复合膜(3)与形成硅烷氧基表面修饰层(2)的阳极铝箔(1)组装起来,在含有阳极铝箔修复离子的固态纳米复合膜(3)的一侧依次涂覆石墨层(4)和导电银浆层(5),并分别用导线引出正负极,制得全固态铝电解电容器。
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PB01 | Publication | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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