CN110718395A - 一种长寿命的导电高分子固态电容器及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种长寿命的导电高分子固态电容器及其制造方法，通过（1）阳极箔采用多孔铝箔，所述多孔铝箔的孔径为100‑200nm；（2）电解纸采用植物纤维与化学纤维混合而制成；（3）芯包浸入前处理液中进行含浸前处理；所述前处理液为表面活性剂与硅烷偶联剂的混合溶液；（4）含浸液为PEDOT/PSS混合液或EDOT/对甲苯磺酸铁混合液，聚合温度为40‑60℃；可以大大提高导电高分子固态电容器的使用寿命，使得使用寿命提升到25000小时。本发明产生的上述效果是相互协同所得到的，是不可分割的，产生了1+1+1+1远远大于4的效果，从而有效实现了提高导电高分子固态电容器的使用寿命，取得了预料不到的技术效果。

Description

一种长寿命的导电高分子固态电容器及其制造方法
技术领域
本发明涉及了固态电容器技术领域，特别是涉及了一种长寿命的导电高分子固态电容器及其制造方法。
背景技术
导电高分子固态电容器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。随着行业发展，如5G通讯基站、工业机器人自动化、高端医疗等，目前行业内导电高分子固态电容器的寿命已满足不了行业需求。行业内一般低压产品105℃寿命2000小时的为多数，少数使用寿命在10000小时，目前电容器行业领先的日本企业公布的只有一家是20000小时使用寿命，国内的行业也只有一家是20000小时使用寿命，不能满足终端客户对电子产品的寿命期望。
因此，提供一种长寿命的导电高分子固态电容器，已经成为本领域亟待解决的技术问题。
发明内容
为了弥补已有技术的缺陷，本发明提供一种长寿命的导电高分子固态电容器及其制造方法。
本发明所要解决的技术问题通过以下技术方案予以实现：
本发明的第一方面提供了一种长寿命的导电高分子固态电容器的制造方法，包括如下步骤：
S1. 阳极箔和阴极箔之间介入电解纸并卷绕成芯包；所述阳极箔采用多孔铝箔，所述多孔铝箔的孔径为100-200nm；所述电解纸采用植物纤维与化学纤维混合而制成；
S2. 将所述芯包浸入化成液中进行化成修复处理；
S3.将芯包进行干燥处理；
S4.将干燥处理后的芯包浸入前处理液中进行含浸前处理；所述前处理液为表面活性剂与硅烷偶联剂的混合溶液；
S5.将步骤S4处理后的芯包浸入含浸液中进行含浸处理，得到含浸芯包；所述含浸液为PEDOT/PSS混合液或EDOT/对甲苯磺酸铁混合液；
S6.将所述含浸芯包进行聚合，聚合温度为40-60℃；
S7.组立封口；
S8.老化。
进一步地，所述植物纤维和化学纤维的质量比为（2-3）：1。
进一步地，所述植物纤维为马尼拉麻或西班牙草；所述化学纤维包括聚酯纤维、聚酰胺纤维、聚烯烃纤维、维纶纤维和聚丙烯腈纤维中的一种或几种。
进一步地，所述化成液由无机酸和有机酸组成，所述无机酸和有机酸的质量比为1：（1-3）。
进一步地，所述无机酸为硼酸或磷酸；所述有机酸为己二酸或葵二酸。
进一步地，所述表面活性剂与硅烷偶联剂的质量比为1：（9-19）。
进一步地，所述表面活性剂为羧酸、甲苯磺酸或无机酸。
进一步地，所述PEDOT/PSS混合液中，PEDOT与PSS的质量比为1：（3-4）；所述EDOT/对甲苯磺酸铁混合液中，EDOT与对甲苯磺酸铁的质量比为1：（3-4）。
根据本发明的另一方面，提供了一种长寿命的导电高分子固态电容器，其由上述制造方法制备而成。
本发明具有如下有益效果：
面对现有的导电高分子固态电容器存在寿命短的技术问题，本发明人对形成导电高分子固态电容器的工序进行改进，经过大量研究，本发明人惊奇地发现，通过（1）阳极箔采用多孔铝箔，所述多孔铝箔的孔径为100-200nm；（2）电解纸采用植物纤维与化学纤维混合而制成；（3）芯包浸入前处理液中进行含浸前处理；所述前处理液为表面活性剂与硅烷偶联剂的混合溶液；（4）含浸液为PEDOT/PSS混合液或EDOT/对甲苯磺酸铁混合液，聚合温度为40-60℃；可以大大提高导电高分子固态电容器的使用寿命，使得使用寿命提升到25000小时。本发明产生的上述效果是相互协同所得到的，是不可分割的，产生了1+1+1+1远远大于4的效果，从而有效实现了提高导电高分子固态电容器的使用寿命，取得了预料不到的技术效果。
具体实施方式
本发明中所用原料、设备，若无特别说明，均为本领域的常用原料、设备；本发明中所用方法，若无特别说明，均为本领域的常规方法。
如无特殊说明，本说明书中的术语的含义与本领域技术人员一般理解的含义相同，但如有冲突，则以本说明书中的定义为准。
本文中“包括”、“包含”、“含”、“含有”、“具有”或其它变体意在涵盖非封闭式包括，这些术语之间不作区分。术语“包含”是指可加入不影响最终结果的其它步骤和成分。术语“包含”还包括术语“由…组成”和“基本上由…组成”。本发明的组合物和方法/工艺包含、由其组成和基本上由本文描述的必要元素和限制项以及本文描述的任一的附加的或任选的成分、组分、步骤或限制项组成。
在说明书和权利要求书中使用的涉及组分量、工艺条件等的所有数值或表述在所有情形中均应理解被“约”修饰。涉及相同组分或性质的所有范围均包括端点，该端点可独立地组合。由于这些范围是连续的，因此它们包括在最小值与最大值之间的每一数值。还应理解的是，本申请引用的任何数值范围预期包括该范围内的所有子范围。
正如背景技术所描述的，现有技术中的导电高分子固态电容器存在寿命短的问题，目前电容器行业领先的日本企业公布的只有一家是20000小时使用寿命。为了解决上述技术问题，本发明提供了一种长寿命的导电高分子固态电容器的制造方法，导电高分子固态电容器的使用寿命提升到25000小时。
第一方面，本发明提供一种长寿命的导电高分子固态电容器的制造方法，包括如下步骤：
S1. 阳极箔和阴极箔之间介入电解纸并卷绕成芯包；所述阳极箔采用多孔铝箔，所述多孔铝箔的孔径为100-200nm；所述电解纸采用植物纤维与化学纤维混合而制成；
S2. 将所述芯包浸入化成液中进行化成修复处理；
S3.将芯包进行干燥处理；
S4.将干燥处理后的芯包浸入前处理液中进行含浸前处理；所述前处理液为表面活性剂与硅烷偶联剂的混合溶液；
S5.将步骤S4处理后的芯包浸入含浸液中进行含浸处理，得到含浸芯包；所述含浸液为PEDOT/PSS混合液或EDOT/对甲苯磺酸铁混合液；
S6.将所述含浸芯包进行聚合，聚合温度为40-60℃；
S7.组立封口；
S8.老化。
本发明中，所述阳极箔采用多孔铝箔，所述多孔铝箔的孔径为100-200nm。发明人在实践中发现，将多孔铝箔的孔径限定在上述范围内，得到的高耐压低比容的阳极箔有利于本发明中特定导电高分子的含浸，从而达到延长产品寿命的效果。
本发明中，所述电解纸采用植物纤维与化学纤维混合而制成。采用本发明的电解纸透气性好且密度低，便于高分子含浸液的含浸，产出成品拥有较低的ESR；而且植物部分形成的纤维交叉型态，使得本发明特定的含浸液被有效的控制且包覆住，有助于延长产品寿命。
本发明中，所述植物纤维和化学纤维的质量比为（2-3）：1。本发明中，所述植物纤维优选为马尼拉麻或西班牙草，但不局限于此，也可以是其他未列举在本实施例中的但被本领域技术人员所熟知的植物纤维。所述化学纤维包括聚酯纤维、聚酰胺纤维、聚烯烃纤维、维纶纤维和聚丙烯腈纤维中的一种或几种，更优选地，所述化学纤维为聚酰胺纤维；但不局限于此，也可以是其他未列举在本实施例中的但被本领域技术人员所熟知的化学纤维。
本发明中，所述含浸液为PEDOT/PSS混合液或EDOT/对甲苯磺酸铁混合液。采用这种含浸液有利于制作质量较好的固态电解层。
所述PEDOT/PSS混合液中，PEDOT与PSS的质量比优选但不限定为1：（3-4）；所述EDOT/对甲苯磺酸铁混合液中，EDOT与对甲苯磺酸铁的质量比优选但不限定为1：（3-4）。
需要说明的是，PEDOT是聚乙烯二氧噻吩；PSS 是聚苯乙烯磺酸盐； EDOT是3，4-乙烯二氧噻吩。
现有技术中，芯包在化成和干燥处理后往往直接浸入含浸液中进行含浸处理。本发明改变了传统，创造性地在含浸前，将芯包浸入前处理液中进行含浸前处理，所述前处理液为表面活性剂与硅烷偶联剂的混合溶液。通过这种设置，既可以使本发明特定的高分子材料能够顺利含浸入铝箔蚀孔，同时也能提升铝箔蚀孔中高分子材料与铝箔的接触性。
本发明中，所述表面活性剂与硅烷偶联剂的质量比为1：（9-19），例如可为1:9、1:10、1:11、1:12、1:13、1:15、1:17或1:19，或这些数值形成的区间范围。
所述表面活性剂优选但不限定为羧酸、甲苯磺酸或无机酸。
本发明对所述硅烷偶联剂没有特别限制，以本领域技术人员熟知的硅烷偶联剂即可，可以采用熟知的方法制备或是市售购买即可。
现有技术中，通常导电高分子固态电容器聚合温度为30-50℃。发明人发现，此聚合温度偏低，含浸的溶剂具有极强的酸性，其挥发速度慢，容易造成对铝箔表面的三氧化二铝的破坏。本发明中聚合温度采用40-60℃，高分子形成速度快，对铝箔表面的三氧化二铝皮膜会及时起到保护作用；而且此时形成的导电高分子链更长，其结构越稳定，导电性更好。
本发明中，所述聚合温度更优选为50-60℃。
面对现有的导电高分子固态电容器存在寿命短的技术问题，本发明人对形成导电高分子固态电容器的工序进行改进，经过大量研究，本发明人惊奇地发现，通过（1）阳极箔采用多孔铝箔，所述多孔铝箔的孔径为100-200nm；（2）电解纸采用植物纤维与化学纤维混合而制成；（3）芯包浸入前处理液中进行含浸前处理；所述前处理液为表面活性剂与硅烷偶联剂的混合溶液；（4）含浸液为PEDOT/PSS混合液或EDOT/对甲苯磺酸铁混合液，聚合温度为40-60℃；可以大大提高导电高分子固态电容器的使用寿命，使得使用寿命提升到25000小时。本发明产生的上述效果是相互协同所得到的，是不可分割的，产生了1+1+1+1远远大于4的效果，从而有效实现了提高导电高分子固态电容器的使用寿命，取得了预料不到的技术效果。
在本发明中，对于将芯包进行干燥处理没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的干燥处理的技术方案即可。
卷绕好的芯包需时行化成修复处理，目的是修补在裁切及钉卷过程中损伤的氧化皮膜，因为固态电容内部电解质为固态的导电高分子材料，没有游离的氧原子，后续的老化工序不可以与裸露的铝发生氧化反应，而液态电容电解液中存在游离的氧原子，可以在老化工序在通电的情形下生成三氧化二铝皮膜。
现有技术中，所述化成液通常为磷酸系化成液、硼酸系化成液或己二酸铵系化成液。本发明改变传统，所述化成液由无机酸和有机酸组成。采用混酸化成所生成的三氧化二铝皮膜致密性好，不容易被破坏，从而达到延长产品寿命的结果。
所述无机酸和有机酸的质量比优选但不限定为1：（1-3）。本发明中，所述无机酸优选为硼酸或磷酸，但不局限于此，也可以是其他未列举在本实施例中的但被本领域技术人员所熟知的无机酸。所述有机酸优选为己二酸或葵二酸，但不局限于此，也可以是其他未列举在本实施例中的但被本领域技术人员所熟知的有机酸。
本发明对化成修复处理的具体处理时间以及聚合时间没有特别限制，以本领域技术人员熟知的固态电容器产品的常规上述处理时间即可，本领域技术人员可以根据实际生产情况、产品要求及质量要求进行选择和调整。
本发明对所述老化的具体工艺参数和步骤没有特别限制，以本领域技术人员熟知的混合工艺的参数和步骤即可，本领域技术人员可以根据实际生产情况、产品要求或质量要求进行选择和调整。
现在导电高分子固态电容器存在漏电流较大的技术问题，导电高分子固态电容器器漏电流大一方面会引起电容器内部温升，加速电解质老化，缩短电容器寿命；另一方面会降低下游产品的可靠性。因此漏电流大已成为制约导电高分子固态电容器本身发展和拓宽下游市场的一大瓶颈。为了解决上述问题，发明人经过大量研究发现，采用本发明特定的化成液并结合上述含浸前处理，可以大大降低导电高分子固态电容器的漏电流，将漏电流控制在100 uA以内。
第二方面，本发明提供了一种长寿命的导电高分子固态电容器，其由上述制造方法制备而成。
下面结合实施例对本发明进行详细的说明，实施例仅是本发明的优选实施方式，不是对本发明的限定。
实施例1
一种长寿命的导电高分子固态电容器的制造方法，包括如下步骤：
S1. 阳极箔和阴极箔之间介入电解纸并卷绕成芯包；所述阳极箔采用多孔铝箔，所述多孔铝箔的孔径为100-200nm；所述电解纸采用植物纤维与化学纤维混合而制成；所述植物纤维和化学纤维的质量比为2.5:1；所述植物纤维为马尼拉麻；所述化学纤维为聚酰胺纤维；
S2. 将所述芯包浸入化成液中进行化成修复处理；所述化成液由无机酸和有机酸组成，所述无机酸和有机酸的质量比为1:2；所述无机酸为硼酸；所述有机酸为己二酸；
S3.将芯包进行干燥处理；
S4.将干燥处理后的芯包浸入前处理液中进行含浸前处理；所述前处理液为表面活性剂与硅烷偶联剂的混合溶液；所述表面活性剂与硅烷偶联剂的质量比为1:12；所述表面活性剂为羧酸；
S5.将步骤S4处理后的芯包浸入含浸液中进行含浸处理，得到含浸芯包；所述含浸液为PEDOT/PSS混合液；所述PEDOT/PSS混合液中，PEDOT与PSS的质量比为1:3；
S6.将所述含浸芯包进行聚合，聚合温度为50℃；
S7.组立封口：通过自动组立机，用橡胶塞、铝壳将制备好的芯包封口；
S8.老化。
实施例2
一种长寿命的导电高分子固态电容器的制造方法，包括如下步骤：
S1. 阳极箔和阴极箔之间介入电解纸并卷绕成芯包；所述阳极箔采用多孔铝箔，所述多孔铝箔的孔径为100-200nm；所述电解纸采用植物纤维与化学纤维混合而制成；所述植物纤维和化学纤维的质量比为2:1；所述植物纤维为西班牙草；所述化学纤维包括聚酯纤维；
S2. 将所述芯包浸入化成液中进行化成修复处理；所述化成液由无机酸和有机酸组成，所述无机酸和有机酸的质量比为1:1；所述无机酸为磷酸；所述有机酸为葵二酸；
S3.将芯包进行干燥处理；
S4.将干燥处理后的芯包浸入前处理液中进行含浸前处理；所述前处理液为表面活性剂与硅烷偶联剂的混合溶液；所述表面活性剂与硅烷偶联剂的质量比为1:9；所述表面活性剂为甲苯磺酸；
S5.将步骤S4处理后的芯包浸入含浸液中进行含浸处理，得到含浸芯包；所述含浸液为对甲苯磺酸铁混合液；所述EDOT/对甲苯磺酸铁混合液中，EDOT与对甲苯磺酸铁的质量比为1:3；
S6.将所述含浸芯包进行聚合，聚合温度为40℃；
S7.组立封口：通过自动组立机，用橡胶塞、铝壳将制备好的芯包封口；
S8.老化。
实施例3
一种长寿命的导电高分子固态电容器的制造方法，包括如下步骤：
S1. 阳极箔和阴极箔之间介入电解纸并卷绕成芯包；所述阳极箔采用多孔铝箔，所述多孔铝箔的孔径为100-200nm；所述电解纸采用植物纤维与化学纤维混合而制成；所述植物纤维和化学纤维的质量比为3:1；所述植物纤维为马尼拉麻；所述化学纤维为聚丙烯腈纤维；
S2. 将所述芯包浸入化成液中进行化成修复处理；所述化成液由无机酸和有机酸组成，所述无机酸和有机酸的质量比为1:3；所述无机酸为硼酸；所述有机酸为葵二酸；
S3.将芯包进行干燥处理；
S4.将干燥处理后的芯包浸入前处理液中进行含浸前处理；所述前处理液为表面活性剂与硅烷偶联剂的混合溶液；所述表面活性剂与硅烷偶联剂的质量比为1:19；所述表面活性剂为无机酸；
S5.将步骤S4处理后的芯包浸入含浸液中进行含浸处理，得到含浸芯包；所述含浸液为PEDOT/PSS混合液；所述PEDOT/PSS混合液中，PEDOT与PSS的质量比为1:4；
S6.将所述含浸芯包进行聚合，聚合温度为60℃；
S7.组立封口：通过自动组立机，用橡胶塞、铝壳将制备好的芯包封口；
S8.老化。
对比例1
基于实施例1，不同之处仅在于：本对比例1中，所述多孔铝箔的孔径为小于100nm。
对比例2
基于实施例1，不同之处仅在于：本对比例2中，电解纸仅采用马尼拉麻制成。
对比例3
基于实施例1，不同之处仅在于：本对比例3中，未进行含浸前处理。
对比例4
基于实施例1，不同之处仅在于：本对比例4中，聚合温度为35℃。
试验例
将实施例1-3以及对比例1-4制备得到的导电高分子固态电容器进行寿命测试，试验结果表明，实施例1-3的电容器的寿命达到25000小时，而对比例1-4的电容器的寿命分别为18000小时、19000小时、17000小时、18000小时。
以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制，但凡采用等同替换或等效变换的形式所获得的技术方案，均应落在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种长寿命的导电高分子固态电容器的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1. 阳极箔和阴极箔之间介入电解纸并卷绕成芯包；所述阳极箔采用多孔铝箔，所述多孔铝箔的孔径为100-200nm；所述电解纸采用植物纤维与化学纤维混合而制成；
S2. 将所述芯包浸入化成液中进行化成修复处理；
S3.将芯包进行干燥处理；
S4.将干燥处理后的芯包浸入前处理液中进行含浸前处理；所述前处理液为表面活性剂与硅烷偶联剂的混合溶液；
S5.将步骤S4处理后的芯包浸入含浸液中进行含浸处理，得到含浸芯包；所述含浸液为PEDOT/PSS混合液或EDOT/对甲苯磺酸铁混合液；
S6.将所述含浸芯包进行聚合，聚合温度为40-60℃；
S7.组立封口；
S8.老化。
2.如权利要求1所述的长寿命的导电高分子固态电容器的制造方法，其特征在于，所述植物纤维和化学纤维的质量比为（2-3）：1。
3.如权利要求1所述的长寿命的导电高分子固态电容器的制造方法，其特征在于，所述植物纤维为马尼拉麻或西班牙草；所述化学纤维包括聚酯纤维、聚酰胺纤维、聚烯烃纤维、维纶纤维和聚丙烯腈纤维中的一种或几种。
4.如权利要求1所述的长寿命的导电高分子固态电容器的制造方法，其特征在于，所述化成液由无机酸和有机酸组成，所述无机酸和有机酸的质量比为1：（1-3）。
5.如权利要求4所述的长寿命的导电高分子固态电容器的制造方法，其特征在于，所述无机酸为硼酸或磷酸；所述有机酸为己二酸或葵二酸。
6.如权利要求1所述的长寿命的导电高分子固态电容器的制造方法，其特征在于，所述表面活性剂与硅烷偶联剂的质量比为1：（9-19）。
7.如权利要求1所述的长寿命的导电高分子固态电容器的制造方法，其特征在于，所述表面活性剂为羧酸、甲苯磺酸或无机酸。
8.如权利要求1所述的长寿命的导电高分子固态电容器的制造方法，其特征在于，所述PEDOT/PSS混合液中，PEDOT与PSS的质量比为1：（3-4）；所述EDOT/对甲苯磺酸铁混合液中，EDOT与对甲苯磺酸铁的质量比为1：（3-4）。
9.一种长寿命的导电高分子固态电容器，其特征在于，其由权利要求1-8任一项所述制造方法制备而成。
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