CN112563033B - 一种新型固态铝电解电容器及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种新型固态铝电解电容器，包括阳极箔、电解纸和阴极箔，阳极箔、电解纸和阴极箔卷绕成芯包，在阳极箔和阴极箔之间形成有高分子导电聚合物，高分子导电聚合物上交联有聚烯丙基缩水甘油醚。在本发明中由于在含浸高分子导电聚合物的时候，聚烯丙基缩水甘油醚的加入使得高分子导电聚合物分散液的粘度降低，这样在芯包进行含浸的时候，高分子导电聚合物更加容易含浸到芯包的深处，从而增加固态铝电解电容器的容量。同时聚烯丙基缩水甘油醚与高分子导电聚合物相互交联，这样在固态铝电解电容器的充放电循环中可以有效的缓解高分子导电聚合物产生裂缝，从而提高固态铝电解电容器的充放电循环性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种固态铝电解电容器，尤其涉及一种容量高并且循环性能好的固态铝电解电容器及其制备方法。
背景技术
铝电解电容器的阳极是由铝金属组成，在阳极箔的表面形成有很多腐蚀坑，并且阳极箔的表面形成有电介质氧化膜，也就是氧化铝膜。与氧化膜接触的导电性电解质，在电解电容器中承担着真正阴极的角色。作为电容器真正的阴极，电解质的好坏极大的影响铝电解电容器的电气性能。
为了谋求铝电解电容器的大容量，在阳极箔和阴极箔之间夹入电解纸一起卷绕形成芯包；固态铝电解电容器在电解纸上吸附着具有导电性的高分子聚合物。
传统的固态铝电解电容器是在芯包上直接含浸导电高分子聚合物或者含浸单体和氧化剂，例如3，4-乙烯二氧噻吩和对甲苯磺酸铁，进行聚合反应形成导电高分子聚合物。形成高分子导电聚合物后，随着电容器充放电的进行，从导电高分子聚合物上脱掺杂的掺杂剂，以及由于掺杂剂分解的酸(例如从对甲苯磺酸产生的硫酸)会腐蚀氧化膜，导致电容器的电性能产生问题。
在固态铝电解电容器中在芯包上形成高分子导电聚合物有两种形式。一是芯包含浸高分子导电聚合物单体，然后在氧化剂的作用下进行聚合；这种方式会引入杂质使得杂质去除非常麻烦。二是，直接含浸高分子导电聚合物的分散液，但是一般高分子导电聚合物分散液的粘度较高，使得芯包不易含浸到芯包的深处，这就使得需要降低高分子导电聚合物分散液中的浓度，这样就使得含浸到芯包内部的高分子导电聚合物的量减少，从而导致芯包内部的高分子导电聚合物的孔洞过多，影响固态铝电解电容器的循环性能。
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，提供一种容量高、并且循环性能能够得到保证的新型固态铝电解电容器及其制备方法。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：一种新型固态铝电解电容器，包括阳极箔、电解纸和阴极箔，所述阳极箔、电解纸和阴极箔卷绕成芯包，在阳极箔和阴极箔之间形成有高分子导电聚合物，所述高分子导电聚合物上交联有聚烯丙基缩水甘油醚。
上述的新型固态铝电解电容器，优选的，所述高分子导电聚合物为PEDOT，所述聚烯丙基缩水甘油醚作为PEDOT的稀释剂与PEDOT一起含浸到芯包上。
上述的新型固态铝电解电容器，优选的，所述聚烯丙基缩水甘油醚的分子量达到5.6kDa。
一种新型固态铝电解电容器的制备方法，包括以下步骤：
1)含浸液的配置；
①将聚烯丙基缩水甘油醚溶解在溶剂中，所述溶剂包括水、丙酮或者醇类；
②将PEDOT粉末均匀的分散在步骤①的溶液中形成含浸液待用；所述PEDOT粉末占含浸液总重量的2％-10％；
2)将芯包含浸前处理剂，所述前处理剂包括步骤1)中的溶剂或者沸点低于步骤1)中溶剂的醇类；
3)将芯包含浸步骤1)制备的含浸液；
4)固化，将芯包放置在100-150摄氏度的温度下，干燥20-40分钟。
上述的新型固态铝电解电容器的制备方法，优选的，所述步骤3)采用多次含浸，多次含浸包括第一次含浸和第二次含浸；第一次含浸的时间为2分钟，温度为常温；第一次含浸完成后直接在100-150℃的温度下干燥20-40分钟；第二次含浸的与第一次含浸的方法相同。
上述的新型固态铝电解电容器的制备方法，优选的，所述步骤1)中聚烯丙基缩水甘油醚溶解在溶剂中的溶度为0.1-0.5mol/L。
与现有技术相比，本发明的优点在于：在本发明中由于在含浸高分子导电聚合物的时候，聚烯丙基缩水甘油醚的加入使得高分子导电聚合物分散液的粘度降低，这样在芯包进行含浸的时候，高分子导电聚合物更加容易含浸到芯包的深处，从而增加固态铝电解电容器的容量。同时聚烯丙基缩水甘油醚与高分子导电聚合物相互交联，这样在固态铝电解电容器的充放电循环中可以有效的缓解高分子导电聚合物产生裂缝，从而提高固态铝电解电容器的充放电循环性能。
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1
一种新型固态铝电解电容器，包括阳极箔、电解纸和阴极箔，阳极箔、电解纸和阴极箔卷绕成芯包，在阳极箔和阴极箔之间形成有高分子导电聚合物，高分子导电聚合物上交联有聚烯丙基缩水甘油醚。
在本实施例中，电解纸采用天然纤维的布织物、合成纤维的布织物、纤维状耐热的合成纤维组成的布与绸，或者尼龙、聚丙烯腈的纳米纤维组成的布与绸。阴极箔可以与阳极箔一样，也可以采用没有经过腐蚀处理的平板面箔。
在本实施例中，高分子导电聚合物为PEDOT，聚烯丙基缩水甘油醚作为PEDOT的稀释剂与PEDOT一起含浸到芯包上。聚烯丙基缩水甘油醚的分子量为5.6kDa。在本实施例中，聚烯丙基缩水甘油醚和PEDOT在干燥后相互交联在一起，这样在固态铝电解电容器充放电循环的时候，聚烯丙基缩水甘油醚和PEDOT相互交联，可以提高高分子导电聚合物薄膜的抗拉强度，这样能够防止PEDOT产生裂缝以及PEDOT从阳极箔和阴极箔上剥离，这样就提高了固态铝电解电容器的充放电循环性能。
本实施例还提供一种新型固态铝电解电容器的制备方法，包括以下步骤：
1)含浸液的配置；
①将聚烯丙基缩水甘油醚溶解在溶剂中，所述溶剂包括水、丙酮或者醇类；步骤1)中聚烯丙基缩水甘油醚溶解在溶剂中的溶度为0.1mol/L。
②将PEDOT粉末均匀的分散在步骤①的溶液中形成含浸液待用；所述PEDOT粉末占含浸液总重量的2％；
2)将芯包含浸前处理剂，所述前处理剂包括步骤1)中的溶剂或者沸点低于步骤1)中溶剂的醇类；
3)将芯包含浸步骤1)制备的含浸液；
4)固化，将芯包放置在100-150摄氏度的温度下，干燥20-40分钟。
在本实施例中，步骤3)采用多次含浸，多次含浸包括第一次含浸和第二次含浸；第一次含浸的时间为2分钟，温度为常温；第一次含浸完成后直接在100-150℃的温度下干燥20-40分钟；第二次含浸的与第一次含浸的方法相同。
在本实施例中，聚烯丙基缩水甘油醚作为稀释剂，这样能够降低含有PEDOT的含浸液的粘度，这样芯包含浸的时候，含浸的速率得到提高；也可以尽量的提高含浸液中PEDOT的浓度；这样在含浸完成后，可以含浸更多的高分子导电聚合物，当含浸液的粘度降低后，PEDOT可以尽可能到达芯包的深处，从而提高固态铝电解电容器的容量。
在本实施例中，前处理剂由于是小分子的溶剂，小分子的溶剂能够在含浸的时候达到芯包的深处；在含浸步骤1)制备的含浸液的时候，温度在50-80摄氏度；这个温度下，溶剂会挥发，从而给含浸液的含浸提供含浸动力；同时，由于前处理剂是达到芯包的深处的，在含浸含浸液的时候，高分子导电聚合物向芯包的深处分散就相对变得容易，从而提高固态铝电解电容器的容量。
对比例1
在对比例1中含浸液中没有加入聚烯丙基缩水甘油醚，也就是高分子导电聚合物中没有聚烯丙基缩水甘油醚；其他与实施例1相同。分别测定实施例1和对比例1中的容量和2000次浪涌测试后的容量保持率。
| 序号 | CAP(μF) | 2000次浪涌测试后的容量保持率 |
| 实施例1 | 24.5 | 93.2％ |
| 对比例1 | 21.3 | 90.3％ |
在本实施例中由于在含浸高分子导电聚合物的时候，聚烯丙基缩水甘油醚的加入使得高分子导电聚合物分散液的粘度降低，这样在芯包进行含浸的时候，高分子导电聚合物更加容易含浸到芯包的深处，从而增加固态铝电解电容器的容量。同时聚烯丙基缩水甘油醚与高分子导电聚合物相互交联，这样在固态铝电解电容器的充放电循环中可以有效的缓解高分子导电聚合物产生裂缝，从而提高固态铝电解电容器的充放电循环性能。
Claims (4)
1.一种新型固态铝电解电容器的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
1）含浸液的配置；
2）将芯包含浸前处理剂，所述前处理剂包括步骤1）中的溶剂或者沸点低于步骤1）中溶剂的醇类；
3）将芯包含浸步骤1）制备的含浸液；
4）固化，将芯包放置在100-150摄氏度的温度下，干燥20-40分钟；
阳极箔、电解纸和阴极箔卷绕成芯包，在阳极箔和阴极箔之间形成有高分子导电聚合物，所述高分子导电聚合物上交联有聚烯丙基缩水甘油醚；所述高分子导电聚合物为PEDOT，所述聚烯丙基缩水甘油醚作为PEDOT的稀释剂与PEDOT一起含浸到芯包上。
2.根据权利要求1所述的新型固态铝电解电容器的制备方法，其特征在于：所述聚烯丙基缩水甘油醚的分子量达到5.6kDa。
3.根据权利要求1所述的新型固态铝电解电容器的制备方法，其特征在于：所述步骤3）采用多次含浸，多次含浸包括第一次含浸和第二次含浸；第一次含浸的时间为2分钟，温度为常温；第一次含浸完成后直接在100-150℃的温度下干燥20-40分钟；第二次含浸的与第一次含浸的方法相同。
4.根据权利要求1所述的新型固态铝电解电容器的制备方法，其特征在于：所述步骤1）中聚烯丙基缩水甘油醚溶解在溶剂中的溶度为0.1-0.5mol/L。
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