CN112735833A - 一种漏电流小的固态铝电解电容器及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种漏电流小的固态铝电解电容器，包括外壳、芯包；芯包通过橡胶塞密封设置在外壳内，芯包由阳极箔、电解纸和阴极箔卷绕而成，阳极箔和阴极箔之间形成有高分子导电聚合物，高分子导电聚合物为PEDOT:PSS；高分子导电聚合物通过二甲基亚砜蒸汽处理。在本发明中，通过二甲基亚砜蒸汽处理在芯包上形成的PEDOT:PSS聚合物；经过二甲基亚砜蒸汽处理后，PEDOT:PSS聚合物变得更加致密，更加均匀，使得PEDOT:PSS聚合物的电导率提高，从而降低固态铝电解电容器的内阻，提高耐纹波电流能力。
Description
技术领域
本发明涉及一种固态铝电解电容器，尤其涉及一种漏电流小并且电导率不受影响的固态铝电解电容器及其制备方法。
背景技术
固态铝电解电容器其内阻小，与液态铝电解电容器相比不存在漏液等问题，故现在固态电容器大量使用在电子产品中。固态铝电解电容器是在阳极箔和阴极箔之间形成有导电高分子聚合物，常见的导电高分子聚合物有PEDOT，但是在芯包上形成PEDOT的时候，会再芯包上有氧化剂的残留，由于氧化剂会对阳极箔的氧化膜有一定的腐蚀性，故会使得固态电容的耐压值较低、漏电流较大，但是这种方法制备的PEDOT具有较高的电导率，故电容的ESR较低，耐纹波电流值较高。
为了解决上面的问题，在芯包上含浸PEDOT：PSS，而PEDOT：PSS对阳极箔没有腐蚀性，例如专利CN2016103029087公开的一种新型固态电容器及其制备方法。但是PEDOT：PSS中会有大量的富余的PSS(聚4-苯乙烯磺酸)，而PSS是绝缘的，引入的PSS会影响导电高分子聚合物的电导率，使得固态铝电解电容器的内阻变大、耐纹波电流能力降低。
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，提供一种漏电流小并且电导率不受影响的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：一种漏电流小的固态铝电解电容器，包括外壳、芯包；所述芯包通过橡胶塞密封设置在外壳内，所述芯包由阳极箔、电解纸和阴极箔卷绕而成，所述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为PEDOT:PSS；所述高分子导电聚合物通过二甲基亚砜蒸汽处理。
上述的漏电流小的固态铝电解电容器，优选的，所述PEDOT:PSS的主链上加载有二甲基亚砜；所述二甲基亚砜重量为PEDOT:PSS聚合物重量的1％-10％。
上述的漏电流小的固态铝电解电容器，优选的，所述PEDOT:PSS聚合物中PEDOT和PSS的摩尔比为4:1。
一种漏电流小的固态铝电解电容器的制备方法，包括以下步骤：
1)配置含浸液，将PEDOT:PSS粉末溶解在去离子水中形成PEDOT:PSS水溶液，并且加入二甲基亚砜，搅拌均匀；二甲基亚砜的重量为PEDOT:PSS粉末的1％-10％；
2)在芯包上含浸步骤1)的混合溶液，含浸完成后，在常温下放置30-120分钟使得芯包自然吸收含浸液；
3)步骤2)含浸完成后，在120-180℃的温度下干燥20-60分钟；
4)将步骤3)干燥后的芯包放置在二甲基亚砜蒸汽气氛下常温润化，润化时间为10-60分钟，蒸汽压力为1-5个大气压；
5)组立、清洗并且老化。
上述的漏电流小的固态铝电解电容器的制备方法，优选的，所述步骤4)润化后，接着干燥并且含浸电解液。
上述的漏电流小的固态铝电解电容器的制备方法，优选的，所述电解液包括溶剂和溶质，所述溶剂包括乙二醇；溶质包括葵二酸铵、硼酸、壬二酸氢铵、五硼酸铵、甘露醇和烷基葵二酸铵中的一种或者多种；所述添加剂包括对硝基苯酸铵、次亚磷酸铵、石墨中的一种或者多种。
上述的漏电流小的固态铝电解电容器的制备方法，优选的，重复步骤2-步骤4)然后进行步骤5)。
与现有技术相比，本发明的优点在于：在本发明中，通过二甲基亚砜蒸汽处理在芯包上形成的PEDOT:PSS聚合物；经过二甲基亚砜蒸汽处理后，PEDOT:PSS聚合物变得更加致密，更加均匀，使得PEDOT:PSS聚合物的电导率提高，从而降低固态铝电解电容器的内阻，提高耐纹波电流能力。
附图说明
图1为实施例1中PEDOT：PSS膜的SEM图。
图2为实施例1中PEDOT：PSS-5％DMSO膜的SEM图。
图3为将PEDOT：PSS-5％DMSO膜经过DMSO蒸气处理后的SEM图。
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
一种漏电流小的固态铝电解电容器，包括外壳、芯包；芯包通过橡胶塞密封设置在外壳内，芯包由阳极箔、电解纸和阴极箔卷绕而成，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为PEDOT:PSS，PEDOT:PSS聚合物中PEDOT和PSS的摩尔比为4:1；高分子导电聚合物通过二甲基亚砜(DMSO)蒸汽处理。
在本实施例中，PEDOT:PSS的主链上加载有二甲基亚砜(DMSO)；所述二甲基亚砜重量为PEDOT:PSS聚合物重量的5％。在本实施例中，在含浸PEDOT:PSS分散液的时候，想分散液中加入二甲基亚砜，在二甲基亚砜的作用下PEDOT:PSS的主链上加载有二甲基亚砜，从而提高在阳极箔和阴极箔之间形成的PEDOT:PSS薄膜的电导率。
为了验证在PEDOT:PSS中添加二甲基亚砜的作用，在玻璃上分别涂覆PEDOT:PSS和PEDOT:PSS-5％DMSO分散液，在玻璃上形成约100nm的薄膜。测试两种薄膜的电导率，经过测试PEDOT:PSS薄膜的电导率为0.5-1S/cm；PEDOT:PSS-5％DMSO薄膜的电导率为660-680S/cm。
通过上面的测试可以发现PEDOT:PSS-5％DMSO薄膜的电导率比PEDOT:PSS薄膜的电导率提高两个数量级。在PEDOT:PSS分散液中有很多随机分布的球形凝胶颗粒；在成膜的时候，首先形成湿膜，然后凝胶颗粒冷凝；在干燥的过程中PSS与PEDOT之间的氢键开始相互连接。由于溶剂的快速蒸发，颗粒之间的连接部紧密，从而导致薄膜表面出现沟壑，如图1所示；由于膜的连续性较差，原始PEDOT：PSS膜的电导率低于1S/cm。此外，原始的PEDOT：PSS的构型采用螺旋结构，这导致了电荷的局限性并且不利于电荷的运输。
在本实施例中，如图2所示，PEDOT：PSS-5％DMSO膜，尖锐的沟壑明显减少，这是因为添加5％的DMSO导致蒸发速率降低。同时，加入DMSO之后，DMSO高介电常数的屏蔽效应导致PEDOT和PSS之间的库仑相互作用降低。结果，PEDOT：PSS的构象转变为扩展的盘绕或线性结构，从而促进了两个数量级的电导率增强。
在本实施例中，将PEDOT：PSS-5％DMSO膜经过DMSO蒸气处理一定时间后，如图3所示，PEDOT：PSS-5％DMSO膜的尖锐的沟壑逐渐减小，这表明颗粒被很好地融合了。由于DMSO蒸气后处理引起的颗粒之间的连接更好，电导率进一步提高了近50％。经过DMSO蒸气处理后，PEDOT：PSS-5％DMSO膜的厚度由100nm变为约91nm；同时经过检测DMSO蒸气没有去除PEDOT：PSS-5％DMSO膜的成分，由此可以推测出PEDOT：PSS-5％DMSO膜变得更加致密。
本实施例还提供一种漏电流小的固态铝电解电容器的制备方法，包括以下步骤：
1)配置含浸液，将PEDOT:PSS粉末溶解在去离子水中形成PEDOT:PSS水溶液，并且加入二甲基亚砜，搅拌均匀；二甲基亚砜的重量为PEDOT:PSS粉末的5％；
2)在芯包上含浸步骤1)的混合溶液，含浸完成后，在常温下放置60分钟使得芯包自然吸收含浸液；
3)步骤2)含浸完成后，在120-180℃的温度下干燥20-60分钟；在芯包内形成PEDOT：PSS-5％DMSO膜；
4)将步骤3)干燥后的芯包放置在二甲基亚砜蒸汽气氛下常温润化，润化时间为30分钟，蒸汽压力为2个大气压；
4)润化后，接着干燥并且含浸电解液。
5)组立、清洗并且老化。
在本实施例中，由于经过二甲基亚砜蒸汽处理后，阳极箔和阴极箔之间的PEDOT：PSS-5％DMSO膜变得更加致密，所以可以再次的含浸PEDOT：PSS-5％DMSO的分散液，从而在芯包之间填充更多的导电高分子聚合物。
在本实施例中，电解液包括溶剂和溶质，所述溶剂包括乙二醇；溶质包括葵二酸铵、硼酸、壬二酸氢铵、五硼酸铵、甘露醇和烷基葵二酸铵中的一种或者多种；所述添加剂包括对硝基苯酸铵、次亚磷酸铵、石墨中的一种或者多种。
作为对比例1，芯包不经过二甲基亚砜蒸汽处理，其他与实施例1相同。作为对比例2，芯包含浸的是PEDOT:PSS分散液，没有加入二甲基亚砜，同时也不经过二甲基亚砜蒸汽处理。
经过测试，对比例2的ESR达到160.7mΩ，这样基本不能够用了。对比例1的ESR为75.6mΩ，勉强可以达到使用的要求；实施例1的ESR为53.8mΩ。
我们知道在芯包上形成PEDOT：PSS-5％DMSO薄膜，与在芯包上形成PEDOT相比对阳极箔腐蚀小，所以固态铝电解电容器的漏电流小。在本实施例中，通过二甲基亚砜蒸汽处理后，含浸还含浸电解液，电解液可以对阳极箔的表面进行一定的修复。
在本实施例中，通过二甲基亚砜蒸汽处理在芯包上形成的PEDOT:PSS聚合物；经过二甲基亚砜蒸汽处理后，PEDOT:PSS聚合物变得更加致密，更加均匀，使得PEDOT:PSS聚合物的电导率提高，从而降低固态铝电解电容器的内阻，提高耐纹波电流能力。
Claims (7)
1.一种漏电流小的固态铝电解电容器，其特征在于：包括外壳、芯包；所述芯包通过橡胶塞密封设置在外壳内，所述芯包由阳极箔、电解纸和阴极箔卷绕而成，所述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为PEDOT:PSS；所述高分子导电聚合物通过二甲基亚砜蒸汽处理。
2.根据权利要求1所述的漏电流小的固态铝电解电容器，其特征在于：所述PEDOT:PSS的主链上加载有二甲基亚砜；所述二甲基亚砜重量为PEDOT:PSS聚合物重量的1％-10％。
3.根据权利要求1所述的漏电流小的固态铝电解电容器，其特征在于：所述PEDOT:PSS聚合物中PEDOT和PSS的摩尔比为4:1。
4.根据权利要求1-3任一项所述的漏电流小的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)配置含浸液，将PEDOT:PSS粉末溶解在去离子水中形成PEDOT:PSS水溶液，并且加入二甲基亚砜，搅拌均匀；二甲基亚砜的重量为PEDOT:PSS粉末的1％-10％；
2)在芯包上含浸步骤1)的混合溶液，含浸完成后，在常温下放置30-120分钟使得芯包自然吸收含浸液；
3)步骤2)含浸完成后，在120-180℃的温度下干燥20-60分钟；
4)将步骤3)干燥后的芯包放置在二甲基亚砜蒸汽气氛下常温润化，润化时间为10-60分钟，蒸汽压力为1-5个大气压；
5)组立、清洗并且老化。
5.根据权利要求4所述的漏电流小的固态铝电解电容器的制备方法，其特征在于：所述步骤4)润化后，接着干燥并且含浸电解液。
6.根据权利要求5所述的漏电流小的固态铝电解电容器的制备方法，其特征在于：所述电解液包括溶剂和溶质，所述溶剂包括乙二醇；溶质包括葵二酸铵、硼酸、壬二酸氢铵、五硼酸铵、甘露醇和烷基葵二酸铵中的一种或者多种；所述添加剂包括对硝基苯酸铵、次亚磷酸铵、石墨中的一种或者多种。
7.根据权利要求4所述的漏电流小的固态铝电解电容器的制备方法，其特征在于：重复步骤2-步骤4)然后进行步骤5)。
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| Title |
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| YABO XU等: ""Morphological modulation to improve thermoelectric performances of PEDOT:PSS films by DMSO vapor post-treatment"", 《SYNTHETIC METALS》 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114121492A (zh) * | 2021-08-09 | 2022-03-01 | 湖南艾华集团股份有限公司 | 一种基于pedot:pss的固态铝电解电容器的制备方法 |
| CN114121492B (zh) * | 2021-08-09 | 2023-09-01 | 湖南艾华集团股份有限公司 | 一种基于pedot:pss的固态铝电解电容器的制备方法 |
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