CN113745008A - 一种基于改性pedot-pss的固体铝电解电容器及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于改性PEDOT‑PSS的固态铝电解电容器，包括阳极箔、电解纸和阴极箔，阳极箔、电解纸和阴极箔卷绕或者折叠成芯包，阳极箔和阴极箔之间形成高分子导电聚合物层，高分子导电聚合物层包括PEDOT:PSS；PEDOT:PSS由浓度10‑30mmol/L的双三氟甲烷‑磺酰胺离子溶液在温度为80‑120℃的温度下改性处理。在本发明中，带有负偶极矩的强阴离子的双三氟甲烷‑磺酰胺离子溶液在湿润PEDOT:PSS薄膜的时候能够中断PEDOT和PSS分子之间的库仑相互作用，然后与PEDOT形成新的共价键，从而提高PEDOT:PSS薄膜的电导率。
Description
技术领域
本发明涉及一种固体铝电解电容器，尤其涉及一种基于用双三氟甲烷-磺酰胺改性PEDOT-PSS的固体铝电解电容器及其制备方法。
背景技术
目前在固态铝电解电容器的发展过程中，由于PEDOT在芯包上的形成过程和后续的循环过程中会有腐蚀阳极箔的现象，从而导致以PEDOT为高分子导电聚合物的固态铝电解电容器的漏电流比较高的问题。为了解决上面的问题现在出现了以PEDOT:PSS为高分子导电聚合物的固态铝电解电容器，例如专利201610302908.7，公开的一种新型固态电容器及其生产方法；由于PSS是绝缘的，并且易出现团聚的现象，PEDOT:PSS薄膜的电导率相对于PEDOT薄膜要低至少一个数量级。在固态铝电解电容器中，电解质的电导率降低会影响固态铝电解电容器的耐纹波电流能力。
随着市场上对电子产品小型化的要求，对固态铝电解电容器容量的要求也越来越高，PEDOT：PSS是一种通过低温溶液法制备的有机聚合物复合材料，具有固有的柔韧性和粘度高的特点，在小型固态铝电解电容器的应用中有很大的优势，但是PEDOT：PSS的电导率还有提高的空间，从而满足小型化固态铝电解电容器的要求。目前降低固态铝电解电容器的内阻也就是降低ESR值的路径，生产厂家集中在提高高分子导电聚合物本身也就是PEDOT：PSS薄膜本身的电导率上，例如专利号2020110375574，公开的一种耐纹波电流的固态铝电解电容器及其制备方法；很少有对高分子导电聚合物与阳极箔和阴极箔界面接触电阻有相关的研究。
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，提供一种基于用双三氟甲烷-磺酰胺改性的PEDOT-PSS的固体铝电解电容器及其制备方法，从而使得PEDOT-PSS薄膜的电导率提高，并且能够降低PEDOT-PSS与阳极箔和阴极箔界面接触电阻。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：一种基于改性PEDOT-PSS的固态铝电解电容器，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或者折叠成芯包，所述阳极箔和阴极箔之间形成高分子导电聚合物层，所述高分子导电聚合物层包括PEDOT:PSS；所述PEDOT:PSS由浓度10-30mmol/L的双三氟甲烷-磺酰胺离子溶液在温度为80-120℃的温度下改性处理。
上述的基于改性PEDOT-PSS的固态铝电解电容器，优选的，所述PEDOT:PSS中掺杂有重量比为0.5%-2%的多壁碳纳米管。上述的基于改性PEDOT-PSS的固态铝电解电容器，优选的，所述PEDOT:PSS采用4:1配置。
一种基于改性PEDOT-PSS的固态铝电解电容器的制备方法，包括以下步骤，
1）将芯包进行化成，并且清洗、干燥；
2）将步骤1）处理后的芯包含浸前处理剂，并且干燥；
3）将含浸有前处理剂的芯包进行高分子导电聚合物的含浸并且干燥，高分子导电聚合物的采用PEDOT:PSS溶液；
4）含浸双三氟甲烷-磺酰胺离子溶液后在80-120℃的温度下改性处理1-5分钟；
5）含浸电解液； 6）组立、清洗并且老化。
上述的基于改性PEDOT-PSS的固态铝电解电容器的制备方法，优选的，所述双三氟甲烷-磺酰胺离子溶液为双三氟甲烷-磺酰胺溶解在硝基甲烷中的离子溶液，双三氟甲烷-磺酰胺的浓度为10-30mmol/L。
上述的基于改性PEDOT-PSS的固态铝电解电容器的制备方法，优选的，步骤3）中含浸高分子导电聚合物采用多次含浸，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120-180℃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。
上述的基于改性PEDOT-PSS的固态铝电解电容器的制备方法，优选的，所述步骤3）中PEDOT:PSS溶液为PEDOT:PSS的水溶液，PEDOT:PSS的重量浓度为1%-5%。
上述的基于改性PEDOT-PSS的固态铝电解电容器的制备方法，优选的，所述PEDOT:PSS的水溶液中掺杂有重量比为0.5%-2%的多壁碳纳米管。
与现有技术相比，本发明的优点在于：在本发明中，带有负偶极矩的强阴离子的双三氟甲烷-磺酰胺离子溶液在湿润PEDOT:PSS薄膜的时候能够中断PEDOT和PSS分子之间的库仑相互作用，然后与PEDOT形成新的共价键，这个时候绝缘的PSS分子包裹PEDOT分子的结构及会破坏，从而提高PEDOT:PSS薄膜的电导率。同时，双三氟甲烷-磺酰胺离子溶液改性的PEDOT:PSS薄膜的功函数也得到有效的提高，从而降低PEDOT:PSS薄膜与阳极箔和阴极箔的接触电阻。
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
一种基于改性PEDOT-PSS的固态铝电解电容器，包括阳极箔、电解纸和阴极箔，阳极箔、电解纸和阴极箔卷绕或者折叠成芯包，阳极箔和阴极箔之间形成高分子导电聚合物层，高分子导电聚合物层包括PEDOT:PSS；所述PEDOT:PSS由浓度10-30mmol/L的双三氟甲烷-磺酰胺离子溶液在温度为80-120℃的温度下改性处理。在本实施例中， PEDOT:PSS中掺杂有重量比为0.5%-2%的多壁碳纳米管。在本实施例中，PEDOT:PSS采用4:1配置，这个配置比为摩尔配置比。过多的PSS会对高分子导电聚合物层的电阻产生较大的影响，从而导致电导率过低，故在本实施例中，PEDOT:PSS采用4:1配置。
在本实施例中，在阳极箔和阴极箔之间的PEDOT:PSS膜，在经过双三氟甲烷-磺酰胺离子溶液处理后，增大了PEDOT：PSS膜的电导率。当用双三氟甲烷-磺酰胺离子溶液湿润PEDOT:PSS膜的时候，具有负偶极矩的强阴离子会中断PEDOT和PSS分子之间的库仑相互作用，然后与PEDOT形成键。在这个过程中，不可避免的会导致PEDOT：PSS链中的结构变化。我们知道在没有经过处理的PEDOT：PSS链中，导电的PEDOT晶域被绝缘的PSS壳包围，PEDOT晶域干线之间的电荷传输被中断；通过双三氟甲烷-磺酰胺离子溶液处理后，PEDOT：PSS链中的这种结构变化，PEDOT排列的更加紧密，同时也导致PSS壳的厚度减小，从而使得PEDOT：PSS膜的电导率增大。
在本实施例中，双三氟甲烷-磺酰胺中含有强吸电子基团的CF3键，并且双三氟甲烷-磺酰胺分子分布在PEDOT：PSS膜的表面，能够诱导明显的净负电荷；从而增加了PEDOT：PSS膜的功函数；也就是能够有效的降低PEDOT：PSS膜与阴极箔和阳极箔之间的接触电阻，从而降低固态铝电解电容器的内阻，提高耐纹波电流。
一种基于改性PEDOT-PSS的固态铝电解电容器的制备方法；包括以下步骤，
1）将芯包进行化成，并且清洗、干燥；
2）将步骤1）处理后的芯包含浸前处理剂，并且干燥；
3）将含浸有前处理剂的芯包进行高分子导电聚合物的含浸并且干燥，高分子导电聚合物的采用PEDOT:PSS溶液。步骤3）中PEDOT:PSS溶液为PEDOT:PSS的水溶液，PEDOT:PSS的重量浓度为1%-5%。
4）含浸双三氟甲烷-磺酰胺离子溶液后在80-120℃的温度下改性处理1-5分钟；
5）含浸电解液； 6）组立、清洗并且老化。
在本实施例中，双三氟甲烷-磺酰胺离子溶液为双三氟甲烷-磺酰胺溶解在硝基甲烷中的离子溶液，双三氟甲烷-磺酰胺的浓度为10-30mmol/L。
步骤3）中含浸高分子导电聚合物采用多次含浸，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120-180℃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，PEDOT:PSS的水溶液中掺杂有重量比为0.5%-2%的多壁碳纳米管。多壁碳纳米管的掺杂，能够提供一条电子的转移通道，从而提高PEDOT:PSS膜的电导率。
对比例1
对比例1与实施例1的区别是，对比例1中的芯包没有通过双三氟甲烷-磺酰胺离子溶液；其他与实施例1均相同。实施例1的平均容量为23.7μF；而对比例1的平均容量有24.1μF;两者基本没有区别。实施例1的ESR为40.3mΩ；而对比例1的ESR达到52.2mΩ。明显的实施例1的内阻得到有效的降低。
Claims (8)
1.一种基于改性PEDOT-PSS的固态铝电解电容器，其特征在于：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或者折叠成芯包，所述阳极箔和阴极箔之间形成高分子导电聚合物层，所述高分子导电聚合物层包括PEDOT:PSS；所述PEDOT:PSS由浓度10-30mmol/L的双三氟甲烷-磺酰胺离子溶液在温度为80-120℃的温度下改性处理。
2.根据权利要求1所述的基于改性PEDOT-PSS的固态铝电解电容器，其特征在于：所述PEDOT:PSS中掺杂有重量比为0.5%-2%的多壁碳纳米管。
3.根据权利要求1所述的基于改性PEDOT-PSS的固态铝电解电容器，其特征在于：所述PEDOT:PSS采用4:1配置。
4.一种根据权利要求1-3任一项所述的基于改性PEDOT-PSS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）将芯包进行化成，并且清洗、干燥；
2）将步骤1）处理后的芯包含浸前处理剂，并且干燥；
3）将含浸有前处理剂的芯包进行高分子导电聚合物的含浸并且干燥，高分子导电聚合物的采用PEDOT:PSS溶液；
4）含浸双三氟甲烷-磺酰胺离子溶液后在80-120℃的温度下改性处理1-5分钟；
5）含浸电解液； 6）组立、清洗并且老化。
5.根据权利要求4的基于改性PEDOT-PSS的固态铝电解电容器的制备方法，其特征在于：所述双三氟甲烷-磺酰胺离子溶液为双三氟甲烷-磺酰胺溶解在硝基甲烷中的离子溶液，双三氟甲烷-磺酰胺的浓度为10-30mmol/L。
6.根据权利要求5所述的基于改性PEDOT-PSS的固态铝电解电容器的制备方法，其特征在于：步骤3）中含浸高分子导电聚合物采用多次含浸，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120-180℃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。
7.根据权利要求5所述的基于改性PEDOT-PSS的固态铝电解电容器的制备方法，其特征在于：所述步骤3）中PEDOT:PSS溶液为PEDOT:PSS的水溶液，PEDOT:PSS的重量浓度为1%-5%。
8.根据权利要求7所述的基于改性PEDOT-PSS的固态铝电解电容器的制备方法，其特征在于：所述PEDOT:PSS的水溶液中掺杂有重量比为0.5%-2%的多壁碳纳米管。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20211203 |