CN114783775B - 一种固态铝电解电容器及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种固态铝电解电容器，包括芯包、外壳和橡胶塞，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导电高分子聚合物，导电高分子聚合物包括PEDOT：PSS薄膜和银纳米线掺杂的PEDOT：PSS，银纳米线掺杂的PEDOT：PSS穿插在PEDOT：PSS薄膜上。在本发明中，PEDOT：PSS薄膜上的孔洞内穿插银纳米线掺杂的PEDOT：PSS后会使得导电高分子聚合物整体变得柔韧性更好，在充放电循环中导电高分子聚合物可以很好的附着在阳极箔上，从而不影响电容的引出。
Description
技术领域
本发明涉及一种铝电解电容器，尤其涉及一种固态铝电解电容器及其制备方法。
背景技术
目前固态铝电解电容器得到广泛的运用，固态铝电解电容器还有内阻低不易发热的优点；相比于液态铝电解电容器其最大的优点是不会有漏液的情况发生。
固态铝电解电容器由于阳极箔和阴极箔之间的导电高分子聚合物一般采用PEDOT薄膜或者PEDOT:PSS薄膜，这种薄膜的韧性比较差，在固态铝电解电容器的充放电循环中，PEDOT薄膜或者PEDOT:PSS薄膜会膨胀和收缩，但是循环多次后PEDOT薄膜或者PEDOT:PSS薄膜很容易从阳极箔上剥离从而影响电容的引出。同时PEDOT薄膜或者PEDOT:PSS薄膜的机械性能差，在固态铝电解电容器受到外接的机械冲击或者振荡的时候容易出现自打火的现象。
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，提供一种充放电循环性能稳定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：一种固态铝电解电容器，包括芯包、外壳和橡胶塞，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导电高分子聚合物，所述导电高分子聚合物包括PEDOT：PSS薄膜和银纳米线掺杂的PEDOT：PSS，所述银纳米线掺杂的PEDOT：PSS穿插在PEDOT：PSS薄膜上。
上述的固态铝电解电容器，优选的，所述银纳米线掺杂的PEDOT：PSS中银纳米线的重量为PEDOT：PSS重量的1%-5%。
上述的固态铝电解电容器，优选的，所述银纳米线掺杂的PEDOT：PSS中银纳米线的重量为PEDOT：PSS重量的3.5%。
上述的固态铝电解电容器，优选的，所述银纳米线掺杂的PEDOT：PSS为聚乙二醇改性的PEDOT：PSS。
上述的固态铝电解电容器，优选的，所述PEDOT：PSS薄膜和银纳米线掺杂的PEDOT：PSS中PEDOT和PSS的摩尔比为4:1。
上述的固态铝电解电容器，优选的，所述银纳米线掺杂的PEDOT：PSS中PEDOT：PSS包覆银纳米线。
一种固态铝电解电容器的制备方法，包括以下步骤，
1）芯包含浸PEDOT：PSS分散液，所述PEDOT：PSS分散液中PEDOT：PSS的重量百分数为2%-8%；
2）将步骤1）处理后的芯包在45-120℃的温度下烘干；
3）将步骤2）处理完成的芯包含浸银纳米线掺杂的PEDOT：PSS分散液；所述银纳米线掺杂的PEDOT：PSS的分散液中银纳米线掺杂的PEDOT：PSS的重量百分数为2%-10%，银纳米线的重量为PEDOT：PSS重量的1%-5%；
4）将步骤3）处理后的芯包在室温-80℃的温度下烘干；
5）将芯包密封设置在外壳内形成固态铝电解电容器。
上述的固态铝电解电容器的制备方法，优选的，所述银纳米线掺杂的PEDOT：PSS的制备方法包括以下步骤：
将银纳米线与柠檬酸三钠溶剂混合并超声处理 6 小时，使银纳米线在柠檬酸三钠中形成均匀的胶体分散体；
上述的固态铝电解电容器的制备方法，优选的，所述银纳米线掺杂的PEDOT：PSS为聚乙二醇改性的PEDOT：PSS。
与现有技术相比，本发明的优点在于：在本发明中，导电高分子聚合物包括PEDOT：PSS薄膜和银纳米线掺杂的PEDOT：PSS，银纳米线掺杂的PEDOT：PSS穿插在PEDOT：PSS薄膜上。PEDOT：PSS薄膜上的孔洞内穿插银纳米线掺杂的PEDOT：PSS后会使得导电高分子聚合物整体变得柔韧性更好，在充放电循环中导电高分子聚合物可以很好的附着在阳极箔上，从而不影响电容的引出。
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
一种固态铝电解电容器，包括芯包、外壳和橡胶塞，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导电高分子聚合物，所述导电高分子聚合物包括PEDOT：PSS薄膜和银纳米线掺杂的PEDOT：PSS，PEDOT：PSS包覆银纳米线。银纳米线掺杂的PEDOT：PSS穿插在PEDOT：PSS薄膜上。
在本实施例中，银纳米线掺杂的PEDOT：PSS中银纳米线的重量为PEDOT：PSS重量的8%。
在本实施例中，PEDOT：PSS薄膜和银纳米线掺杂的PEDOT：PSS中PEDOT和PSS的摩尔比为4:1。PEDOT:PSS中PEDOT的摩尔量要大一些，这是为了保证PEDOT:PSS薄膜的电阻不受PSS太大的影响从而使得固态铝电解电容器的内阻变得太高。
一种固态铝电解电容器的制备方法，包括以下步骤，
1）芯包含浸PEDOT：PSS分散液，所述PEDOT：PSS分散液中PEDOT：PSS的重量百分数为5%；
2）将步骤1）处理后的芯包在80℃的温度下烘干；为了使得芯包内获得足够多的导电高分子聚合物需要重复步骤1）和步骤2）三次以上。
3）将步骤2）处理完成的芯包含浸银纳米线掺杂的PEDOT：PSS分散液；所述银纳米线掺杂的PEDOT：PSS的分散液中银纳米线掺杂的PEDOT：PSS的重量百分数为5%，银纳米线的重量为PEDOT：PSS重量的3.5%。
银纳米线掺杂的PEDOT：PSS的制备方法包括以下步骤：
将银纳米线与柠檬酸三钠溶剂混合并超声处理 6 小时，使银纳米线在柠檬酸三钠中形成均匀的胶体分散体；
4）将步骤3）处理后的芯包在45℃的温度下烘干；
5）将芯包密封设置在外壳内形成固态铝电解电容器。
在本实施例中，由于银纳米线在加工的过程中极易被氧化，故在本发明中不能够在芯包上直接含浸银纳米线掺杂的PEDOT：PSS，因为芯包内需要足够多的导电高分子聚合物，故需要多次含浸导电高分子聚合物的分散液并且加热烘干，在多次烘干的过程中极易使得先前含浸到芯包内的银纳米线氧化，从而增加导电高分子聚合物薄膜的电阻，从而增加固态铝电解电容器的内阻。
在本实施例中，首先在芯包内形成PEDOT：PSS薄膜，然后再含浸银纳米线掺杂的PEDOT：PSS形成薄膜，并且银纳米线掺杂的PEDOT：PSS穿插在PEDOT：PSS薄膜的空洞内，这样最后含浸的银纳米线掺杂的PEDOT：PSS只经过一次烘干形成薄膜，其中的银纳米线没有经过多次高温得到很好的保护，从而银纳米线没有过多的被氧化，从而保证银纳米线掺杂的PEDOT：PSS薄膜的内阻。
在含浸银纳米线掺杂的PEDOT：PSS后干燥的温度为45℃，一般情况下不超过80摄氏度，在60摄氏度以内为最好；这个温度是相对比较低的，这也是为了保护其中的银纳米线不再高温下被氧化。
实施例2
在本实施例中，银纳米线掺杂的PEDOT：PSS中的PEDOT：PSS为聚乙二醇改性的PEDOT：PSS也就是PEDOT-PSS:PEG。通过聚乙二醇对PEDOT：PSS进行改性后，能够去除PEDOT：PSS中没有复合的PSS，同时去除PEDOT-PSS 和 AgNPs 片段之间的协同相互作用，从而提高PEDOT：PSS的电导率和功率因数。
本实施例的其他部分与实施例1相同。
对比例1
对比例1与实施例1的区别为没有步骤3）在芯包上含浸三次PEDOT:PSS分散液并且烘干后将芯包密封在外壳内，其他部分与实施例1相同。
分别制备20个实施例1、实施例2和对比例1的固态铝电解电容器分别测试其电容CAP（μF）、内阻ESR（mΩ）和循环5000次后的电容保持率，结果如下表。
| CAP（μF） | ESR（mΩ） | 循环5000次后电容量的平均保持率 | |
| 实施例1 | 32.5 | 39.4 | 85.3% |
| 实施例2 | 38.5 | 23.6 | 89.6% |
| 对比例1 | 24.5 | 65.3 | 80.2% |
Claims (8)
1.一种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）芯包含浸PEDOT：PSS分散液，所述PEDOT：PSS分散液中PEDOT：PSS的重量百分数为2%-8%；
2）将步骤1）处理后的芯包在45-120℃的温度下烘干；
3）将步骤2）处理完成的芯包含浸银纳米线掺杂的PEDOT：PSS分散液；所述银纳米线掺杂的PEDOT：PSS的分散液中银纳米线掺杂的PEDOT：PSS的重量百分数为2%-10%，银纳米线的重量为PEDOT：PSS重量的1%-5%；
4）将步骤3）处理后的芯包在室温-80℃的温度下烘干；
5）将芯包密封设置在外壳内形成固态铝电解电容器。
2.根据权利要求1所述的固态铝电解电容器的制备方法，其特征在于：所述银纳米线掺杂的PEDOT：PSS的制备方法包括以下步骤：①将银纳米线与柠檬酸三钠溶剂混合并超声处理 6 小时，使 AgNP 在柠檬酸三钠中形成均匀的胶体分散体；
②使用孔径为 0.1 µm 的 过滤膜过滤所得溶液，产生银纳米线溶液；
③将PEDOT-PSS分散液和步骤②得到的银纳米线溶液混合，并且超声振荡，混合均匀；在混合溶液中银纳米线重量为PEDOT：PSS重量的1%-5%。
3.根据权利要求1所述的固态铝电解电容器的制备方法，其特征在于：所述固态铝电解电容器，包括芯包、外壳和橡胶塞，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，其特征在于：所述阳极箔和阴极箔之间形成有导电高分子聚合物，所述导电高分子聚合物包括PEDOT：PSS薄膜和银纳米线掺杂的PEDOT：PSS，所述银纳米线掺杂的PEDOT：PSS穿插在PEDOT：PSS薄膜上。
4.根据权利要求3所述的固态铝电解电容器的制备方法，其特征在于：所述银纳米线掺杂的PEDOT：PSS中银纳米线的重量为PEDOT：PSS重量的1%-5%。
5.根据权利要求4所述的固态铝电解电容器的制备方法，其特征在于：所述银纳米线掺杂的PEDOT：PSS中银纳米线的重量为PEDOT：PSS重量的3.5%。
6.根据权利要求3所述的固态铝电解电容器的制备方法，其特征在于：所述银纳米线掺杂的PEDOT：PSS为聚乙二醇改性的PEDOT：PSS。
7.根据权利要求3所述的固态铝电解电容器的制备方法，其特征在于：所述PEDOT：PSS薄膜和银纳米线掺杂的PEDOT：PSS中PEDOT和PSS的摩尔比为4:1。
8.根据权利要求3所述的固态铝电解电容器的制备方法，其特征在于：所述银纳米线掺杂的PEDOT：PSS中PEDOT：PSS包覆银纳米线。
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