CN115910614A - 一种适用车载的固态铝电解电容器及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种适用车载的固态铝电解电容器，包括外壳和芯包，芯包密封设置在外壳内；芯包包括阳极箔、隔离纸和阴极箔，隔离纸设置在阳极箔和阴极箔之间，阳极箔和阴极箔之间形成有PEDOT:PSS薄膜，PEDOT:PSS薄膜中掺杂有抗坏血酸；抗坏血酸的重量为PEDOT:PSS重量的0‑3%。在本发明中通过用抗坏血酸对PEDOT:PSS进行掺杂从而降低固态铝电解电容器的内阻和提高铝电解电容器的寿命稳定性。在抗坏血酸的基础上进一步的添加等离子体金纳米粒子对PEDOT:PSS进行复合掺杂能够进一步的降低固态铝电解电容器的内阻和提高铝电解电容器的寿命稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及一种铝电解电容器，尤其涉及一种适用车载的固态铝电解电容器及其制备方法。
背景技术
目前新能源汽车的普及，实际汽车电子呈现井喷式发展。然而汽车电子不同于一般的消费电子，汽车电子对于安全性能和稳定性性能要求及其严格；这是因为在汽车上使用的电容器，在汽车启动的时候就会受到汽车振动的影响，而一旦电容器因为振动而失效就有可能引起事故。目前由于固态铝电解电容器的稳定性性能与汽车电子的要求还有一定的距离，这就使得固态铝电解电容器在汽车电子上大范围的运用还有一定的难度。
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，提供一种稳定能性能和寿命稳定性性能优良的适用车载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：一种适用车载的固态铝电解电容器，包括外壳和芯包，所述芯包密封设置在外壳内；所述芯包包括阳极箔、隔离纸和阴极箔，隔离纸设置在阳极箔和阴极箔之间，所述阳极箔和阴极箔之间形成有PEDOT:PSS薄膜，所述PEDOT:PSS薄膜中掺杂有抗坏血酸；所述抗坏血酸的重量为PEDOT:PSS重量的0-3%。
上述的适用车载的固态铝电解电容器，优选的，所述PEDOT:PSS薄膜掺杂有等离子体金纳米离子，等离子体金纳米离子的重量为PEDOT:PSS重量的0-5%。
上述的适用车载的固态铝电解电容器，优选的，所述芯包与外壳之间通过弹性硅胶连接。
一种适用车载的固态铝电解电容器的制备方法，包括以下步骤：
1）配置PEDOT:PSS分散液；
2）在步骤1）的PEDOT:PSS分散液中加入抗坏血酸，并且分散均匀，形成含浸液；抗坏血酸的重量为PEDOT:PSS重量的0-3%；
3）芯包含浸步骤2）制备的含浸液，并且干燥，在芯包的阳极箔和阴极箔之间形成有抗坏血酸掺杂的PEDOT:PSS薄膜；
4）组立。
上述的适用车载的固态铝电解电容器的制备方法，优选的，所述步骤3）完成后，在80-120℃的温度下退火1-12小时。
上述的适用车载的固态铝电解电容器的制备方法，优选的，所述步骤2）中添加等离子体金纳米粒子，等离子体金纳米粒子和抗坏血酸一起作为掺杂剂添加到PEDOT:PSS分散液中；所述等离子体金纳米粒子的重量为PEDOT:PSS重量的0-5%。
上述的适用车载的固态铝电解电容器的制备方法，优选的，所述PEDOT:PSS分散液的溶剂包括乙醇、乙二醇、丙二醇、甘油中的一种或者多种。
与现有技术相比，本发明的优点在于：在本发明中通过用抗坏血酸对PEDOT:PSS进行掺杂从而降低固态铝电解电容器的内阻和提高铝电解电容器的寿命稳定性。在抗坏血酸的基础上进一步的添加等离子体金纳米粒子对PEDOT:PSS进行复合掺杂能够进一步的降低固态铝电解电容器的内阻和提高铝电解电容器的寿命稳定性。
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
一种适用车载的固态铝电解电容器，包括外壳和芯包，芯包通过橡胶塞密封设置在外壳内；芯包包括阳极箔、隔离纸和阴极箔，隔离纸设置在阳极箔和阴极箔之间，阳极箔和阴极箔之间形成有PEDOT:PSS薄膜，PEDOT:PSS薄膜中掺杂有抗坏血酸和等离子体金纳米粒子；抗坏血酸的重量为PEDOT:PSS重量的3%，等离子体金纳米粒子的重量为PEDOT:PSS重量的4%。在本实施例中，抗坏血酸加入到PEDOT:PSS分散液中后，抗坏血酸上具有四个羟基官能团，抗坏血酸的极性片段能够实现PEDOT和PSS之间的相分离，从而提高PEDOT:PSS薄膜的电导率。同时，抗坏血酸的强还原性能够有效的保证PEDOT:PSS薄膜在使用的过程中不被氧化失效。
在固态铝电解电容器的生产中，芯包对PEDOT:PSS的含浸不可避免的会接触到空气中的水分，这些水分跟随着PEDOT:PSS分散液一起进入到芯包内部，在固化形成高分子导电聚合物的时候这些水分是不会全部挥发掉的；同时，在芯包完成含浸到组立之间的这个时间内也是会吸收空气中的水分的，这就使得固态铝电解电容器在组装后，芯包内部是有水分纯在的。在固态电容器使用的时候，在芯包内部的水分会被分解从而产生微量的氧气，但是这个氧气的纯在会氧化PEDOT:PSS薄膜，从而可能导致PEDOT:PSS薄膜改性失效。在本实施例中，由于抗坏血酸的设置，当微量的氧气产生后，抗坏血酸就会与氧气抢先反应从而保证PEDOT:PSS薄膜的正常功能。
在本实施例中，除了抗坏血酸外，在PEDOT:PSS薄膜中还掺杂有等离子体金纳米粒子，等离子体金纳米粒子的粒径在10-30nm之间，等离子体金纳米粒子的加入给抗坏血酸与氧气反应提供反应位点，从而起到反应催化的作用。在本实施例中，等离子体金纳米粒子分散在PEDOT:PSS薄膜中还能起到薄膜支撑作用，在固态铝电解电容器的使用过程中，随着电容器的充放电循环，PEDOT:PSS薄膜在充放电过程中是会膨胀和收缩的，而等离子体金纳米粒子的加入能够对这种膨胀收缩起到支撑作用，从而避免PEDOT:PSS薄膜从阳极箔上剥离失效的情况。
为了增加固态铝电解电容器芯包的抗振性能，芯包与外壳之间通过弹性硅胶连接。在芯包装入到外壳内后，在芯包与外壳的间隙中注入弹性硅胶液，然后固化；从而使得在芯包与外壳之间形成弹性硅胶。为了保证弹性硅胶对芯包内部不产生影响，可以在芯包的最外层缠绕一层或者多层隔离纸。固态铝电解电容器的阳极导针和阴极导针是固定在橡胶塞上的，在振动的时候，芯包就会在外壳内晃动，从而使得阳极导针和阴极导针与阳极箔和阴极箔的连接处发生机械损伤从而导致电容器短路失效。
本实施例还提供一种适用车载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PEDOT:PSS分散液；分散液的溶剂包括乙醇、乙二醇、丙二醇、甘油中的一种或者多种。
2）在步骤1）的PEDOT:PSS分散液中加入抗坏血酸和等离子体金纳米粒子，并且分散均匀，形成含浸液；抗坏血酸的重量为PEDOT:PSS重量的3%；等离子体金纳米粒子的重量为PEDOT:PSS重量的4%。在其他情况下，抗坏血酸的重量按照实际需要可以为PEDOT:PSS重量的0-3%，等离子体金纳米粒子的重量按照实际需要可以为PEDOT:PSS重量的0-5%。
3）芯包含浸步骤2）制备的含浸液，并且干燥，在芯包的阳极箔和阴极箔之间形成有抗坏血酸掺杂的PEDOT:PSS薄膜；
4）在80-120℃的温度下退火1-12小时；
5）组立。
对比例1
对比例1仅对PEDOT:PSS薄膜进行抗坏血酸的掺杂，没有进行等离子体金纳米粒子的掺杂，其他部分与实施例1相同。
对比例2
对比例2对PEDOT:PSS未进行任何的掺杂，其他部分与实施例1相同。
分别制备20个实施例1，对比例1和对比例2的产品；分别测量其容量、平均内阻和2000次浪涌测试后平均容量保持率。同时选取参数相同的实施例1，对比例1和对比例2的产品进行振动实验。产品的参数如下：36V，250μF。
表一为实施例1，对比例1和对比例2产品的平均容量、平均ESR和平均容量保持率。
| CAP（μF） | ESR（mΩ） | 循环2000次后电容量的平均保持率 | |
| 实施例1 | 255.1 | 10.2 | 96.5% |
| 对比例1 | 260.5 | 13.5 | 92.5% |
| 对比例2 | 258.3 | 17.5 | 91.7% |
表一。
振动实验的方法如下，将固态铝电解电容器安装在线路板板上，然后将线路板整体放入到振动盘内进行振动，振动频率为10Hz-50Hz-10Hz，间隔时间为1min；振幅为0.75mm；振动方向为X，Y，Z三轴，2小时/轴。在振动完成后，30min内测量固态铝电解电容器的容量，和内阻。
表二为实施例1，对比例1和对比例2产品振动实验后的平均容量和平均内阻；其中对比例2中有一个产品失效，故表二中对比例2中的平均容量和平均内阻为19个产品的平均值。
| CAP（μF） | ESR（mΩ） | |
| 实施例1 | 253.7 | 11.8 |
| 对比例1 | 251.3 | 26.7 |
| 对比例2 | 250.3 | 37.2 |
表二。
Claims (7)
1.一种适用车载的固态铝电解电容器，其特征在于：包括外壳和芯包，所述芯包密封设置在外壳内；所述芯包包括阳极箔、隔离纸和阴极箔，隔离纸设置在阳极箔和阴极箔之间，所述阳极箔和阴极箔之间形成有PEDOT:PSS薄膜，所述PEDOT:PSS薄膜中掺杂有抗坏血酸；所述抗坏血酸的重量为PEDOT:PSS重量的0-3%。
2.根据权利要求1所述的适用车载的固态铝电解电容器，其特征在于：所述PEDOT:PSS薄膜掺杂有等离子体金纳米离子，等离子体金纳米离子的重量为PEDOT:PSS重量的0-5%。
3.根据权利要求1所述的适用车载的固态铝电解电容器，其特征在于：所述芯包与外壳之间通过弹性硅胶连接。
4.一种适用车载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PEDOT:PSS分散液；
2）在步骤1）的PEDOT:PSS分散液中加入抗坏血酸，并且分散均匀，形成含浸液；抗坏血酸的重量为PEDOT:PSS重量的0-3%；
3）芯包含浸步骤2）制备的含浸液，并且干燥，在芯包的阳极箔和阴极箔之间形成有抗坏血酸掺杂的PEDOT:PSS薄膜；
4）组立。
5.根据权利要求4所述的适用车载的固态铝电解电容器的制备方法，其特征在于：所述步骤3）完成后，在80-120℃的温度下退火1-12小时。
6.根据权利要求4所述的适用车载的固态铝电解电容器的制备方法，其特征在于：所述步骤2）中添加等离子体金纳米粒子，等离子体金纳米粒子和抗坏血酸一起作为掺杂剂添加到PEDOT:PSS分散液中；所述等离子体金纳米粒子的重量为PEDOT:PSS重量的0-5%。
7.根据权利要求4所述的适用车载的固态铝电解电容器的制备方法，其特征在于：所述PEDOT:PSS分散液的溶剂包括乙醇、乙二醇、丙二醇、甘油中的一种或者多种。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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