CN116313533B - 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，包括外壳和芯包，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，导电高分子聚合物中掺杂有聚氧乙烯十六烷基醚；聚氧乙烯十六烷基醚占导电高分子聚合物总重量的0.1%‑5%；导电高分子聚合物为PEDOT:PSS。在本发明中通过对PEDOT:PSS进行聚氧乙烯十六烷基醚的掺杂能够有效的提高导电高分子聚合物的电导率，从而降低电容器的内阻。
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。
背景技术
固态铝电解电容器由于不存在电解液，不存在液态铝电解电容器的漏液、爆炸等安全问题；同时固态铝电解电容器的内阻低，所以固态铝电解电容器在低压领域得到广泛的运用。目前固态铝电解电容器中导电高分子聚合物大部分采用的是PEDOT:PSS，而PEDOT:PSS的电导率和机械性能还是不能完全满足要求，同时再使用过程中PEDOT:PSS与阳极箔表面之间存在脱离的现象，使得电容器的在使用的时候有电容下降的风险。
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，提供一种内阻低并且使用循环寿命高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，包括外壳和芯包，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中掺杂有聚氧乙烯十六烷基醚；所述聚氧乙烯十六烷基醚占导电高分子聚合物总重量的0.1%-5%；所述导电高分子聚合物为PEDOT:PSS。
上述的固态铝电解电容器，优选的，所述导电高分子聚合物与阳极箔之间形成有一层过渡膜，所述过渡膜为聚氧乙烯十六烷基醚的网状膜。
上述的固态铝电解电容器，优选的，所述导电高分子聚合物中还掺杂有占导电高分子聚合物总重量0.1%-2%的共晶镓铟合金。
一种固态铝电解电容器的制备方法，包括以下步骤；
1）浆料的配置，将聚氧乙烯十六烷基醚加入到PEDOT:PSS分散液中分散均匀，形成含浸液；聚氧乙烯十六烷基醚的重量为聚氧乙烯十六烷基醚和PEDOT:PSS总重量的0.1%-5%；
2）含浸，芯包含浸步骤1）制作的含浸液；
3）烘干，在内部形成导电高分子聚合物。
上述的固态铝电解电容器的制备方法，优选的，所述含浸液中加入有共晶镓铟合金；所述共晶镓铟合金的重量为共晶镓铟合金、聚氧乙烯十六烷基醚和PEDOT:PSS总重量的0.1%-2%。
上述的固态铝电解电容器的制备方法，优选的，所述步骤2）含浸前处理剂；所述前处理剂为浓度为2%-5%的聚氧乙烯十六烷基醚溶液；溶剂为乙醇或者丙醇。
与现有技术相比，本发明的优点在于：在本发明中通过对PEDOT:PSS进行聚氧乙烯十六烷基醚的掺杂能够有效的提高导电高分子聚合物的电导率，从而降低电容器的内阻。同时本实施例中在导电高分子聚合物中还引入了共晶镓铟合金进一步的降低电容器的内阻，并且提高固体铝电解电容器的充放电循环性能和机械性能。
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
一种固态铝电解电容器，包括外壳和芯包，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；导电高分子聚合物为PEDOT:PSS。导电高分子聚合物中掺杂有聚氧乙烯十六烷基醚；聚氧乙烯十六烷基醚占导电高分子聚合物总重量的0.1%-5%；聚氧乙烯十六烷基醚占导电高分子聚合物总重量在2%-4%的时候效果是最好的，聚氧乙烯十六烷基醚的重量超过4%的时候对导电高分子聚合物的电导率提高是有限的。
在本实施例中，聚氧乙烯十六烷基醚上的羟基与PSS的磺酸基形成氢键，从而裁剪PEDOT与PSS的网络结构，使得PEDOT从PSS的壳中暴露，提高导电高分子聚合物的电导率。然而由于聚氧乙烯十六烷基醚的加入使得PEDOT和PSS的相分离，使得干燥后的导电高分子聚合物的表面粗糙，使得做成固态铝电解电容器后，铝电解电容器的充放电循环性能差。
在本实施例中，导电高分子聚合物中还掺杂有占导电高分子聚合物总重量0.1%-2%的共晶镓铟合金。在本实施例中，在导电高分子聚合物分散液中，由于分散液中聚氧乙烯十六烷基醚中的羟基以及溶剂中的羟基的作用，共晶镓铟合金表面产生纳米级或者微米级的GaOOH晶体，GaOOH晶体有助于共晶镓铟合金与PSS的结合，与PSS的磺酸基形成氢键。共晶镓铟合金与PSS的磺酸基形成氢键结合后；一方面降低PEDOT阳离子链与PSS阴离子链之间的相互作用，另一方面在PEDOT与PSS之间形成空间位阻从而降低PEDOT与PSS之间库伦相互作用，使得PEDOT从PSS的壳中暴露出来，提高导电高分子聚合物的电导率。在本实施例中，加入共晶镓铟合金后，进一步的提高了导电高分子聚合物的电导率；并且共晶镓铟合金增强了PEDOT：PSS薄膜的柔韧性。在导电高分子聚合物中PEDOT：PSS接枝共晶镓铟合金后，有部分的共晶镓铟合金以纳米或者微米级的颗粒存在，这种颗粒在固态铝电解电容器的充放电循环中，起到了支撑的作用，从而使得固态铝电解电容器的充放电循环性能得到提高。
本实施例还提供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；
浆料的配置，将聚氧乙烯十六烷基醚加入到PEDOT:PSS分散液中分散均匀，形成含浸液；聚氧乙烯十六烷基醚的重量为聚氧乙烯十六烷基醚和PEDOT:PSS总重量的0.1%-5%，最好是2%-4%；含浸液中加入有共晶镓铟合金；共晶镓铟合金的重量为共晶镓铟合金、聚氧乙烯十六烷基醚和PEDOT:PSS总重量的0.1%-2%。
在本实施例的步骤1）中，共晶镓铟合金是先加入到聚氧乙烯十六烷基醚中，然后再一起加入到PEDOT:PSS分散液中。共晶镓铟合金加入到聚氧乙烯十六烷基醚后，共晶镓铟合金表面会产生纳米级或者微米级的GaOOH晶体或者Ga2O3晶体，GaOOH晶体的数量会大于Ga2O3晶体的数量。在共晶镓铟合金表面会产生纳米级或者微米级的GaOOH晶体的羟基是聚氧乙烯十六烷基醚提供的，也就是说共晶镓铟合金与聚氧乙烯十六烷基醚形成了键合，共晶镓铟合金能够相对均匀的分散在聚氧乙烯十六烷基醚中。也就是说在本实施例中，共晶镓铟合金需要先与聚氧乙烯十六烷基醚进行键合然后再一起加入到PEDOT:PSS分散液。
2）含浸，芯包含浸步骤1）制作的含浸液；在含浸的时候采用传统的多次含浸，最好是负压含浸。
3）烘干，在内部形成导电高分子聚合物。
在本实施例中，通过对PEDOT:PSS进行聚氧乙烯十六烷基醚的掺杂能够有效的提高导电高分子聚合物的电导率，从而降低电容器的内阻。同时本实施例中在导电高分子聚合物中还引入了共晶镓铟合金进一步的降低电容器的内阻，并且提高固体铝电解电容器的充放电循环性能。
实施例
在本实施例中，在含浸PEDOT:PSS分散液之前，芯包含浸有前处理剂并且加热将溶剂挥发，在芯包上形成有一层过渡膜；前处理剂为浓度为2%-5%的聚氧乙烯十六烷基醚溶液；溶剂为乙醇或者丙醇；形成的过渡膜为聚氧乙烯十六烷基醚的网状膜。。在本实施例中，前处理剂膜实际上起到的是表面活性剂的作用，加上在PEDOT:PSS分散液中本身就加入有聚氧乙烯十六烷基醚，使得PEDOT:PSS分散液更加容易含浸到芯包的深处，使得固态铝电解电容器芯包内含浸有足够多的导电高分子聚合物。本实施例的其他部分与实施例1相同。
对比例1
对比例1中芯包含浸PEDOT:PSS分散液后形成的导电高分子聚合物中没有进行掺杂，其他部分与实施例1相同。
分别选取20个额定容量为450μF的实施例1、实施例2和对比例1的固态铝电解电容器，分别测试其平均容量、平均内阻和5000个循环后的平均电容保持率，结果如下表所示。
为了测试铝电解电容器的机械性能，分别将实施例1、实施例2和对比例1的固态铝电解电容器进行振动实验。的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。
下表为实施例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。
。
Claims (5)
1.一种固态铝电解电容器，包括外壳和芯包，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中掺杂有聚氧乙烯十六烷基醚；所述聚氧乙烯十六烷基醚占导电高分子聚合物总重量的0.1%-5%；所述导电高分子聚合物为PEDOT:PSS；所述导电高分子聚合物中还掺杂有占导电高分子聚合物总重量0.1%-2%的共晶镓铟合金。
2.根据权利要求1所述的固态铝电解电容器，其特征在于：所述导电高分子聚合物与阳极箔之间形成有一层过渡膜，所述过渡膜为聚氧乙烯十六烷基醚的网状膜。
3.一种如权利要求1或2所述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）浆料的配置，将聚氧乙烯十六烷基醚加入到PEDOT:PSS分散液中分散均匀，形成含浸液；聚氧乙烯十六烷基醚占导电高分子聚合物总重量的0.1%-5%；
2）含浸，芯包含浸步骤1）制作的含浸液；
3）烘干，在内部形成导电高分子聚合物。
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：所述含浸液中加入有共晶镓铟合金；所述共晶镓铟合金的重量占导电高分子聚合物总重量的0.1%-2%。
5.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：所述步骤2）含浸前处理剂；所述前处理剂为浓度为2%-5%的聚氧乙烯十六烷基醚溶液；溶剂为乙醇或者丙醇。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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