一种固态铝电解电容器及其制备方法

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

铝电解电容器是最为重要和常见的被动元器件，其分为液态铝电解电容器和固态铝电解电容器，液态铝电解电容器由于电解质是液态的，容易出现防爆阀开阀而漏液的现象，严重的会产生爆炸从而损坏电路板。而固态铝电解电容器由于电解质是固态的，其机械性能差具体表现有循环稳定性差，这是因为在电容器充放电循环得过程中，电子会在固态电解质上移动，从而引起固态电解质的膨胀和收缩，而固态电解质的机械性能差，在几百上千次的循环过程中固态电解质可能从阳极箔上脱离从而使得电容的引出率降低而使得电容器失效。

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，提供一种循环稳定性好并且内阻低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，包括芯包和外壳，所述芯包通过橡胶塞密封设置在外壳内，其特征在于：所述芯包包括阳极箔、电解纸和阴极箔 ，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混合有柔性导电碳布粉末，所述柔性导电碳布粉末的重量为导电高分子聚合物重量5-15%。

上述的固态铝电解电容器，优选的，所述柔性导电碳布粉末的粒径为1μm-100微米。

上述的固态铝电解电容器，优选的，所述导电高分子聚合物包括PEDOT：PSS，所述PEDOT的分子量大于PSS的分子量。

上述的固态铝电解电容器，优选的，所述导电高分子聚合物包括PEDOT：PSS和PEDOT，所述PEDOT：PSS内混和有柔性导电碳布粉末；在芯包内先含浸PEDOT：PSS和柔性导电碳布粉末的混合分散液形成PEDOT：PSS薄膜，然后再含浸EDOT单体和氧化剂形成PEDOT薄膜。

一种固态铝电解电容器的制作方法，优选的，包括以下步骤；

1）将阳极箔、电解纸和阴极箔卷绕成芯包；

2）将PEDOT：PSS分散在分散中，PEDOT：PSS在分散液中的浓度为5%以下，在PEDOT：PSS分散液中加入柔性导电碳布粉末并且分散均匀，柔性导电碳布粉末的重量为导电高分子聚合物重量5-15%；

3）含浸步骤2）中的分散液，干燥在芯包的阳极箔和阴极箔之间形成PEDOT：PSS薄膜；

4）将完成步骤3）的芯包通过橡胶塞密封设置在外壳内。

上述的固态铝电解电容器的制作方法，优选的，所述含浸包括真空含浸、加压含浸或者加热含浸中的一种。

上述的固态铝电解电容器的制作方法，优选的，所述步骤2）中分散液的溶剂包括无水甲醇、无水乙醇、无水丙醇、DMF或丙酮中的一种或者多种。

上述的固态铝电解电容器的制作方法，优选的，所述步骤2）中的柔性导电碳布粉末先在去离子水中清洗干净，然后在有机溶剂中超声分散2小时以上后取出风干；所述有机溶剂与步骤2）中分散液的溶剂相同。

上述的固态铝电解电容器的制作方法，优选的，所述步骤3）之后进行步骤3.1）-步骤3.4）1-3次；

3.1）将芯包含浸EDOT单体的分散液，干燥；

3.2）含浸氧化剂溶液；氧化剂为对甲苯磺酸铁、过硫酸铵、过硫酸钠中的一种或者多种；

3.3）聚合在阳极箔和阴极箔之间形成导电高分子聚合物，聚合工艺分为三个阶段第一阶段温度50-65℃，时间15-20min；第二阶段温度为80-100℃，时间20-25min；第三阶段温度140-155℃，时间15-20min；

3.4）将聚合完成后的芯包进行清洗、干燥。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明中在固态电解质PEDOT：PSS中混入有柔性导电碳布粉末，这样在PEDOT：PSS分散液在干燥成膜的时候就会围绕柔性导电碳布粉末开始形成导电高分子薄膜，在柔性导电碳布粉末的作用下PEDOT：PSS薄膜的稳定性会增加，同时柔性导电碳布粉末也能够降低PEDOT：PSS薄膜的电阻从而降低固态铝电解电容器的内阻。

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

一种固态铝电解电容器，包括芯包和外壳，芯包通过橡胶塞密封设置在外壳内，芯包包括阳极箔、电解纸和阴极箔 ，阳极箔和阴极箔之间形成有导电高分子聚合物PEDOT：PSS，导电高分子聚合物混合有柔性导电碳布粉末，柔性导电碳布粉末的重量为导电高分子聚合物重量5%，柔性导电碳布粉末的粒径为1μm -100μm，最好是30μm -50μm。在本实施例中，由于柔性导电碳布粉末基本没有明显的尖端，具有很好的柔韧性；其加入到PEDOT：PSS薄膜中后能够给PEDOT：PSS的收缩和膨胀起到支撑作用。柔性导电碳布其优异的导电性使得其粉末加入到PEDOT：PSS薄膜中后能够提高PEDOT：PSS薄膜的导电性。PEDOT的电导率本身是很高的，但是在PEDOT薄膜中掺杂有PSS形成PEDOT：PSS薄膜的电导率会降低，这对于固态铝电解电容器的内阻会有一定的影响，通过柔性导电碳布粉末对PEDOT：PSS薄膜的电导率的提高能够减低这一影响。

在本实施例中，PEDOT：PSS薄膜中PEDOT与PSS的摩尔比为4:1，这是因为过多的PSS会影响PEDOT：PSS薄膜的电导率。

本实施例提供一种固态铝电解电容器的制作方法，包括以下步骤；

1）将阳极箔、电解纸和阴极箔卷绕成芯包；

2）将PEDOT：PSS分散在分散中，PEDOT：PSS在分散液中的浓度为4%，在PEDOT：PSS分散液中加入柔性导电碳布粉末并且分散均匀，柔性导电碳布粉末的重量为导电高分子聚合物重量5%；分散液的溶剂为无水乙醇。柔性导电碳布粉末先在去离子水中清洗干净，然后在无水乙醇中超声分散2小时以上后取出风干。

3）含浸步骤2）中的分散液，干燥在芯包的阳极箔和阴极箔之间形成PEDOT：PSS薄膜；含浸的时候采用真空含浸。

4）将完成步骤3）的芯包通过橡胶塞密封设置在外壳内。

本实施例中在固态电解质PEDOT：PSS中混入有柔性导电碳布粉末，这样在PEDOT：PSS分散液在干燥成膜的时候就会围绕柔性导电碳布粉末开始形成导电高分子薄膜，在柔性导电碳布粉末的作用下PEDOT：PSS薄膜的稳定性会增加，同时柔性导电碳布粉末也能够降低PEDOT：PSS薄膜的电阻从而降低固态铝电解电容器的内阻。

实施例2

一种固态铝电解电容器，包括芯包和外壳，芯包通过橡胶塞密封设置在外壳内，芯包包括阳极箔、电解纸和阴极箔 ，阳极箔和阴极箔之间形成有导电高分子聚合物PEDOT：PSS，导电高分子聚合物混合有柔性导电碳布粉末，柔性导电碳布粉末的重量为导电高分子聚合物重量15%，柔性导电碳布粉末的粒径为1μm-100微米。

在本实施例中，PEDOT：PSS薄膜中PEDOT与PSS的摩尔比为4:1，这是因为过多的PSS会影响PEDOT：PSS薄膜的电导率。

在本实施例中，导电高分子聚合物包括PEDOT：PSS和PEDOT，PEDOT：PSS内混和有柔性导电碳布粉末；在芯包内先含浸PEDOT：PSS和柔性导电碳布粉末的混合分散液形成PEDOT：PSS薄膜，然后再含浸EDOT单体和氧化剂形成PEDOT薄膜。

本实施例提供一种固态铝电解电容器的制作方法，包括以下步骤；

1）将阳极箔、电解纸和阴极箔卷绕成芯包；

2）将PEDOT：PSS分散在分散中，PEDOT：PSS在分散液中的浓度为1%，在PEDOT：PSS分散液中加入柔性导电碳布粉末并且分散均匀，柔性导电碳布粉末的重量为导电高分子聚合物重量15%；分散液的溶剂为无水乙醇。柔性导电碳布粉末先在去离子水中清洗干净，然后在无水乙醇中超声分散2小时以上后取出风干。

3）含浸步骤2）中的分散液，干燥在芯包的阳极箔和阴极箔之间形成PEDOT：PSS薄膜；含浸的时候采用真空含浸。

4）将完成步骤3）的芯包通过橡胶塞密封设置在外壳内。

实施例3

一种固态铝电解电容器，包括芯包和外壳，芯包通过橡胶塞密封设置在外壳内，芯包包括阳极箔、电解纸和阴极箔 ，阳极箔和阴极箔之间形成有导电高分子聚合物PEDOT：PSS，导电高分子聚合物混合有柔性导电碳布粉末，柔性导电碳布粉末的重量为导电高分子聚合物重量8%，柔性导电碳布粉末的粒径为1μm-100微米。

在本实施例中，PEDOT：PSS薄膜中PEDOT与PSS的摩尔比为4:1，这是因为过多的PSS会影响PEDOT：PSS薄膜的电导率。

本实施例提供一种固态铝电解电容器的制作方法，包括以下步骤；

1）将阳极箔、电解纸和阴极箔卷绕成芯包；

2）将PEDOT：PSS分散在分散中，PEDOT：PSS在分散液中的浓度为2%，在PEDOT：PSS分散液中加入柔性导电碳布粉末并且分散均匀，柔性导电碳布粉末的重量为导电高分子聚合物重量8%；分散液的溶剂为无水乙醇。柔性导电碳布粉末先在去离子水中清洗干净，然后在无水乙醇中超声分散2小时以上后取出风干。

3）含浸步骤2）中的分散液，干燥在芯包的阳极箔和阴极箔之间形成PEDOT：PSS薄膜；含浸的时候采用真空含浸。

步骤3）之后进行步骤3.1）-步骤3.4）1-3次；

3.1）将芯包含浸EDOT单体的分散液，干燥；

3.2）含浸氧化剂溶液；氧化剂为对甲苯磺酸铁；

3.3）聚合在阳极箔和阴极箔之间形成导电高分子聚合物，聚合工艺分为三个阶段第一阶段温度50-65℃，时间15-20min；第二阶段温度为80-100℃，时间20-25min；第三阶段温度140-155℃，时间15-20min；

3.4）将聚合完成后的芯包进行清洗、干燥。

对比例1

对比例1与实施例1相比在PEDOT:PSS的分散液中没有加入柔性导电碳布粉末，也就是说在PEDOT:PSS薄膜中没有柔性导电碳布粉末。其他与实施例1相同。

对比例2

对比例2与实施例3相比也是在PEDOT:PSS的分散液中没有加入柔性导电碳布粉末，也就是说在PEDOT:PSS薄膜中没有柔性导电碳布粉末。其他与实施例3相同。

表一为实施例1、实施例2、实施例3、对比例1和对比例2中各取10个产品测试其初始电容量、内阻和在额定电压下充放电循环2000次后的电容量以及容量保持率。

从上表可知，实施例1、实施例2和实施例3的循环稳定性均比对比例1和对比例2好，实施例2要比实施例1要好，这是因为实施例2的导电高分子聚合物中柔性导电碳布粉末要比实施例1多。实施例3中的电容量最高，这是因为实施例3在含浸有PEDOT:PSS和柔性导电碳布粉末分散液后还含浸有EDOT并且聚合形成有PEDOT，故电容量最高，但是这种多层结构的循环稳定性会要变差。