CN115223796A - 一种铝电解电容器用分散体及铝电解电容器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及固态电解电容技术领域，特别涉及一种铝电解电容器用分散体及铝电解电容器。所述分散体包括分散剂，以及分散于所述分散剂中的导电聚合物和添加剂，所述添加剂选自如下结构式所示化合物中的一种或多种，
所述化合物具有至少一个羟基和至少一个醚基，其中，R1、R2相互独立的选自含硫基团、含碳基团、氢，n为1‑10的整数。本发明的分散体使用具有多羟基醚结构的添加剂提升铝电解电容器的容量引出以及降低等效电阻，多羟基结构的添加剂可以促进导电高分子之间的交联作用，同时可以提升导电聚合物生成的电解质层与介质层Al2O3膜的结合紧密性，从而提升铝电解电容器的容量引出率，并且降低铝电解电容器的损耗值以及等效电阻。
Description
技术领域
本发明涉及固态电解电容技术领域，特别涉及一种铝电解电容器用分散体及铝电解电容器。
背景技术
固体电解电容器采用导电率高、热稳定度佳的固体导电材料作为电解质，与普通电解电容器相比，它不但具有普通电解电容器所有特性，尤其具有可靠性好、使用寿命长、高频低阻抗、耐特大纹波电流等特性，可用于计算机、通信、军事、工业控制等领域及照相机、录像机、平板电视、游戏机等消费类电子产品的新一代高档整机产品中，有利于电子产品的集成化和小型化，并可以克服液态电解电容器容易漏液、寿命短的弊端。随着国内电子信息产业的飞速发展，高分子固体电解电容器从近几年的发展趋势来看，固体电解电容器将逐步替代普通低压电解电容器，并将成为21世纪电子信息产业的支柱产品之一。
随着人们对固态电解电容器性能要求的提高，进一步提高导电高分子聚合物电解质电导率，降低电容器的等效电阻(ESR值)成为研究者共同追求的目标。但是，目前常用的添加剂与导电高分子聚合物存在相容性差、分散性不好等问题，阻碍了电荷的传输以及电导率的提高。尤为重要的是，在充放电过程中，固态电解电容器容量引出率会迅速下降，ESR值迅速增大，从而导致固态电解电容器性能迅速劣化而失效。
在分散体中加入适当的添加剂是提高聚合物导电性的一种有效途径。现有技术中使用聚乙二醇及其衍生物、聚甘油，主要作用是提升击穿电压。例如，公开号为CN103429796A的中国发明专利公开的借助聚甘油降低包含PEDOT/PSS作为固体电解质的电容器的ESR，但对于容量的提升并不明显。
发明内容
本发明目的是为克服现有技术中固态电解电容器容量引出较低，ESR较大的问题。为解决上述问题，本发明提供一种铝电解电容器用分散体以及采用该分散体制备得到的铝电解电容器。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下：
提供一种铝电解电容器用分散体，包括分散剂，以及分散于所述分散剂中的导电聚合物和添加剂，所述添加剂选自如下结构式所示化合物中的一种或多种，
所述化合物具有至少一个羟基和至少一个醚基，其中，R1、R2相互独立的选自含硫基团、含碳基团、氢，n为1-10的整数。n为1-10时分散剂的水溶性较好，若n＞10，会导致此分散剂的水溶性变差，影响电容器的整体性能。优选的，n为1-5的整数。
进一步的，R1、R2相互独立的选自磺酸根、硫酸根、羰基、羟基丙酮基、丙三醇基、丙二醇基、氢、烷基。
进一步的，R1、R2至少有一个选自羟基丙酮基、丙三醇基、丙二醇基。R1或R2携带羟基或者两端都携带羟基，结构式I所示的化合物中既有醚键，又有羟基，能够极大提高导电聚合物与介质氧化层的结合紧密性，这对于提升电容器的容量、降低ESR值是极为有利的。
进一步的，所述添加剂选自如下化合物1～12中的一种或多种：
进一步的，相对于所述分散体的总质量，所述添加剂的含量为0.01％-10％，进一步优选的所述添加剂的含量为0.1％-5％。当添加剂的含量过高时，会导致分散体粘度上升，影响含浸效果，对电容器的性能造成不利影响；而当结构式I所示的化合物的含量过低时，则无法起到明显的改善性能的作用。
进一步的，所述导电聚合物选自聚噻吩、聚吡咯、聚苯胺、及其衍生物中的一种或多种。优选聚噻吩及其衍生物，进一步优选聚(3,4-亚乙基二氧噻吩)。
进一步的，所述分散剂选自有机溶剂和/或水，所述分散剂优选水。分散体可以通过现有已知的方法制备获得。
本发明还提供一种铝电解电容器，其包括：表面具有介电层的阳极体、阴极体、隔膜以及覆盖介电层至少一部分的固体电解质层，所述固体电解质层是由以上所述分散体制备而成。
本发明提供的一种铝电解电容器用分散体及铝电解电容器，具有如下有益效果：
(1)本发明的铝电解电容器用分散体，使用具有多羟基醚结构的结构式I所示的化合物作为添加剂提升铝电解电容器的容量引出以及降低ESR值，其主要是由于多羟基结构可以促进导电高分子之间的交联作用，同时可以提升导电聚合物生成的电解质层与介质层Al2O3膜的结合紧密性，从而提升铝电解电容器的容量引出率，并且降低铝电解电容器的损耗值以及等效电阻。
(2)本发明的铝电解电容器用分散体，1≤n≤10的结构式所示化合物能够更好的溶解在分散体中，不会破坏分散体系，使得分散体不会出现粘度增大或凝胶。
具体实施方式
下面将结合具体实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通的技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明的保护范围。
本发明制备电解电容器采用的芯包选用16V1000规格，10*13尺寸大小的卷绕芯包。
实施例1
本实施例用于说明本发明公开的铝电解电容器分散体的制备方法，以及采用该分散体制备的铝电解电容器。
向PEDOT/PSS中加入化合物1，如表1所示，化合物1的质量分数为混合液总量的5％，使用磁力搅拌器常温搅拌6h，再通过均质机进行均质，即得本发明的铝电解电容器分散体。
将电解电容器芯包负压条件下浸没于本例制备的铝电解电容器分散体中30min并干燥，重复上述步骤3次，再经过封口装配成铝电解电容器。
实施例2
如表1所示，与实施例1相比，本实施例的区别仅在于，化合物1的质量分数为混合液总量的0.1％，其它参数及方法与实施例1相同。具体如下：
向PEDOT/PSS中加入化合物1，化合物1的质量分数为混合液总量的0.1％，使用磁力搅拌器常温搅拌6h，再通过均质机进行均质，即得本发明的铝电解电容器分散体。
将电解电容器芯包负压条件下浸没于本例制备的铝电解电容器分散体中30min并干燥，重复上述步骤3次，再经过封口装配成铝电解电容器。
实施例3
如表1所示，与实施例1相比，本实施例的区别仅在于，化合物1的质量分数为混合液总量的3％，其它参数及方法与实施例1相同。具体如下：
向PEDOT/PSS中加入化合物1，化合物1的质量分数为混合液总量的3％，使用磁力搅拌器常温搅拌6h，再通过均质机进行均质，即得本发明的铝电解电容器分散体。
将电解电容器芯包负压条件下浸没于本例制备的铝电解电容器分散体中30min并干燥，重复上述步骤3次，再经过封口装配成铝电解电容器。
实施例4
如表1所示，与实施例1相比，本实施例的区别仅在于，化合物1的质量分数为混合液总量的0.01％，其它参数及方法与实施例1相同。具体如下：
向PEDOT/PSS中加入化合物1，化合物1的质量分数为混合液总量的0.01％，使用磁力搅拌器常温搅拌6h，再通过均质机进行均质，即得本发明的铝电解电容器分散体。
将电解电容器芯包负压条件下浸没于本例制备的铝电解电容器分散体中30min并干燥，重复上述步骤3次，再经过封口装配成铝电解电容器。
实施例5
如表1所示，与实施例1相比，本实施例的区别仅在于，化合物1的质量分数为混合液总量的10％，其它参数及方法与实施例1相同。具体如下：
向PEDOT/PSS中加入化合物1，化合物1的质量分数为混合液总量的10％，使用磁力搅拌器常温搅拌6h，再通过均质机进行均质，即得本发明的铝电解电容器分散体。
将电解电容器芯包负压条件下浸没于本例制备的铝电解电容器分散体中30min并干燥，重复上述步骤3次，再经过封口装配成铝电解电容器。
对比例1
如表1所示，与实施例1相比，本实施例的区别仅在于未添加化合物1，其它参数及方法与实施例1相同。具体如下：
将PEDOT/PSS使用磁力搅拌器常温搅拌6h，再通过均质机进行均质，即得本发明的铝电解电容器分散体。
将电解电容器芯包负压条件下浸没于本例制备的铝电解电容器分散体中30min并干燥，重复上述步骤3次，再经过封口装配成铝电解电容器。
对比例2
如表1所示，与实施例1相比，本实施例的区别仅在于，将化合物1替换为甘油，其它参数及方法与实施例1相同。具体如下：
向PEDOT/PSS中加入甘油，如表1所示，甘油的质量分数为混合液总量的5％，使用磁力搅拌器常温搅拌6h，再通过均质机进行均质，即得本发明的铝电解电容器分散体。
将电解电容器芯包负压条件下浸没于本例制备的铝电解电容器分散体中30min并干燥，重复上述步骤3次，再经过封口装配成铝电解电容器。
对比例3
如表1所示，与实施例1相比，本实施例的区别仅在于，将化合物1替换为聚乙二醇400，其它参数及方法与实施例1相同。具体如下：
向PEDOT/PSS中加入聚乙二醇400，如表1所示，聚乙二醇400的质量分数为混合液总量的5％，使用磁力搅拌器常温搅拌6h，再通过均质机进行均质，即得本发明的铝电解电容器分散体。
将电解电容器芯包负压条件下浸没于本例制备的铝电解电容器分散体中30min并干燥，重复上述步骤3次，再经过封口装配成铝电解电容器。
实施例6
如表1所示，与实施例1相比，本实施例的区别仅在于，将化合物1替换为化合物2，化合物2的质量分数为混合液总量的3％，其它参数及方法与实施例1相同。具体如下：
向PEDOT/PSS中加入化合物2，化合物2的质量分数为混合液总量的3％，使用磁力搅拌器常温搅拌6h，再通过均质机进行均质，即得本发明的铝电解电容器分散体。
将电解电容器芯包负压条件下浸没于本例制备的铝电解电容器分散体中30min并干燥，重复上述步骤3次，再经过封口装配成铝电解电容器。
实施例7
如表1所示，与实施例1相比，本实施例的区别仅在于，将化合物1替换为化合物3，化合物3的质量分数为混合液总量的2％，其它参数及方法与实施例1相同。具体如下：
向PEDOT/PSS中加入化合物3，化合物3的质量分数为混合液总量的2％，使用磁力搅拌器常温搅拌6h，再通过均质机进行均质，即得本发明的铝电解电容器分散体。
将电解电容器芯包负压条件下浸没于本例制备的铝电解电容器分散体中30min并干燥，重复上述步骤3次，再经过封口装配成铝电解电容器。
实施例8
如表1所示，与实施例1相比，本实施例的区别仅在于，将化合物1替换为化合物5，化合物5的质量分数为混合液总量的1％，其它参数及方法与实施例1相同。具体如下：
向PEDOT/PSS中加入化合物5，化合物5的质量分数为混合液总量的1％，使用磁力搅拌器常温搅拌6h，再通过均质机进行均质，即得本发明的铝电解电容器分散体。
将电解电容器芯包负压条件下浸没于本例制备的铝电解电容器分散体中30min并干燥，重复上述步骤3次，再经过封口装配成铝电解电容器。
实施例9
如表1所示，与实施例1相比，本实施例的区别仅在于，将化合物1替换为化合物8，化合物8的质量分数为混合液总量的1％，其它参数及方法与实施例1相同。具体如下：
向PEDOT/PSS中加入化合物8，化合物8的质量分数为混合液总量的1％，使用磁力搅拌器常温搅拌6h，再通过均质机进行均质，即得本发明的铝电解电容器分散体。
将电解电容器芯包负压条件下浸没于本例制备的铝电解电容器分散体中30min并干燥，重复上述步骤3次，再经过封口装配成铝电解电容器。
实施例10
如表1所示，与实施例1相比，本实施例的区别仅在于，将化合物1替换为化合物4，其它参数及方法与实施例1相同。具体如下：
向PEDOT/PSS中加入化合物4，化合物4的质量分数为混合液总量的5％，使用磁力搅拌器常温搅拌6h，再通过均质机进行均质，即得本发明的铝电解电容器分散体。
将电解电容器芯包负压条件下浸没于本例制备的铝电解电容器分散体中30min并干燥，重复上述步骤3次，再经过封口装配成铝电解电容器。
实施例11
如表1所示，与实施例1相比，本实施例的区别仅在于，将化合物1替换为化合物6，其它参数及方法与实施例1相同。具体如下：
向PEDOT/PSS中加入化合物6，化合物6的质量分数为混合液总量的5％，使用磁力搅拌器常温搅拌6h，再通过均质机进行均质，即得本发明的铝电解电容器分散体。
将电解电容器芯包负压条件下浸没于本例制备的铝电解电容器分散体中30min并干燥，重复上述步骤3次，再经过封口装配成铝电解电容器。
实施例12
如表1所示，与实施例1相比，本实施例的区别仅在于，将化合物1替换为化合物7，其它参数及方法与实施例1相同。具体如下：
向PEDOT/PSS中加入化合物7，化合物7的质量分数为混合液总量的5％，使用磁力搅拌器常温搅拌6h，再通过均质机进行均质，即得本发明的铝电解电容器分散体。
将电解电容器芯包负压条件下浸没于本例制备的铝电解电容器分散体中30min并干燥，重复上述步骤3次，再经过封口装配成铝电解电容器。
实施例13
如表1所示，与实施例1相比，本实施例的区别仅在于，将化合物1替换为化合物9，其它参数及方法与实施例1相同。具体如下：
向PEDOT/PSS中加入化合物9，化合物9的质量分数为混合液总量的5％，使用磁力搅拌器常温搅拌6h，再通过均质机进行均质，即得本发明的铝电解电容器分散体。
将电解电容器芯包负压条件下浸没于本例制备的铝电解电容器分散体中30min并干燥，重复上述步骤3次，再经过封口装配成铝电解电容器。
实施例14
如表1所示，与实施例1相比，本实施例的区别仅在于，将化合物1替换为化合物10，其它参数及方法与实施例1相同。具体如下：
向PEDOT/PSS中加入化合物10，化合物10的质量分数为混合液总量的5％，使用磁力搅拌器常温搅拌6h，再通过均质机进行均质，即得本发明的铝电解电容器分散体。
将电解电容器芯包负压条件下浸没于本例制备的铝电解电容器分散体中30min并干燥，重复上述步骤3次，再经过封口装配成铝电解电容器。
实施例15
如表1所示，与实施例1相比，本实施例的区别仅在于，将化合物1替换为化合物11，其它参数及方法与实施例1相同。具体如下：
向PEDOT/PSS中加入化合物11，化合物11的质量分数为混合液总量的5％，使用磁力搅拌器常温搅拌6h，再通过均质机进行均质，即得本发明的铝电解电容器分散体。
将电解电容器芯包负压条件下浸没于本例制备的铝电解电容器分散体中30min并干燥，重复上述步骤3次，再经过封口装配成铝电解电容器。
实施例16
如表1所示，与实施例1相比，本实施例的区别仅在于，将化合物1替换为化合物12，其它参数及方法与实施例1相同。具体如下：
向PEDOT/PSS中加入化合物12，化合物12的质量分数为混合液总量的5％，使用磁力搅拌器常温搅拌6h，再通过均质机进行均质，即得本发明的铝电解电容器分散体。
将电解电容器芯包负压条件下浸没于本例制备的铝电解电容器分散体中30min并干燥，重复上述步骤3次，再经过封口装配成铝电解电容器。
对实施例1-16及对比例1-3制备的电解电容器进行性能测试：使用自动电子零件分析仪对电容器在120Hz频率下的静电容量、损耗值和100kHz频率下的等效电阻进行测试。
表1 实施例1-16及对比例1-3的分散体中化合物种类及含量
以上实施例和对比例的测试结果如下表2所示：
表2 实施例1-16及对比例1-3的制备的电解电容器的性能测试
由表2中数据可以看出，由本发明的铝电解电容器用分散体制备的电解电容器，静电容量(Cap)≥1021μF，电容损耗值(DF)≤3.01％，等效电阻(ESR)≤7.02mΩ，本发明的电解电容器具有较高的静电容量，较低的电容损耗值和等效电阻。
由表2中实施例1-5的测试结果可以看出，化合物1在分散体中的含量对电解电容器导电性能的提升密切相关。当化合物1的含量在0.1％-5％时，其分散体制备的电解电容器性能提升明显；当化合物1含量偏低时，分散体对氧化铝膜吸附作用较弱，对铝电解电容器无法起到明显的改善性能的作用；当化合物1含量偏高时，会导致分散体粘度上升，影响含浸效果，同时对电容器的性能造成影响。由表2中对比例1-3的测试结果可以看出，相对于现有技术，本发明的添加剂可提升铝电解电容器的容量引出率，并且降低铝电解电容器的损耗值以及等效电阻，大幅度提升铝电解电容器的导电性能及稳定性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种铝电解电容器用分散体，其特征在于，包括分散剂，以及分散于所述分散剂中的导电聚合物和添加剂，所述添加剂选自如下结构式所示化合物中的一种或多种，
所述化合物具有至少一个羟基和至少一个醚基，其中，R1、R2相互独立的选自含硫基团、含碳基团、氢，n为1-10的整数。
2.根据权利要求1所述的分散体，其特征在于，R1、R2相互独立的选自磺酸根、硫酸根、羰基、羟基丙酮基、丙三醇基、丙二醇基、氢、烷基。
3.根据权利要求2所述的分散体，其特征在于，R1、R2至少有一个选自羟基丙酮基、丙三醇基、丙二醇基。
4.根据权利要求1所述的分散体，其特征在于，所述添加剂选自如下化合物1～12中的一种或多种：
5.根据权利要求1～4任意一项所述的分散体，其特征在于，相对于所述分散体的总质量，所述添加剂的含量为0.01％-10％。
6.根据权利要求1～4任意一项所述的分散体，其特征在于，所述导电聚合物选自聚噻吩、聚吡咯、聚苯胺、及其衍生物中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的分散体，其特征在于，所述分散剂选自有机溶剂和/或水。
8.一种铝电解电容器，其包括：表面具有介电层的阳极体、阴极体、隔膜以及覆盖介电层至少一部分的固体电解质层，其特征在于，所述固体电解质层是由权利要求1～7中任意一项所述分散体制备而成。
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