一种原位聚合法制备固态电解电容器阴极的方法技术

本发明专利技术属于电子材料和电子元器件技术领域，具体涉及一种原位聚合法制备固态电解电容器阴极的方法，包括以下步骤：将化成好的并带有阳极引出端的阳极在

【技术实现步骤摘要】
一种原位聚合法制备固态电解电容器阴极的方法


[0001]本专利技术属于电子材料和电子元器件
，具体涉及一种原位聚合法制备固态电解电容器阴极的方法。

技术介绍

[0002]电容器作为基本的电子元件，被广泛使用在各种电子产品中。电解电容器是近几十年来随着电子产品对高频特性要求的不断提高，而发展起来的一类新型电容器，其在现代通信、计算机、高性能民用及军事电子产品中有着广泛的应用。电解电容器的发展主要体现在其所用电解质的演变上。传统的二氧化锰作为固态电解电容器的电解质在制作过程中要经过反复的高温加热，这对电容器的电介质膜极易造成损伤，致使电容器的漏电流较大。随着人们在有机导电材料研究方面的不断进展，开发出了许多适合于固态电解电容器使用的新型电解质材料。20世纪90年代以来，电解电容器多采用导电高分子材料作为阴极，导电高分子材料有聚(3,4
‑
乙烯二氧噻吩)(PEDOT)、聚苯胺(PANI)和聚吡咯(PPY)，其中导电率最高，稳定性最好的是PEDOT，PEDOT的使用可以使固态阀金属电解电容器具有高稳定性、高可靠性、低ESR的特点。
[0003]以固态铝电解电容器为例，商用的固态铝电解电容器制备PEDOT导电阴极层通常采用以下两种方法制得：第一种是直接含浸导电分散液被覆成膜的一步法，其方法选用PEDOT:PSS分散液作为阴极材料，将阳极铝箔浸渍在导电聚合分散液PEDOT:PSS中，使导电物质进入阳极孔内形成阴极薄膜，但其成膜效率受导电聚合液粒径、浸润性、表面被覆率以及附着均匀程度等诸多方面的影响，这都会严重影响PEDOT:PSS阴极薄膜质量的好坏，从而影响铝电解电容器的性能。另外一种方法是液相原位氧化聚合的两步法，其方法需先电解电容器阳极箔含浸到对甲苯磺酸铁的醇溶液中，被覆一层氧化剂膜；再浸渍单体乙撑二氧噻吩(EDOT)，二者发生聚合反应，得到PEDOT固态阴极。但由于此方法中选用的溶剂表面张力偏大，氧化剂层与单体层有效附着在阳极铝箔纳米级孔的面积有限，造成铝电解电容器的引出率低，等效串联电阻高、损耗大等问题。此外，此方法的第二步含需含浸单体，含浸过程中氧化剂成分部分溶于单体，因此会向单体中引入杂质，造成原料浪费。
[0004]可见，尽管PEDOT的性能较好，但是PEDOT导电阴极层不容易制备，限制了PEDOT的应用。

技术实现思路

[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种原位聚合法制备固态电解电容器阴极的方法，解决了现有技术中阴极薄膜性能与阴极的制备方法还不能同时满足要求的问题。
[0006]本专利技术具体是通过如下技术方案来实现的。
[0007]一种原位聚合法制备固态电解电容器阴极的方法，包括以下步骤：
[0008]将化成好的并带有阳极引出端的阳极在
‑
0.09～3MPa压力范围下，在由式(Ⅰ)所示化合物、氧化剂和极性非质子有机溶剂构成的混合溶液中浸渍，取出浸渍完的阳极进行反
应并干燥；重复以上操作多次，即在阳极表面生成了聚合物阴极。
[0009]在阳极表面生成聚合物阴极的反应为：
[0010][0011]其中，n＝50
‑
100；R1和R2相同或不同，分别独立地选自O、S、Se、Te或NH中的任意一种或几种；X代表苯环上的一个取代基，独立地选自H、卤素、氰基、硝基中的任意一种或几种。
[0012]进一步的，所述氧化剂为KMnO4、K2Cr2O7、HNO3、浓H2SO4、α
‑
(1,4)
‑
萘醌、β
‑
(1,2)
‑
萘醌、2,6
‑
二甲基苯醌、2,3,5,6
‑
四甲基苯醌、1,4
‑
苯醌、2
‑
(10
‑
羟基癸基)
‑
5,6
‑
二甲氧基
‑3‑
甲基
‑
1,4
‑
苯醌、四溴苯醌或四氯苯醌。
[0013]进一步的，所述极性非质子有机溶剂为甲醇、乙腈、丙酮、N
‑
甲基吡咯烷酮、N,N
‑
二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、三氯甲烷、三乙胺中的一种或几种。
[0014]进一步的，反应并干燥的温度为5～120℃，时间为3～10h。
[0015]进一步的，式(Ⅰ)所示化合物、氧化剂的摩尔量比为1:1.2～3.5。
[0016]进一步的，混合溶液的总质量浓度为0.05％～35％。
[0017]进一步的，浸渍的时间为1
‑
15分钟。
[0018]进一步的，重复的次数为3～10次。
[0019]本专利技术还提供了一种固态电解电容器，固态电解电容器的阴极上述方法制备。
[0020]固态电解电容器的制备方法，包括以下步骤：
[0021]将化成好的并带有阳极引出端的阳极在
‑
0.09～3MPa压力范围下，在由式(Ⅰ)所示化合物、氧化剂和极性非质子有机溶剂构成的混合溶液中浸渍，取出浸渍完的阳极进行反应并干燥；重复以上操作多次，即在阳极表面生成了聚合物阴极；在所述聚合物阴极的表面浸涂导电碳浆，室温固化后，浸涂银浆、放置银丝作为阴极引出端，制得固态电解电容器。
[0022]本专利技术与现有技术相比具有如下有益效果：
[0023](1)本专利技术将阳极置于式(Ⅰ)所示化合物、氧化剂和极性非质子有机溶剂构成的混合溶液中浸渍，式(Ⅰ)所示化合物在氧化剂、极性非质子有机溶剂下，于阳极表面发生聚合反应，生成聚合物阴极。与制备电解电容器阴极中的一步被膜法相比：本专利技术中单体与氧化剂在所选溶剂中完全溶解，二者可同时进入且附着在纳米级阳极箔孔径内部，后经热引发发生聚合反应，进而在阳极箔孔径内部原位生成均匀且致密的导电聚合物薄膜。此法由于是在直接孔径内部原位生成导电聚合物薄膜，故表面覆盖率更高，其阴极薄膜与阳极箔基底附着力更强，薄膜性能更佳；此外，由于薄膜在孔径原位生长，可以有效避免一步被膜法中存在的导电高分子粒径过大而无法高效进入孔内的问题。
[0024](2)与制备电解电容器阴极中的液相原位氧化聚合的两步法相比：本专利技术中单体与氧化剂可直接在同种溶剂中溶解，避免了二次浸渍单体造成的原料浪费，有效降低了生产成本。同时，所选溶剂对阳极铝箔的表面浸润性良好，有效提高薄膜被膜率。此外，此反应只需改变反应聚合条件(温度、质量浓度等)即可控制反应进程，从而调节薄膜性能，操作工
艺更为简便。
[0025](3)综上，采用本专利技术中原位生长的方法制备电解电容器阴极薄膜，与现有技术相比，操作步骤更简便，制备的薄膜性能更优异，从而使电解电容器可以得到等效串联电阻更低、损耗更小、容量引出率更高的效果。
附图说明
[0026]图1为本专利技术原位生长法制备铝电解电容器阴极薄膜的示意图。
具体实施方式
[0027]为了使本领域技术人员更好地理解本发本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种原位聚合法制备固态电解电容器阴极的方法，其特征在于，包括以下步骤：将化成好的并带有阳极引出端的阳极在
‑
0.09～3MPa压力范围下，在由式(Ⅰ)所示化合物、氧化剂和极性非质子有机溶剂构成的混合溶液中浸渍，取出浸渍完的阳极进行反应并干燥；重复以上操作多次，即在阳极表面生成了聚合物阴极；在阳极表面生成聚合物阴极的反应为：其中，n＝50
‑
100；R1和R2分别独立地选自O、S、Se、Te或NH中的任意一种；X代表苯环上的取代基，独立地选自H、卤素、氰基、硝基中的任意一种或几种。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述氧化剂为KMnO4、K2Cr2O7、HNO3、浓H2SO4、α
‑
(1,4)
‑
萘醌、β
‑
(1,2)
‑
萘醌、2,6
‑
二甲基苯醌、2,3,5,6
‑
四甲基苯醌、1,4
‑
苯醌、2
‑
(10
‑
羟基癸基)
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5,6
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：熊礼龙，程利华，杜显锋，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：