一种固体电解电容器碳胶层及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种固体电解电容器碳胶层的制备方法，所述方法是将需要涂覆碳胶层的电极浸入含有导电非金属、粘结剂和有机溶剂的乳液中，经固化后得到碳胶层；所述导电非金属为石墨烯材料。本发明专利技术制备的固体电解电容器电极碳胶层，提高了碳胶层与银浆层的结合力，减少了固体电解电容器电极碳胶层中的碳含量，而不降低材料的导电性能，减小了接触电阻，增加了耐热性，适合大规模推广使用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，具体涉及一种基于石墨烯衍生材料的固体电解电容器碳胶层及制备方法，尤其涉及一种以石墨烯衍生材料为导电非金属的固体电解电容器电极碳胶层及其制备方法，属于固体电解电容器

技术介绍
电容(Capacitance)，又称电容量，是指在给定电位差下的电荷储藏量，是表征电容器容纳电荷本领的物理量。电容器的两极板间的电势差增加I伏所需的电量为电容器的电容。从物理学上讲，电容器是一种静态电荷存储介质，像只能够充存电荷的水桶，前提是没有放电回路，且刨除介质漏电的自放电效应。电容器的基本作用就是充电与放电，这种基本的充放电作用所延伸出来的许多电路现象，使得电容器有着种种不同的用途，例如在电动马达中，我们用它来产生相移；在照相闪光灯中，用它来产生高能量的瞬间放电；在电路中，利用电容器隔断直流、连通交流、阻止低频的特性，用来进行耦合、隔直、旁路、滤波、调谐、能量转换和自动控制等。电容器按电介质的不同可分为无机介质电容器、有机介质电容器和电解电容器三大类。电解电容器通常是由金属箔(铝/钽)作为正电极，金属箔的绝缘氧化层(氧化铝/钽五氧化物)作为电介质。电解电容器以其正电极的不同分为钽电解电容器和铝电解电容器。钽电解电容器的负电极通常采用二氧化锰；而铝电解电容器的负电极由浸过电解质液(液态电解质)的薄纸/薄膜或电解质聚合物构成。固态电解电容是采用导电性高分子为介电材料的电解电容。所述的导电性高分子材料不会与氧化铝产生作用，通电后不至于发生爆炸的现象；同时固态电解电容为固态产品，不存在由于受热膨胀导致爆裂的情况。如图I所示常见的固态电解电容器，包括有阳极部分3和阴极部分1，阴极部分I的中央为多孔性铝金属箔4，多孔性铝金属箔4的外部依次为氧化铝介电层5、导电高分子层6、碳胶层7、银胶层8。其中碳胶层的作用一方面防止银胶层与聚合物直接接触导致银迁移使漏电流变大；另一方面是作为过渡层降低银胶层与聚合物的接触电阻，还可以防止银被导电聚合物层中的氧化物所氧化。现有技术所用碳胶层一般采用石墨与碳的混合物作为导电非金属。所述这种技术的缺陷是一方面，由于碳材料表面结构复杂、界面电阻较大，在倍率充放电时容量会大幅度的下降；另外一般工艺的碳由于质地疏松，且在聚合物层表面分布松散，从而影响固体电解电容器电极片的厚度。因此，尽量减少碳胶层中的碳含量，同时又不降低材料的导电性能，是目前固体电解电容器电极碳胶层的制备中亟待解决的问题。
技术实现思路
针对现有技术中固体电解电容器碳胶层存在的碳含量高，碳胶层厚，而降低碳含量，碳胶层导电性又不好的问题，本专利技术利用石墨烯极其优良的导电性和巨大的比表面积，选用石墨烯替代现有技术中的石墨和碳的混合物。、石墨烯(Graphene)是单原子厚度的碳原子层,是碳原子以sp2杂化碳原子形成的厚度仅为单层原子的六角平面的排列成蜂巢晶格(Honeycomb Crystal Lattice)的单层二维晶体。本专利技术选用具有极其优良的导电性及巨大的比表面积的石墨烯取代石墨与碳的混合物，用作固体电解电容器电极碳胶层的导电非金属。本专利技术的目的之一在于提供一种固体电解电容器碳胶层的制备方法。所述方法是将需要涂覆碳胶层的电极浸入含有导电非金属、粘结剂和有机溶剂的乳液中，经固化后得 到碳胶层；所述导电非金属为石墨烯材料；所述导电非金属为石墨烯类材料。本专利技术所述的固体电解电容器硅胶层的制备方法是采用浸溃法，将含有石墨烯材料、粘结剂和有机溶剂的乳液涂覆于需要涂覆碳胶层的电极上，然后将涂覆于电极上的乳液中的有机溶剂去除，固化得到涂覆于电极上的碳胶层。 石墨烯材料具有优良的导电性，本专利技术在碳胶层中加入石墨烯，能够保证在碳含量很低的情况下，依然保持良好的导电性。石墨烯材料大的比表面积，使得粘结剂能够深入内部，进而能够更加牢固的与银胶层结合。与石墨和碳的混合物相比，选用石墨烯作为导电非金属，能够在获得相同导电性的前提下减小碳的含量，并且能够增加碳胶层与银胶层的结合力。本专利技术所述石墨烯类材料选自石墨烯或石墨烯衍生材料。由此，本领域技术人员能够获知的石墨烯类材料均可用于本专利技术，尤其是具有大的比表面积和好的导电性的石墨烯材料或者石墨烯衍生材料。所谓的石墨烯衍生材料是指在石墨烯材料上引入基团得到的衍生材料，例如石墨烯加氢或者加氟反应后得到的衍生材料，或者石墨烯与聚合物进行结合得到的衍生材料等。石墨烯通过与一些贵金属纳米粒子或者与有机导电高分子材料等形成的复合材料，在电容性能方面表现非常优异。石墨烯衍生材料的获得已经有很多报道，本领域技术人员有能力获得，此处不再赘述。优选地，本专利技术所述的石墨烯类材料具有三维结构，且表面含有大量纳米级微孔。进一步地，电导率彡100mS/m的石墨烯类材料，例如电导率为105mS/m的石墨烯类材料、112mS/m的石墨烯类材料以及134mS/m的石墨烯类材料等,或者表面具有孔径在2nm-100nm范围内的微孔的石墨烯类材料，例如石墨烯类材料的表面微孔孔径为2-4nm、3-7nm、4. 5-8. 8nm以及7-10nm等，更加适合于本专利技术。本领域技术人员能够获知的可以制备出表面有大量纳米级微孔的石墨烯材料或者石墨烯衍生材料的方法均可用于实现本专利技术，典型但非限制性的实例有微波膨化处理氧化石墨烯、利用水合肼等强还原剂还原氧化石墨烯、电化学还原氧化石墨烯、高温加热处理氧化石墨烯等。所述的制备表面有大量微米级孔的石墨烯材料或石墨烯衍生材料的方法，本领域技术人员可以根据掌握的专业知识和查阅相关资料获得。特别优选能够制备出电导率彡100mS/m和/或表面有大量孔径范围为2nm_100nm的微孔的石墨烯衍生材料的方法用于本专利技术。例如CN 102070140 A公开了一种制备高比表面积石墨烯材料的方法。CN 102070140 A公开了一种利用强碱处理得到高比表面积石墨烯材料的方法，利用强碱和碳在高温下的反应，热处理或者微波辐照得到的石墨烯粉末进行进一步化学处理，从而快速的、大批量的在石墨烯表面腐蚀出纳米量级的微孔，极大地提高其比表面积，并且高温处理可进一步还原石墨烯，从而保证所得到材料的高导电性。CN 102070140 A公开的方法制备得到的石墨烯材料不仅具有三维、多孔的结构，其比表面积高达1500m2/g-3000m2/g，同时所得到的石墨烯材料还具有高的导电性。优选地，所述表面含有大量纳米级微孔的具有三维结构的石墨烯材料的制备过程为将热处理或者微波辐照得到的石墨烯粉末与强碱反应，经过后处理制备得到。具体地，制备表面含有大量纳米级微孔的具有三维结构的石墨烯材料步骤包括(I)将氧化石墨置于水中，进行超声处理，得到氧化石墨悬浮液；(2)配置强碱水溶液；(3)将步骤(2)的强碱水溶液加入到步骤(I)的氧化石墨悬浮液中，搅拌，过滤，干燥；(4)将步 骤(3)干燥后所得到的固体烧结；(5)将步骤(4)得到的固体进行水洗、过滤、干燥。优选地，在所述石墨烯的制备方法中，步骤(I)所述超声时间为l_5h，例如lh、I. 2h、2h、2. 4h、3. 5h、4. lh、4. 9h 及 5h 等，优选 2_3h，进一步优选 2. 5h。优选地，步骤(I)所述氧化石墨在水中的浓度为O. Ol-lOmg/mL,例如O. 01mg/mL、0. 04本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种固体电解电容器碳胶层的制备方法，其特征在于，所述方法是将需要涂覆碳胶层的电极浸入含有导电非金属、粘结剂和有机溶剂的乳液中，经固化后得到碳胶层；所述导电非金属为石墨烯类材料。2.如权利要求I所述的方法，其特征在于，所述石墨烯类材料选自石墨烯或石墨烯衍生材料； 优选地，所述石墨烯类材料具有三维结构，且表面含有大量纳米级微孔；优选地，所述石墨烯类材料的电导率> 100mS/m ;进一步优选地，所述石墨烯类材料的表面具有孔径在2nm-100nm范围内的微孔； 优选地，所述表面含有大量纳米级微孔的具有三维结构的石墨烯类材料的制备过程为将热处理或者微波辐照得到的石墨烯粉末与强碱反应，经过后处理制备得到。3.如权利要求I或2所述的方法，其特征在于，所述粘结剂为树脂类粘结剂，所述树脂类粘结剂优选环氧树脂、丙烯酸树脂、聚甲基丙烯酸甲酯和聚胺树脂中的I种或至少2种的组合，进一步优选环氧树脂； 优选地，所述有机溶剂为N，N- 二甲基甲酰胺、I-甲基-2-吡咯烷酮、二甲基亚砜、四氢呋喃、碳酸丙烯酯、丙酮、乙腈、吡啶和氯苯中的I种或至少2种的组合，优选N，N-二甲基甲酰胺和/或I-甲基-2-吡咯烷酮。4.如权利要求1-3之一所述的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤 (1)将石墨烯材料、树脂类粘结剂、有机溶剂混合均匀制成乳液； (2)将需要涂覆碳胶层的电极在阴极层制备乳液中采用浸溃法覆盖上碳胶层乳...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁兆龙，王振中，
申请(专利权)人：常州第六元素材料科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：