一种漏电流小的固态铝电解电容器及其制备方法
阅读说明：本技术 一种漏电流小的固态铝电解电容器及其制备方法 (Solid-state aluminum electrolytic capacitor with small leakage current and preparation method thereof ) 是由 胡少强 刘一民 刘晓明 潘振炎 于 2021-06-11 设计创作，主要内容包括：一种漏电流小的固态铝电解电容器,包括芯包和外壳,芯包密封设置在外壳内,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高分子导电聚合物,所述高分子导电聚合物包括PEDOT:PSS薄膜,在形成所述PEDOT:PSS薄膜的PEDOT:PSS分散液中加入有氨水,所述PEDOT:PSS分散液中PEDOT:PSS的重量浓度为0.5％-5％,PEDOT:PSS分散液的pH为4-6。在本发明中,PEDOT:PSS经过一定量的氨水处理后,在芯包中能够抑制PEDOT:PSS在阳极箔表面的降解,对甲苯磺酸因为分解产生的硫酸就少,对阳极箔表面的氧化铝的腐蚀就小,从而使得固态铝电解电容器的漏电流小。(A solid aluminum electrolytic capacitor with small leakage current comprises a core bag and a shell, wherein the core bag is arranged in the shell in a sealing mode, the core bag comprises an anode foil, electrolytic paper and a cathode foil, a high-molecular conductive polymer is formed between the anode foil and the cathode foil, the high-molecular conductive polymer comprises a PEDOT (polyethylene glycol terephthalate) PSS (Poly styrene) film, ammonia water is added into a PEDOT (polyethylene glycol terephthalate) PSS dispersion liquid for forming the PEDOT (polyethylene glycol terephthalate) PSS film, the weight concentration of the PEDOT (polyethylene glycol terephthalate) PSS) in the PEDOT (polyethylene glycol terephthalate) PSS dispersion liquid is 0.5% -5%, and the pH value of the PEDOT (polyethylene glycol terephthalate) PSS dispersion liquid is 4-6. In the invention, after the PEDOT and PSS are treated by a certain amount of ammonia water, the degradation of the PEDOT and PSS on the surface of the anode foil can be inhibited in the core bag, the sulfuric acid generated by the decomposition of the p-toluenesulfonic acid is less, the corrosion to the aluminum oxide on the surface of the anode foil is less, and the leakage current of the solid aluminum electrolytic capacitor is small.)
技术领域
本发明涉及一种固态铝电解电容器，尤其涉及一种以PEDOT:PSS为固态电解质的固态铝电解电容器及其制备方法，这种电容器的漏电流小。
背景技术
铝电解电容器的阳极是由铝金属组成，在阳极箔的表面形成有很多腐蚀坑，并且阳极箔的表面形成有电介质氧化膜，也就是氧化铝膜。与氧化膜接触的导电性电解质，在电解电容器中承担着真正阴极的角色。作为电容器真正的阴极，电解质的好坏极大的影响铝电解电容器的电气性能。
为了谋求铝电解电容器的大容量，在阳极箔和阴极箔之间夹入电解纸一起卷绕形成芯包；固态铝电解电容器在电解纸上吸附着具有导电性的高分子聚合物。
传统的固态铝电解电容器是在芯包上直接含浸导电高分子聚合物或者含浸单体和氧化剂，例如3，4-乙烯二氧噻吩和对甲苯磺酸铁，进行聚合反应形成导电高分子聚合物。形成高分子导电聚合物后，随着电容器充放电的进行，从导电高分子聚合物上脱掺杂的掺杂剂，以及由于掺杂剂分解的酸(例如从对甲苯磺酸产生的硫酸)会腐蚀氧化膜，导致电容器的电性能产生问题。同时，传统的PEDOT:PSS由于存在表面粗糙度比较高的缺点，使得固态铝电解电容器的电化学性能受到影响。
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，提供一种漏电流小的固态铝电解电容器及其制备方法；这种固态铝电解电容器的高分子导电聚合物薄膜对阳极箔表面的氧化介质的腐蚀小。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：一种漏电流小的固态铝电解电容器，包括芯包和外壳，所述芯包密封设置在外壳内，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高分子导电聚合物，所述高分子导电聚合物包括PEDOT:PSS薄膜，在形成所述PEDOT:PSS薄膜的PEDOT:PSS分散液中加入有氨水，所述PEDOT:PSS分散液中PEDOT:PSS的重量浓度为0.5％-5％，PEDOT:PSS分散液的pH为4-6。
上述的漏电流小的固态铝电解电容器，优选的，所述PEDOT:PSS中PEDOT和PSS的重量比为4:1-6:1。
上述的漏电流小的固态铝电解电容器的制备方法，包括以下步骤；
1)分散液的配置；将PEDOT:PSS分散在溶剂中，分散均匀后加入氨水搅拌均匀，得到分散液；
2)将芯包进行化成，并且清洗、干燥；
3)将步骤1)处理后的芯包含浸前处理剂，并且干燥；
4)将含浸有前处理剂的芯包含浸步骤1)得到的分散液，烘干；在阳极箔和阴极箔之间形成PEDOT:PSS薄膜；
5)含浸电解液；
6)组立、清洗并且老化。
上述的漏电流小的固态铝电解电容器的制备方法，优选的，所述步骤2)中前处理剂为硅烷偶联剂，所述步骤2)含浸的时间为1-5分钟；干燥的温度为45℃-200℃，时间为1-3小时。
上述的漏电流小的固态铝电解电容器的制备方法，优选的，所述步骤5)中的电解液包括溶剂和溶质，所述溶剂包括乙二醇；溶质包括葵二酸铵、硼酸、壬二酸氢铵、五硼酸铵、甘露醇和烷基葵二酸铵中的一种或者多种；所述添加剂包括对硝基苯酸铵、次亚磷酸铵、石墨中的一种或者多种。
上述的漏电流小的固态铝电解电容器的制备方法，优选的，所述步骤4)中烘干的温度为120-180℃时间为，20-40分钟。
与现有技术相比，本发明的优点在于：在本发明中，PEDOT:PSS经过一定量的氨水处理后，在芯包中能够抑制PEDOT:PSS在阳极箔表面的降解，对甲苯磺酸因为分解产生的硫酸就少，对阳极箔表面的氧化铝的腐蚀就小，从而使得固态铝电解电容器的漏电流小。同时，PEDOT：PSS通过氨水处理后，改善了膜的光滑度和导电性，从而在一定程度上增强了固态铝电解电容器的电化学性能。
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
一种漏电流小的固态铝电解电容器的制备方法，包括以下步骤，1)分散液的配置；将PEDOT:PSS分散在溶剂中，分散均匀后加入氨水搅拌均匀，得到分散液；在分散液中PEDOT:PSS的重量浓度为4％，PEDOT:PSS分散液的pH为5.5。本实施例中，分散液的溶剂采用的是去离子水。在本实施例中，PEDOT:PSS中PEDOT和PSS的重量比为4:1，这是因为需要保证PEDOT:PSS薄膜的电导率。
2)将芯包进行化成，并且清洗、干燥。
3)将步骤1)处理后的芯包含浸前处理剂，并且干燥；前处理剂为硅烷偶联剂，所述步骤2)含浸的时间为1-5分钟；干燥的温度为45℃-200℃，时间为1-3小时。
4)将含浸有前处理剂的芯包含浸步骤1)得到的分散液；然后烘干使得阳极箔和阴极箔之间形成PEDOT:PSS薄膜，烘干的温度为120-180℃时间为，20-40分钟。在阳极箔和阴极箔之间形成PEDOT:PSS薄膜。在含浸的时候，可以采用多次含浸的方式，例如采用两次含浸，第一次含浸的时间为2分钟，温度为常温；第一次含浸完成后直接在120-180℃的温度下干燥20-40分钟；第二次含浸的与第一次含浸的方法相同。第一次含浸和第二次含浸的步骤相同，均包括以下步骤：①将芯包放入到含浸液中进行常温含浸，时间为2分钟；
②含浸完成后，常温放置30-120分钟使得芯包自然吸收含浸液；
③若芯包底部有悬浊液滴，则用吸液纸将悬浊液滴吸干。
5)含浸电解液；在本实施例中，含浸电解液主要是为了修复在制备过程中阳极箔表面氧化膜的损伤。电解液采用常规电解液就可以，例如电解液包括溶剂和溶质，所述溶剂包括乙二醇；溶质包括葵二酸铵、硼酸、壬二酸氢铵、五硼酸铵、甘露醇和烷基葵二酸铵中的一种或者多种；所述添加剂包括对硝基苯酸铵、次亚磷酸铵、石墨中的一种或者多种。
6)组立、清洗并且老化。
本实施例上面的方法得到的固态铝电解电容器，在阳极箔和阴极箔之间形成的PEDOT:PSS薄膜是经过氨水处理过的。我们知道PEDOT:PSS的水分散液一般pH值在2-3之间，这是因为在水溶液中PEDOT:PSS会有一定的分解，所以使得分散液呈酸性，这个对阳极箔表面的氧化膜会有一定的损害。当然这个损害可以通过步骤5)含浸的电解液进行修复。但是在阳极箔和阴极箔之间形成PEDOT:PSS薄膜后，电容器最开始表现的性能是正常的，但是随着电容器充放电的循环，PEDOT链上的掺杂剂，也就是本实施例中的对甲苯磺酸分解产生硫酸，会对阳极箔表面的氧化膜产生损伤。
为了验证本实施例的效果，设置了对比例1，对比例1中的PEDOT：PSS没有经过氨水处理，其他的步骤与实施例1相同。
将对比例的固态铝电解电容器和实施例1的10个固态铝电解电容器，在45V、20A的电压和电流下充放电2000次，数据如下表：
由上表可知，实施例1中的固态铝电解电容器的电化学性能要好于对比例1，实施例1的LC值增加比对比例1要小得多。
为了进一步的阐述氨水在PEDOT：PSS分散液形成的PEDOT：PSS薄膜的过程中的作用机理，将步骤1)中得到的分散液均匀的涂覆在阳极箔上，然后烘干在阳极箔上形成PEDOT：PSS薄膜，涂覆采用的方式是在3500rpm的速度下旋涂在阳极箔表面上30秒钟。作为对比，用没有用氨水处理的PEDOT：PSS分散液均匀的涂覆在阳极箔上，并且在阳极箔上形成PEDOT：PSS薄膜，其他的都相同。测量两个薄膜的表面电导率和粗糙度，经过氨水处理的PEDOT：PSS薄膜的表面电导率和表面粗糙度分别为750S/cm和0.71nm；而没有经过氨水处理的PEDOT：PSS薄膜的表面电导率和表面粗糙度分别为510S/cm和0.91nm。由此可以看出，通过用氨水处理PEDOT：PSS分散液使得形成的PEDOT：PSS薄膜的电导率提高，并且降低表面粗糙度。这是是因为，在PEDOT：PSS分散液中加入氨水后，PEDOT：PSS分子上的PSS-H能够有效的和PSS-NH4进行交替；从而破坏了PSS分子之间的氢键；从而使得PSS单元的彼此聚集程度降低，从而释放了部分的PEDOT，从而提高薄膜的电导率；破坏氢键后PSS单元的聚集程度降低后薄膜的表面粗糙度也会降低。在成膜后由于PEDOT：PSS薄膜上PSS-NH4的存在能够抑制对甲苯磺酸因为分解而产生硫酸。