一种基于耐热的离子凝胶电解液的电容器及其制备方法与流程

本发明涉及一种电容器，尤其涉及一种基于耐热的离子凝胶电解液的电容器及其制备方法。

背景技术：

铝电解电容器由正负极铝箔铆接导针与电解纸卷绕成芯包，含浸电解液后，通过铝壳与胶塞密封形成，但是传统的铝电解电容器具有以下的缺点：1，卷绕而成的芯包，最后由胶带缠绕，电容器层与层之间存在空隙。2，电解液里一般存在0.5%~50%左右的水分，水分的存在能提高电解液的电导率，使得电容器有较小的esr值。但电容器高温寿命试验过程中，电解液挥发（包括水分）是导致产品失效的主要因素。3、传统的凝胶电解液的耐热性不好，在温度较高的情况下凝胶体系会被破坏。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种耐热性好、导电率高、寿命长，芯包结构稳定（与铝箔贴合紧密，层与层贴合紧密）的基于耐热的离子凝胶电解液的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：一种基于耐热的离子凝胶电解液的电容器，包括外壳和芯包，所述芯包上形成有凝胶电解液，所述凝胶电解液包括溶液体系和溶液体系，所述溶液体系和溶液体系的体积比例为1:4-7:1，所述溶液体系为在微波加热的情况下聚合得到的凝胶状高分子化合物，所述溶液体系附着在溶液体系上；所述溶液体系包括80%-95%的聚合单体、1-6%的rgo、1%-10%的交联剂、0.1-5%抗坏血酸钠和0.1%-5%的热引发剂；所述聚合单体包括丙烯酸、聚丙烯酸、丙烯酰胺、丙烯酸甲酯、丙烯酸异丁酯和甲基丙烯酸乙酯的一种或多种；所述溶液体系包括85%-95%的离子液体、5%-15的溶质和0.5-5%的添加剂，所述离子液体包括1-丁基吡啶四氟硼酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐、丁基吡咯烷双三氟甲磺酰亚胺盐、1-乙基-3-甲基咪唑鎓乙基硫酸乙酯、n-甲基-丙基哌啶双三氟甲磺酰亚胺盐和bmipf¬6中的一种或几种。

上述的基于耐热的离子凝胶电解液的电容器，优选的，所述聚合单体包括聚合单体为丙烯酰胺。

上述的基于耐热的离子凝胶电解液的电容器，优选的，所述交联剂包括甲基丙烯酸-2-乙基己酯、聚乙二醇二丙烯酸酯、甲基丙烯酸-2-羟基乙酯、三乙二醇二甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸-2-羟基丙酯和甲基丙烯酸甲酯的一种或多种。

上述的基于耐热的离子凝胶电解液的电容器，优选的，所述热引发剂包括过氧化氢、过硫酸盐和氢过氧化物的一种或多种。

上述的基于耐热的离子凝胶电解液的电容器，优选的，所述溶质包括丁二酸、戊二酸、己二酸、己二酸铵、辛二酸铵、壬二酸铵、癸二酸铵、1,7-癸二酸铵、异癸二酸铵、烷基癸二酸铵、十二双酸铵、2-己基己二酸、硼酸、聚乙烯醇、聚乙二醇、磷酸丁酯、磷酸单丁酯、五硼酸铵、苯二酸、对苯二酸、柠檬酸的一种或多种。

在本发明中，通过阳极氧化过程在阳极上产生三氧化二铝介质膜，从而对阳极进行修复，阳极反应如下：

式中r^n-为电解液中电解质n价的含氧酸根负离子。

上述的基于耐热的离子凝胶电解液的电容器，优选的，所述添加剂包括对硝基苯酚、邻硝基苯酚、间二硝基苯、对硝基苯甲醚或对硝基苯甲醇、次亚磷酸铵的一种或多种。

对硝基苯酚、邻硝基苯酚、间二硝基苯、对硝基苯甲醚和对硝基苯甲醇属于消氢剂，目的在于吸收电容器工作时内部化学反应产生的气体（氢气和水蒸气），降低电容器内部压力、避免其底凸、开阀，消氢剂主要成分是含硝基、芳香环类基团的化合物，可以有效吸收电解液中多余的h⁺，其化学反应过程如下所示：

次亚磷酸铵属于阻化剂，化剂的作用是抑制或阻止电容器氧化膜、工作电解液的变性、恶化。其中，电解液中的水易和铝电解电容器的γ-al2o3介质膜反应，形成水合氧化膜，使得电介质的耐压能力下降、损耗角变大，进而影响电容器的电气化性能。氧化膜水合反应如下式所示：

通过使用磷酸、亚磷酸、次亚磷酸、磷酸二氢铵类含磷元素的添加剂，可以有效的吸附在介质膜表面并与游离的结合，转变成稳定的磷酸铝结构，反应如下所示，氧化膜的抗水合、耐腐蚀能力得到提高。

一种基于耐热的离子凝胶电解液的电容器及其制备方法的制备方法，包括以下步骤，1）裁切，将电极箔和电解纸裁切成预定宽度；

2）钉卷，将导针与铝箔铆接在一起，然后与电解纸层叠卷绕成芯包；

3）溶液体系的制备，将聚合单体、rgo、交联剂和抗坏血酸钠混合均匀，并且用超声分散；加入热引发剂并且在常温条件下持续搅拌30-120min，搅拌完成后常温静置；

4）溶液体系的制备，将离子液体和溶质混合后，加入添加剂，搅拌30~60min；

5）将溶液体系和溶液体系按照1:4-10:1的体积比混合，常温搅拌1-12h；

6）含浸，芯包含浸步骤5）的混合溶液；

7）聚合，将步骤6）的芯包放在微波加热的条件下聚合30min-5h，微波加热的温度为70-100℃；

8）组立。

上述的基于耐热的离子凝胶电解液的电容器的制备方法，所述步骤7）中微波加热的时间为1h，所述步骤5）中溶液体系和溶液体系的体积比为1:3。

常规加热聚合，热量传导至电解液内部需要一定时间，导致聚合反应慢。凝胶电解液在高温环境下时间过长会导致，电解液挥发影响电解液性能。特别是电容器素子含浸凝胶电解液一直含液量比较少，素子长时间处于高温下，电解液挥发严重，加上聚合反应时为放热反应，会导致素子内部温度更高，容易致使凝胶变少，素子变干。在本发明中，微波红外加热，具有选择性加热，加热时间快，且微波可以穿过电解液直达电解液内部，可以使凝胶电解液直接聚合，这样电解液的挥发较少，能够有效的保证电容器的寿命。

在本发明中，溶液体系为离子液体溶液，离子液体全部由离子组成的液体。有优异的耐热性、高离子电导率、较宽的电化学窗口、不挥发、不易燃以及超卓的安全性，溶液体系的电导率高，也就使得本发明的电容器内阻小；并且在溶液体系中加入溶质使得离子液体溶液具有自我修复的能力；同时添加剂的使用能够提高本发明电容器的电性能。

在本发明中，rgo具有优异的耐热性，使复合导电凝胶具有很好的耐热性，rgo在凝胶中起到了物理交联的作用，够在一定程度上提高凝胶的耐热性。抗坏血酸钠能够使go上的含氧官能团去除，形成复六元环共轭结构，有效地还原氧化石墨烯；本发明的复合导电凝胶具有良好的导电性和热稳定性，作为固体电解质，用于铝电解电容器中，使得铝电解电容器有优异的esr和耐热性。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明采用凝胶电解液，使得芯包内部的结构稳定（凝胶电解液与铝箔贴合紧密，层与层贴合紧密）；rgo的加入能够保证凝胶电解液的耐热性和电导率。

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

一种基于耐热的离子凝胶电解液的电容器及其制备方法，包括外壳和芯包，芯包上形成有凝胶电解液，凝胶电解液包括溶液体系和溶液体系，溶液体系和溶液体系的体积比例为1:4-7:1，溶液体系为在微波加热的情况下聚合得到的凝胶状高分子化合物，溶液体系附着在溶液体系上；所述溶液体系包括90%的丙烯酰胺、4%的rgo、3.5%的聚乙二醇二丙烯酸酯、0.5%抗坏血酸钠和2%的过硫酸铵。溶液体系包括90%的1-乙基-3-甲基咪唑鎓乙基硫酸乙酯、9%的己二酸铵和1%的对硝基苯甲酸。

一种基于耐热的离子凝胶电解液的电容器及其制备方法的制备方法，包括以下步骤，1）裁切，将电极箔和电解纸裁切成预定宽度；

2）钉卷，将导针与铝箔铆接在一起，然后与电解纸层叠卷绕成芯包；

3）溶液体系的制备，将丙烯酰胺、rgo、聚乙二醇二丙烯酸酯和抗坏血酸钠混合均匀，并且用超声分散；加入过硫酸铵并且在常温条件下持续搅拌30-120min，搅拌完成后常温静置；

4）溶液体系的制备，将离子液体和溶质混合后，加入添加剂，搅拌30~60min；

5）将溶液体系和溶液体系按照1:3的体积比混合，常温搅拌5h；

6）含浸，用真空含浸的方式将芯包含浸步骤5）的混合溶液；

7）聚合，将步骤6）的芯包放在微波加热的条件下聚合1h，微波加热的温度为70-100℃；

8）组立。

本实施例中，pam/rgo复合导电凝胶具有良好的导电性和热稳定性，作为固体电解质，用于铝电解电容器中，使得铝电解电容器有优异的esr和耐热性。