一种基于光聚合凝胶离子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，尤其涉及一种基于光聚合凝胶离子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。

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，提供一种保湿性好，寿命长，保持芯包结构稳定（与铝箔贴合紧密，层与层贴合紧密），电气特性稳定，能自我修复氧化膜，降低漏电流的基于光聚合凝胶离子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：一种基于光聚合凝胶离子电解液的电容器，包括外壳和芯包，所述芯包密封设置在外壳内，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1:4-10:1，所述溶液体系为在光照射的情况下聚合得到的凝胶状高分子化合物，所述溶液体系为附着在溶液体系上的离子液体溶液；所述溶液体系包括80%-95%的聚合单体、1-10%的pva、1-10%的去离子水、2%-10%的交联剂和0.1%-5%的光引发剂；所述溶液体系包括80%-95%的离子液体、5-20%的溶质以及0.5%-3%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；所述光引发剂包括2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮、1-羟基环己基苯基甲酮、2-甲基-2-(4-吗啉基)-1-[4-(甲硫基)苯基]-1-丙酮、2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦、2,4,6-三甲基苯甲酰基苯基膦酸乙酯、2-二甲氨基-2-苄基-1-[4-(4-吗啉基)苯基]-1-丁酮、2-羟基-2-甲基-1-[4-(2-羟基乙氧基)苯基]-1-丙酮、苯甲酰甲酸甲酯中的一种或几种。

上述的基于光聚合凝胶离子电解液的电容器，优选的，所述聚合单体包括丙烯酸、聚丙烯酸、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。

上述的基于光聚合凝胶离子电解液的电容器，优选的，所述交联剂包括甲基丙烯酸-2-乙基己酯、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。

上述的基于光聚合凝胶离子电解液的电容器，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。

通过阳极氧化过程在阳极上产生三氧化二铝介质膜，从而达到修复阳极的作用，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。

上述的基于光聚合凝胶离子电解液的电容器，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，氧化膜的抗水合、耐腐蚀能力得到提高。

一种基于光聚合凝胶离子电解液的电容器的制备方法，包括以下步骤，

1）裁切，将整卷电极箔与电解纸裁切成预定的宽度；

2）将导针与电极箔铆接在一起，然后电极箔与电解纸层叠卷绕形成芯包；

3）电解液的制备：

3.1）溶液体系的制备，将聚合单体、pva、去离子水以及交联剂混合，在95℃下搅拌20-200min，

在的混合溶液中加入光引发剂，常温继续搅拌30-40min；

3.2）溶液体系的制备，将离子液体和溶质混合均匀，加入添加剂，搅拌30-60min；

4）将溶液体系和溶液体系按体积比例1:4-10:1混合，常温搅拌1-12h；

5）用真空含浸或者加压含浸的方式将芯包含浸步骤4）的溶液；

6）用uv光照射步骤5）芯包的两端，时间为10-900秒；

7）组立套管。

上述的基于光聚合凝胶电解液的电容器的制备方法，优选的，所述溶液体系和溶液体系的混合比例为1:2，步骤4）中常温搅拌的时间为2h；所述uv光照射的时间为60秒。

在本发明中，采用光固化的手段使得凝胶固化的时间短，相对于加热聚合电解液的挥发是极少的从而保证电容器的寿命。

在本发明中，溶液体系中pva分子主链为碳链，每一个重复单元上含有一个经基，由于羟基尺寸小，极性强，容易形成氢键，其化学性质稳定，具有足够的热稳定性、高度的亲水性和水溶性，同时它还具有良好的成膜性和粘接力。在pva和paa（可开环进行聚合的丙烯酸及其衍生物）大分子之间发生-cooh与-oh之间酯化反应形成交联，同时pva与电解液中的水分子形成氢键，水分不易挥发。聚合后的pva与paa的交联结构如下：

在本发明中，溶液体系为离子液体溶液，离子液体是指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。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明的基于光聚合凝胶电解液的电容器保湿性好，寿命长，能够保持芯包结构稳定（与铝箔贴合紧密，层与层贴合紧密）和电气特性稳定，能自我修复氧化膜，同时降低漏电流。

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

一种基于光聚合凝胶离子电解液的电容器，包括外壳和芯包，芯包密封设置在外壳内，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比例为1:2，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，溶液体系为附着在溶液体系上的离子液体溶液；溶液体系包括85%的丙烯酸、5%的pva、5%的去离子水、3.5%的三乙二醇二甲基丙烯酸酯和1.5%的2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮。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。

本实施例的基于微波固化凝胶离子电解液的电容器的制备方法，包括以下步骤：1）将整卷电极箔与电解纸裁切成预定的宽度；

2）将导针与电极箔铆接在一起，然后电极箔与电解纸层叠卷绕形成芯包；

3）电解液的制备：

3.1）溶液体系的制备，将丙烯酸、pva、去离子水以及三乙二醇二甲基丙烯酸酯混合，在95℃下搅拌20-200min，

在的混合溶液中加入2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮，常温继续搅拌30-40min；

3.2）溶液体系的制备，将1-乙基-3-甲基咪唑鎓乙基硫酸乙酯和己二酸铵混合均匀，加入对硝基苯甲酸，搅拌30-60min；

4）将溶液体系和溶液体系按比例1:2混合，常温搅拌2h；

5）用真空含浸的方式将芯包含浸步骤4）的溶液；

6）用uv光照射步骤5）芯包的两端，时间为60秒；

7）组立套管。

本实施例的基于微波固化凝胶离子电解液的电容器，保湿性好，寿命长，保持芯包结构稳定（与铝箔贴合紧密，层与层贴合紧密），电气特性稳定（正负极贴合紧密），能自我修复氧化膜，降低漏电流。

400v3.3uf10*10.5铝电解电容器，采用常规电解液配方，105℃寿命试验数据如下：

本发明的400v3.3uf10*10.5铝电解电容器，采用本实施例的凝胶电解液配方和方法，105℃寿命试验数据如下：

对比以上两组数据，明显采用本发明凝胶电解液配方，产品在寿命试验中，各项数据皆优。