一种耐高温固态电容器隔膜及其制备方法与流程

本发明涉及固态电容器用纸，具体地说，涉及一种耐高温固态电容器隔膜及其制备方法。

背景技术：

1、传统的铝电解电容器使用液态电解液为介电材料，固态电容器的介电材料则为导电性高分子材料，相比于传统的铝电解电容器具有宽工作温度范围、小尺寸、低等效串联电阻和高纹波电流电阻等优点，适用于需要高速响应和高纹波电流的设备。电容器隔膜是制备固态电容器不可或缺的原料之一，在电容器中主要用于吸附单体和氧化剂，形成聚合物，同时起到隔离极板的作用，防止阳极和阴极直接接触而短路。由于电子产品pcb板不断小型化的需要，固态电容器体积也越来越小，传统的焊接方法已不能满足固态电容器的焊接要求，需要使用回流焊进行焊接，回流焊的最高温度一般在260℃左右。一般的隔膜均由植物纤维或植物与化学纤维混合制成，在高温条件下，植物纤维容易发生碳化、分解，普通的化学纤维熔点较低，在该高温下容易发生熔融、收缩等问题，对固态电容器内部结构造成破坏，严重影响产品的性能。因此，在不影响固态电容器隔膜性能的前提下，需要尽可能的提高隔膜的耐温性。

2、专利cn201811048307.3 公开了一种免碳化固态电解电容器纸，该产品由10%~80%的木浆和20%~90%的化学纤维组成，通过造纸方法制备而成，所用化学纤维为聚酯纤维、聚酰胺纤维、聚烯烃纤维、维纶纤维和聚丙烯腈纤维，由于隔膜中有植物纤维和化学纤维，在回流焊时存在碳化和融合的问题。专利cn202110292149.1 公开了一种多层复合的固态、半固态电解电容器隔膜纸，该产品包括两层，第一层为耐热层，第二层为基底层，所述耐热层包括10wt％~100wt％的合成纤维和0wt％~90wt％的植物纤维；所述基底层包括0wt％~20wt％的植物纤维和20wt％~100wt％的合成纤维，所述耐热层和基底层的植物纤维长度0.1~10mm，合成纤维长度0.1~10mm，纤度0.1~5detx，其中基底层的合成纤维中含有20wt％~50wt％双组分合成纤维。该产品由植物纤维和化学纤维组成，在回流焊时也存在碳化和熔融的问题。专利cn202010306170.8公开了一种免碳化固态电容器纸的制备方法，该产品由40-60%的剑麻浆和40-60%聚对苯二甲酰对苯二胺，通过造纸方法制备而成，隔膜耐高温性仍然存在问题。专利cn202210563229.0公开了一种免碳化隔膜纸，该产品由10～60％的纳米纤维和40～90％的合成纤维组成，该产品中含有植物纤维和化学纤维，在回流焊过程中存在碳化和熔融的风险。专利202210740784 .6公开了一种高性能芳纶隔膜及其制备方法与应用，该发明以差别化芳纶短切纤维和差别化芳纶沉析纤维为原料，将其机械预处理，制得芳纶纤维混合分散液，然后湿法抄造获得芳纶隔膜基材，再将制得芳纶隔膜基材直接热压成型，最终制备出高性能芳纶隔膜。该产品主要用于锂离子电池中，要求具有较小的孔径，实施例中孔径小于1μm，而固态电容器使用时电场频率非常高，工作时离子需要在阴、阳极之间快速来回移动，隔膜孔径太小会导致离子移动阻力增加，从而导致内阻增大，电容器发热量变大，严重影响电容器性能和寿命。

技术实现思路

1、本发明针对现有技术的不足，提供一种耐高温固态电容器隔膜，该隔膜具有良好的耐温性能，在300℃以上不分解、不变形，同时隔膜具有良好的吸液性能、合适的孔径，导电高分子能均匀的吸附在隔膜表面，esr较低。

2、为了实现上述的目的，本发明采用了以下的技术方案：

3、一种耐高温固态电容器隔膜，所述电容器隔膜的纤维原料按质量百分比计由以下组分构成：

4、芳纶沉析纤维20%-80%，

5、芳纶浆粕10%-40%，

6、高熔点短切纤维10%-40%；

7、原纸抄纸完成后采用热压机进行热压，然后正反两面用等离子体旋转喷头进行处理，得到耐高温固态电容器隔膜。

8、作为优选，所述芳纶浆粕的比表面积为5g/m2-15g/m2。

9、作为优选，所述高熔点短切纤维为芳纶纤维、碳纤维、玻璃纤维、聚酰亚胺纤维、聚四氟乙烯纤维中的一种或多种，高熔点短切纤维的纤度为0.3dtex-3dtex、长度为3mm-10mm。

10、进一步，本发明还公开了所述的电容器隔膜的制备方法，包括以下步骤：

11、（1）将芳纶沉析纤维打浆后加入到去离子水中，配置成浓度为2%-5%的纤维悬浮液a，然后采用疏解机进行疏解，得到纤维悬浮液b；

12、（2）将芳纶浆粕和高熔点短切纤维加入到纤维悬浮液b中，然后加入消泡剂和去离子水，搅拌分散后得到纤维悬浮液c，优选的，搅拌30min；

13、（3）将纤维悬浮液c送入纸机流送系统，在纸机流送系统中加入peo溶液，然后经湿法抄造成形，得到原纸；

14、（4）将原纸采用热压机进行热压，然后正反两面用等离子体旋转喷头进行处理，得到耐高温固态电容器隔膜。

15、作为优选，所述步骤（1）中芳纶沉析纤维的打浆度为20°sr-70°sr；所述步骤（2）中芳纶沉析纤维疏解时间为30min-180min，疏解后打浆度为30°sr-80°sr。

16、作为优选，所述消泡剂用量为芳纶沉析纤维、芳纶浆粕和高熔点短切纤维总重量的0.5%-2.0%，消泡剂为醇类或醚类。

17、作为优选，所述peo溶液的浓度为0.02%-0.08%，用量为1m3/h-5m3/h。

18、作为优选，所述纸机的生产车速为50 m/min -100m/min，纸机采用圆网抄造，优选双圆网抄造。

19、作为优选，所述热压机作业参数如下：压力为60kg/cm-200kg/cm，热压速度为10m/min-50m/min，热压温度为300℃-400℃。

20、作为优选，所述等离子体旋转喷头单个功率为1kw-3kw，等离子体旋转喷头端面与隔膜之间的距离为5mm-20mm，等离子体处理对隔膜的处理次数为3-6次，等离子气体为空气、氮气或氧气中的一种。

21、本发明的有益效果为：

22、1）隔膜采用芳纶和耐高温纤维制备而成，具有良好的耐高温性，在回流焊过程中不熔融、不分解、不变形，能保持隔膜的完整性，不对固态电容器内部结构造成破坏；

23、2）芳纶沉析纤维可以将芳纶浆粕、耐高温纤维结合在一起，赋予隔膜良好的结合力，芳纶浆粕具有较小的尺寸，耐高温纤维可为隔膜提供骨架支撑，对三者的比例进行调控，可以控制隔膜具有合适的孔径；

24、3）隔膜经热压后，可以提升隔膜的强度，降低隔膜的厚度；

25、4）隔膜经等离子体处理后，表面产生大量的活性基团，可以提高隔膜的亲液性能，提高隔膜对导电高分子单体的亲和性，降低固态电容器的esr。

技术特征：

1.一种耐高温固态电容器隔膜，其特征在于，所述电容器隔膜的纤维原料按质量百分比计由以下组分构成：

2.根据权利要求1所述的电容器隔膜，其特征在于，所述芳纶浆粕的比表面积为5g/m2-15g/m2。

3.根据权利要求1所述的电容器隔膜，其特征在于，所述高熔点短切纤维为芳纶纤维、碳纤维、玻璃纤维、聚酰亚胺纤维、聚四氟乙烯纤维中的一种或多种，高熔点短切纤维的纤度为0.3dtex-3dtex、长度为3mm-10mm。

4.根据权利要求1-3任意一项权利要求所述的电容器隔膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中芳纶沉析纤维的打浆度为20°sr-70°sr；所述步骤（2）中芳纶沉析纤维疏解时间为30min-180min，疏解后打浆度为30°sr-80°sr。

6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述消泡剂用量为芳纶沉析纤维、芳纶浆粕和高熔点短切纤维总重量的0.5%-2.0%，消泡剂为醇类或醚类。

7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述peo溶液的浓度为0.02%-0.08%，用量为1m3/h-5m3/h。

8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述纸机的生产车速为50 m/min -100m/min，纸机采用圆网抄造，优选双圆网抄造。

9.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述热压机作业参数如下：压力为60kg/cm-200kg/cm，热压速度为10m/min-50m/min，热压温度为300℃-400℃。

10.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述等离子体旋转喷头单个功率为1kw-3kw，等离子体旋转喷头端面与隔膜之间的距离为5mm-20mm，等离子体处理对隔膜的处理次数为3-6次，等离子气体为空气、氮气或氧气中的一种。

技术总结
本发明涉及固态电容器用纸技术领域，公开了一种耐高温固态电容器隔膜，所述电容器隔膜由芳纶沉析纤维、芳纶浆粕和高熔点短切纤维构成，具有良好的耐高温性；芳纶沉析纤维可以将芳纶浆粕、耐高温纤维结合在一起，赋予隔膜良好的结合力和较小的孔径；在制备过程中对隔膜进行热压和等离子体处理，有效降低固态电容器的ESR。

技术研发人员：左磊刚,李南华,刘成跃,颜鲁鸣,何江,郑伟峰,钟祥,张必强,郭婉,汪金佩,巫彩燕,孔庾玲
受保护的技术使用者：浙江凯恩新材料有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17