[發明專利]具有固態電解質功能的水合氧化鋁電介質薄膜及其制備

有效

• 申請號: 201610033614.9
• 申請日: 2016-01-19
• 公開（公告）號: CN105513795B
• 公開（公告）日: 2018-06-29
• 發明（設計）人: 姚曼文;陳建文;蘇振;朱博文;鄒培;彭勇;李菲;徐開恩;姚熹
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: H01G4/10
• 分類號: H01G4/10;H01G13/00
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 林君如

本發明涉及一種具有固態電解質功能的水合氧化鋁電介質薄膜及其制備，所述的水合氧化鋁電介質薄膜包括起電介質功能的氧化鋁，以及與氧化鋁結合并使其具有固態電解質功能的結合水；上述水合氧化鋁電介質薄膜通過以下方法制備而成：(1)往鋁醇鹽溶液中加入乙酰丙酮，攪拌混合后，再加入冰醋酸，再繼續攪拌混合，冷卻過濾后，得到溶膠前驅體；(2)將溶膠前驅體附著在基體上，干燥熱處理后，凝膠固化得到無定型氧化鋁薄膜，再將無定型氧化鋁薄膜水合熱處理，即得到目的產物。與現有技術相比，本發明具有優良的電介質功能和固態電解質功能，能為電容器提供自修復功能，同時具有占用空間小，能極大提高電容器的儲能密度等。

技術領域

本發明涉及一種電介質薄膜及其制備，尤其是涉及一種具有固態電解質功能的水合氧化鋁電介質薄膜及其制備。

背景技術

在電容器的制造和使用過程中，介質膜不可避免地會出現各種各樣的缺陷，實現介質膜在強場下工作的關鍵技術之一是電介質的缺陷自愈或自修復。傳統具有自修復功能的電容器有金屬化薄膜電容器、鋁電解電容器及鉭電解電容器等。

常見的鋁電解電容器以液體電解質(通常由電容器紙浸取電解質組成)作為陰極，在外加電壓的作用下，這些液體電解質能夠釋放出氧，在氧化膜破壞處重新形成氧化膜，使電容器恢復其工作能力，起到自行修補作用。鋁聚合物電解電容器的自愈原理與此相似，自修復反應所需的氧由聚合物提供。鉭固態電容器的自愈作用主要是通過五氧化二鉭膜在缺陷處流過的大電流產生高熱，使作為陰極的電解質MnO₂在大電流作用下分解成為高阻的Mn₂O₃，同時釋放出氧使金屬鉭氧化形成氧化膜，進而修復缺陷造成的影響。可見電解質在具有自修復功能的電容器中不可或缺。

鋁電解電容器中，通過鋁在液態電解質中的陽極氧化，實現了介質膜在缺陷處的自修復，實現了在高場強下的穩定工作。這些液態電解質是電解電容器在大批量實際應用條件下，能夠安全穩定工作的關鍵技術。然而，這些電解液的存在卻又使其安全性和可靠性受到很大影響，如電解液的泄漏，電解電容器在高溫高電壓下長期工作因電解液引起的爆炸問題，更為重要的是這些液體電解質及其保護裝置占據了大量空間，極大地降低了其儲能密度。

以固態二氧化錳作為電解質的鉭固態電容器在安全性和穩定性方面都較鋁液態電解電容器好。但其價格昂貴，電容量較小，應用范圍有限。且MnO₂電解質占據的體積比較大，限制了其儲能密度的提高。而采用MnO₂作為電解質的鋁固態電容器因種種原因，至今沒有得到實際應用。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種具有固態電解質功能的水合氧化鋁電介質薄膜及其制備。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種具有固態電解質功能的水合氧化鋁電介質薄膜，包括起電介質功能的氧化鋁，以及與氧化鋁結合并使其具有固態電解質功能的結合水，所述的水合氧化鋁電介質薄膜中，氧化鋁和結合水的摩爾比為1:(0～3)。

所述的水合氧化鋁電介質薄膜還包括用以調控氧化鋁水合特性與離子導電特性的含金屬元素的摻雜物，其含量滿足摻雜物中金屬元素與鋁醇鹽中的鋁元素的摩爾比為(0～10)：100；

所述的摻雜物選自乙酸鑭、鈦酸四丁酯或硝酸釔中的一種或幾種。

具有固態電解質功能的水合氧化鋁電介質薄膜的制備方法，包括以下步驟：

(1)往鋁醇鹽溶液中加入乙酰丙酮，攪拌混合后，再加入冰醋酸，再繼續攪拌混合，冷卻過濾后，得到溶膠前驅體；

(2)將溶膠前驅體附著在基體上，干燥熱處理后，凝膠固化得到無定型氧化鋁薄膜，再將無定型氧化鋁薄膜水合熱處理，即得到目的產物。

步驟(1)中所述的鋁醇鹽溶液為濃度(0.01～0.1)mol/L的異丙醇鋁乙二醇乙醚溶液。