[發明專利]固態電解質、固態電解質制備方法及固態電容

在審

• 申請號: 201810844999.6
• 申請日: 2018-07-27
• 公開（公告）號: CN109036850A
• 公開（公告）日: 2018-12-18
• 發明（設計）人: 艾亮;曹文;夏商;賈明;潘振炎
• 申請（專利權）人: 湖南艾華集團股份有限公司
• 主分類號: H01G9/00
• 分類號: H01G9/00;H01G9/025;H01G9/15
• 代理公司: 北京華仲龍騰專利代理事務所(普通合伙) 11548
• 代理人: 李靜

本發明公開了一種固態電解質、固態電解質制備方法及固態電容，利用化學氧化聚合法，在PEDOT聚合過程中引入PSS和HNTs，以HNTs的納米管結構為骨架，附著在HNTs上的PEDOT相互交聯，形成具有三維網絡結構HNTs/PEDOT:PSS復合材料。本發明提供的固態電解質、固態電解質制備方法及固態電容，熱穩定性高、導電性能好；極大降低固態電容產品ESR，提高其耐紋波電流能力。

技術領域

本發明涉及電容技術領域，尤其涉及一種固態電解質、固態電解質制備方法及固態電容。

背景技術

全固態鋁電解電容器(以下簡稱固態電容)與普通電容最大的區別是以固態導電高分子材料代替液態工作電解液，有效解決了電解液蒸發、泄漏、易燃等難題，具有穩定性高、壽命長、低ESR(Equivalent Series Resistance，等效串聯電阻)和高額定紋波電流等優點，正逐步在各個領域取代普通電容。

作為固態電容最重要的組成成分——固態工作電解質，經歷了三代的發展，目前國際上主流企業使用最多的是PEDOT(3,4-Ethylenedioxythiophene；聚3,4-乙撐二氧噻吩)，但是對PEDOT來說，不同的聚合方式與摻雜方式對其導電性、熱穩定性以及機械性能影響巨大。

PEDOT作為現階段應用最多的固態電容電解質，具有高導電率的優點，而且相較于前兩代固態電解質——有機半導體TCNQ(7,7,8,8-Tetracyanoquinodimethane；7,7,8,8-四氰基對苯二醌二甲烷)、聚吡咯(polypyrrole，Pyy)，具有更加優異的化學穩定性和熱穩定性。

純的PEDOT經過摻雜后雖然導電性較高(最高可達1000μS/cm)，但是其難以溶解，加工性能差、機械性能差，在電容器生產過程中對設備的要求極高，難度大。在EDOT(3,4-ethoxylene dioxy thiophene，3,4-乙烯二氧噻吩)聚合過程中加入NaSS(苯乙烯磺酸鈉)制備PEDOT：PSS復合物，可明顯提高PEDOT的溶解性能與可加工性能，但是由于PSS(Poly(sodium-p-styrenesulfonate)，聚苯乙烯磺酸鈉)本身是絕緣體，且PSS鏈所帶的電荷量影響了帶正電的PEDOT與帶有負電的PSS鏈之間的靜電作用和PEDOT鏈上的電荷傳輸，這將不可避免的導致復合物電導率下降，相對于PEDOT，PEDOT：PSS電導率通常下降到1S/cm以下，應用于固態電容電解質時，將導致固態電容ESR大幅上升。

同時，目前合成的PEDOT的熱分解溫度普遍低于200℃，純的PEDOT甚至在150℃下就開始分解，過低的熱分解溫度，導致其在作為固態電容器工作電解質時，很難適應150℃以上的工作溫度，高溫固態電容器研究工作遇到瓶頸，目前市面上工作溫度超過150℃的固態電容器幾乎不存在。

因此，如何設計一種工作溫度超過150℃的固態電容器，是一個亟待解決的問題。

發明內容

本發明提出的固態電解質、固態電解質制備方法及固態電容，旨在解決現有技術中未有工作溫度超過150℃的固態電容器的技術問題。

根據本發明的一個方面，提供一種固態電解質，利用化學氧化聚合法，在PEDOT聚合過程中引入PSS和HNTs(埃洛石納米硅鋁管)，以HNTs的納米管結構為骨架，附著在HNTs上的PEDOT相互交聯，形成具有三維網絡結構HNTs/PEDOT:PSS復合材料。

HNTs是一種天然的硅酸鹽黏土礦，主要以納米管的形態存在于自然界中(常為多壁中空管狀結構且兩端開口)，具有極其優越的機械性能與熱穩定性，且相較于CNTs(carbon nanotubes，碳納米管)，具有獨特的結構和明顯的資源優勢。

根據本發明的另一個方面，還提供一種制備上述的固態電解質的方法，包括以下步驟：