[发明专利]PEDOT/PSS分散液的制备方法、高压固态电容的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及储能器件制造领域，特别是涉及一种PEDOT/PSS分散液的制备方法以及高压固态电容的制备方法。

背景技术

导电聚合物固态电容，具有优秀的高频低阻特性，在各类应用中应用领域越来越宽，随着成本的降低，有逐步取代原有液态电解电容的趋势。但是在其优越的阻抗特性和寿命特性下，固态电容相比传统液体电解电容，也有着明显的劣势。其主要劣势在于：漏电流大，通常产品漏电在100μA-300μA范围，而液态电容的漏电通常都在1μA以下，二者相差甚大；其次耐压能力不高，目前大多只能用于35V以下产品，更高电压的产品由于导电聚合物的本身特征，很难做到100V以上的产品，更无论400V以上的产品。

现有固态电容，通常采用两种成熟的工艺，一种是采用含浸单体(EDOT)的醇溶液后，加热处理，挥发掉其中的低沸点醇，然后含浸高浓度的氧化剂的醇溶液，再加热处理，通过几个温度段，使得单体和氧化剂原位聚合，在电容芯子内部形成PEDOT/TOS作为导电电解质，并挥发干其中的低沸点溶剂。另外一种工艺，是采用单体(EDOT)和氧化剂(对甲苯磺酸铁)醇溶液按照一定比例混合，使得混合好的液体迅速含浸进入电容芯子，然后加热处理，形成导电聚合物，并挥发干其中的低沸点溶剂。这两种工艺均是采用铁盐的醇溶液作为氧化剂来原位氧化聚合EDOT来形成导电聚合物。形成的导电电解质中存在着大量的还原后的亚铁离子和对甲苯磺酸，铁离子和亚铁离子以及对甲苯磺酸这些物质对阳极氧化铝薄膜有破坏作用，尤其是在其中吸收了微量水分，使得这些金属离子和强酸显示出极强的腐蚀性后，产品的漏电往往恶化，并很容易击穿。故在产品生产管制中，空气的湿度也成为至关重要的因素之一。另外，由于所存在的大量残存的腐蚀性物质，很多发明往往在产品制程最后加上以纯水或醇溶剂来清洗的步骤，意图消除残存的酸和铁离子，但这样除增加制程难度和成本外，清洗的效果往往不佳，因为芯子内部很难清洗干净，尤其是电容尺寸稍大的产品，清洗更难奏效。并且在前述高温聚合过程中，金属盐和酸对氧化膜已经形成了破坏作用，后续化成的修复效果也很有限。因此围绕固态电容的制造，大多是通过各种方法来降低产品的漏电和提高耐压，但起到的效果往往不能如意。采用化学氧化原位聚合的方法，往往只能生产最高电压为35V的产品，且漏电流较大。这也是目前固态电容产品在高耐压领域基本空白的原因。

现有一种新的方法，逐步成为固态电容制造的新趋势。就是采用合成好并脱除杂质离子后的PEDOT/PSS(聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚(苯乙烯磺酸))分散液，直接含浸进入电容芯子，然后加热干燥，获得成为膜状的导电聚合物电解质。这种分散液导电率高，pH值可调至中性，各类对铝氧化膜有破坏作用的杂质离子含量极低，对阳极氧化膜无损害，因此很适合用于35V-500V之间高压铝固体电解电容。

PEDOT/PSS分散液是采用PSS作为掺杂剂，采用化学氧化聚合或者电化学聚合方式形成的均匀水分散体，聚合反应完毕后，后续经过脱盐脱杂质和均质处理，使得分散液纯度很高，粒径小于100纳米，粒度均匀，分散液稳定性好。但所用的分散液固含量难以提高，通常小于3％，且粘度较大，进一步提高固含量，粘度会剧烈增加，并且不稳定。含浸过程往往需要三次以上的循环，才能使得芯子内部形成足够的电解质来达到合适的性能，然而由于电容芯子卷绕的结构，通常只能含浸两次，含浸两次以后电容底部就被形成的导电聚合物堵死，进一步提高含浸次数没有意义，所以在保持不增加含浸液粘度和不降低稳定性的前提下，提高其固含量是关键点所在。另外，对于35V以上电容，其阳极氧化膜表面空洞较大，分散液渗透进入空洞内部形成电解质问题不大，但对于16V以下电容，其氧化膜表面的孔洞很细小，如果分散体粒径不够小，将无法进入其内部，造成容量引出很低。这也是目前分散液主要用于50V以上产品，针对16V以下产品还无法适用的原因。

综上所述，传统的PEDOT/PSS分散液，浓度不够同时粘度太高，从而导致其成膜性和导电性较差。

发明内容

基于此，有必要提供一种成膜性好、导电率高的PEDOT/PSS分散液的制备方法。

此外，还有必要提供一种采用上述PEDOT/PSS分散液的制备方法的高压固态电容的制备方法。

一种PEDOT/PSS分散液的制备方法，包括如下步骤：

配置重均分子量为2000～50000的聚苯乙烯磺酸的水溶液，加入3,4-乙烯二氧噻吩和乳化剂，搅拌反应至形成透明均一的体系，再加入对甲苯磺酸铁和过硫酸铵，保持反应温度在25℃以下并充分反应后得到第一反应液，透析除杂，得到第一分散液；