[发明专利]具有固态电解质功能的水合氧化铝电介质薄膜及其制备

说明书

本发明涉及一种具有固态电解质功能的水合氧化铝电介质薄膜及其制备，所述的水合氧化铝电介质薄膜包括起电介质功能的氧化铝，以及与氧化铝结合并使其具有固态电解质功能的结合水；上述水合氧化铝电介质薄膜通过以下方法制备而成：(1)往铝醇盐溶液中加入乙酰丙酮，搅拌混合后，再加入冰醋酸，再继续搅拌混合，冷却过滤后，得到溶胶前驱体；(2)将溶胶前驱体附着在基体上，干燥热处理后，凝胶固化得到无定型氧化铝薄膜，再将无定型氧化铝薄膜水合热处理，即得到目的产物。与现有技术相比，本发明具有优良的电介质功能和固态电解质功能，能为电容器提供自修复功能，同时具有占用空间小，能极大提高电容器的储能密度等。

技术领域

本发明涉及一种电介质薄膜及其制备，尤其是涉及一种具有固态电解质功能的水合氧化铝电介质薄膜及其制备。

背景技术

在电容器的制造和使用过程中，介质膜不可避免地会出现各种各样的缺陷，实现介质膜在强场下工作的关键技术之一是电介质的缺陷自愈或自修复。传统具有自修复功能的电容器有金属化薄膜电容器、铝电解电容器及钽电解电容器等。

常见的铝电解电容器以液体电解质(通常由电容器纸浸取电解质组成)作为阴极，在外加电压的作用下，这些液体电解质能够释放出氧，在氧化膜破坏处重新形成氧化膜，使电容器恢复其工作能力，起到自行修补作用。铝聚合物电解电容器的自愈原理与此相似，自修复反应所需的氧由聚合物提供。钽固态电容器的自愈作用主要是通过五氧化二钽膜在缺陷处流过的大电流产生高热，使作为阴极的电解质MnO₂在大电流作用下分解成为高阻的Mn₂O₃，同时释放出氧使金属钽氧化形成氧化膜，进而修复缺陷造成的影响。可见电解质在具有自修复功能的电容器中不可或缺。

铝电解电容器中，通过铝在液态电解质中的阳极氧化，实现了介质膜在缺陷处的自修复，实现了在高场强下的稳定工作。这些液态电解质是电解电容器在大批量实际应用条件下，能够安全稳定工作的关键技术。然而，这些电解液的存在却又使其安全性和可靠性受到很大影响，如电解液的泄漏，电解电容器在高温高电压下长期工作因电解液引起的爆炸问题，更为重要的是这些液体电解质及其保护装置占据了大量空间，极大地降低了其储能密度。

以固态二氧化锰作为电解质的钽固态电容器在安全性和稳定性方面都较铝液态电解电容器好。但其价格昂贵，电容量较小，应用范围有限。且MnO₂电解质占据的体积比较大，限制了其储能密度的提高。而采用MnO₂作为电解质的铝固态电容器因种种原因，至今没有得到实际应用。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种具有固态电解质功能的水合氧化铝电介质薄膜及其制备。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种具有固态电解质功能的水合氧化铝电介质薄膜，包括起电介质功能的氧化铝，以及与氧化铝结合并使其具有固态电解质功能的结合水，所述的水合氧化铝电介质薄膜中，氧化铝和结合水的摩尔比为1:(0～3)。

所述的水合氧化铝电介质薄膜还包括用以调控氧化铝水合特性与离子导电特性的含金属元素的掺杂物，其含量满足掺杂物中金属元素与铝醇盐中的铝元素的摩尔比为(0～10)：100；

所述的掺杂物选自乙酸镧、钛酸四丁酯或硝酸钇中的一种或几种。

具有固态电解质功能的水合氧化铝电介质薄膜的制备方法，包括以下步骤：

(1)往铝醇盐溶液中加入乙酰丙酮，搅拌混合后，再加入冰醋酸，再继续搅拌混合，冷却过滤后，得到溶胶前驱体；

(2)将溶胶前驱体附着在基体上，干燥热处理后，凝胶固化得到无定型氧化铝薄膜，再将无定型氧化铝薄膜水合热处理，即得到目的产物。

步骤(1)中所述的铝醇盐溶液为浓度(0.01～0.1)mol/L的异丙醇铝乙二醇乙醚溶液。