[发明专利]固态电解质、固态电解质制备方法及固态电容

说明书

本发明公开了一种固态电解质、固态电解质制备方法及固态电容，利用化学氧化聚合法，在PEDOT聚合过程中引入PSS和HNTs，以HNTs的纳米管结构为骨架，附着在HNTs上的PEDOT相互交联，形成具有三维网络结构HNTs/PEDOT:PSS复合材料。本发明提供的固态电解质、固态电解质制备方法及固态电容，热稳定性高、导电性能好；极大降低固态电容产品ESR，提高其耐纹波电流能力。

技术领域

本发明涉及电容技术领域，尤其涉及一种固态电解质、固态电解质制备方法及固态电容。

背景技术

全固态铝电解电容器(以下简称固态电容)与普通电容最大的区别是以固态导电高分子材料代替液态工作电解液，有效解决了电解液蒸发、泄漏、易燃等难题，具有稳定性高、寿命长、低ESR(Equivalent Series Resistance，等效串联电阻)和高额定纹波电流等优点，正逐步在各个领域取代普通电容。

作为固态电容最重要的组成成分——固态工作电解质，经历了三代的发展，目前国际上主流企业使用最多的是PEDOT(3,4-Ethylenedioxythiophene；聚3,4-乙撑二氧噻吩)，但是对PEDOT来说，不同的聚合方式与掺杂方式对其导电性、热稳定性以及机械性能影响巨大。

PEDOT作为现阶段应用最多的固态电容电解质，具有高导电率的优点，而且相较于前两代固态电解质——有机半导体TCNQ(7,7,8,8-Tetracyanoquinodimethane；7,7,8,8-四氰基对苯二醌二甲烷)、聚吡咯(polypyrrole，Pyy)，具有更加优异的化学稳定性和热稳定性。

纯的PEDOT经过掺杂后虽然导电性较高(最高可达1000μS/cm)，但是其难以溶解，加工性能差、机械性能差，在电容器生产过程中对设备的要求极高，难度大。在EDOT(3,4-ethoxylene dioxy thiophene，3,4-乙烯二氧噻吩)聚合过程中加入NaSS(苯乙烯磺酸钠)制备PEDOT：PSS复合物，可明显提高PEDOT的溶解性能与可加工性能，但是由于PSS(Poly(sodium-p-styrenesulfonate)，聚苯乙烯磺酸钠)本身是绝缘体，且PSS链所带的电荷量影响了带正电的PEDOT与带有负电的PSS链之间的静电作用和PEDOT链上的电荷传输，这将不可避免的导致复合物电导率下降，相对于PEDOT，PEDOT：PSS电导率通常下降到1S/cm以下，应用于固态电容电解质时，将导致固态电容ESR大幅上升。

同时，目前合成的PEDOT的热分解温度普遍低于200℃，纯的PEDOT甚至在150℃下就开始分解，过低的热分解温度，导致其在作为固态电容器工作电解质时，很难适应150℃以上的工作温度，高温固态电容器研究工作遇到瓶颈，目前市面上工作温度超过150℃的固态电容器几乎不存在。

因此，如何设计一种工作温度超过150℃的固态电容器，是一个亟待解决的问题。

发明内容

本发明提出的固态电解质、固态电解质制备方法及固态电容，旨在解决现有技术中未有工作温度超过150℃的固态电容器的技术问题。

根据本发明的一个方面，提供一种固态电解质，利用化学氧化聚合法，在PEDOT聚合过程中引入PSS和HNTs(埃洛石纳米硅铝管)，以HNTs的纳米管结构为骨架，附着在HNTs上的PEDOT相互交联，形成具有三维网络结构HNTs/PEDOT:PSS复合材料。

HNTs是一种天然的硅酸盐黏土矿，主要以纳米管的形态存在于自然界中(常为多壁中空管状结构且两端开口)，具有极其优越的机械性能与热稳定性，且相较于CNTs(carbon nanotubes，碳纳米管)，具有独特的结构和明显的资源优势。

根据本发明的另一个方面，还提供一种制备上述的固态电解质的方法，包括以下步骤：