本發(fā)明涉及一種固態(tài)凝膠電解液，尤其涉及一種摻雜碳的固態(tài)凝膠電解液、生產(chǎn)方法及在芯包上的形成方法。

背景技術(shù)：

凝膠電解質(zhì)作為一種新型的電解質(zhì)已經(jīng)在鋰電池行業(yè)實現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用，相比于傳統(tǒng)的液態(tài)電解液，凝膠電解質(zhì)具有無泄漏性、安全性能高、靈活性好等特點，將來很有可能應(yīng)用在鋁電解電容器中。由于凝膠電解質(zhì)的電導(dǎo)率、導(dǎo)熱性以及機械性能較差，限制了其發(fā)展應(yīng)用空間，而碳納米管和石墨烯材料具有良好的力學(xué)性能，硬度與金剛石相當(dāng)，卻擁有良好的柔韌性，還具有良好的導(dǎo)電性能和傳熱性能，被認(rèn)為是復(fù)合材料的理想添加相，作為加強相和導(dǎo)電相，在復(fù)合材料領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用潛力。故將碳納米管和石墨烯材料應(yīng)用到固態(tài)凝膠電解質(zhì)上是一個很有價值的課題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種應(yīng)用于鋁電解電容器的，具有優(yōu)良電導(dǎo)率的摻雜碳的固態(tài)凝膠電解液、生產(chǎn)方法及在芯包上的形成方法。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出的技術(shù)方案為：一種摻雜碳的凝膠電解液，包括摻雜碳和未改性電解液，所述摻雜碳包括碳納米管或石墨烯或者碳納米管或石墨烯的混合物，所述未改性電解液是一種工作電解液復(fù)合在凝膠溶液上，在室溫至200攝氏度下固化成的凝膠狀態(tài)的電解液；所述摻雜碳在凝膠電解液中的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為0.01%-10%，所述未改性電解液在凝膠電解液中的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為90%-99.99%。本發(fā)明中，工作電解液主要起導(dǎo)電和修復(fù)氧化膜的作用。在鋁電解電容器中工作電解液是實際陰極，具有氧化性，工作過程中能夠修補陽極氧化膜的破壞部位。凝膠溶液起交聯(lián)電解液形成凝膠的作用；碳材料是一種高導(dǎo)電高導(dǎo)熱材料，能改善工作電解液導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性。工作電解液是一種離子型導(dǎo)體，電荷遷移速率慢，碳材料是一種電子型導(dǎo)體，電荷遷移速率快。根據(jù)滲流理論和隧道導(dǎo)電理論碳材料分散在凝膠狀態(tài)的電解液中，使工作電解液的導(dǎo)電通路由單一的離子型導(dǎo)電通路變?yōu)殡x子、電子復(fù)合型導(dǎo)電通路。同時碳材料良好的導(dǎo)熱性也可以使工作電解液的導(dǎo)熱性提高。

上述的摻雜碳的凝膠電解液，優(yōu)選的，所述工作電解液包括溶劑和溶質(zhì)，所述溶劑包括去離子水、甘油、乙二醇、二甘醇、n,n-二甲基甲酰胺、γ-丁內(nèi)酯其中的兩種或兩種以上，所述溶質(zhì)為癸二酸銨、異癸二酸銨、壬二酸氫銨、1,7-十二雙酸銨、己二酸銨、己二酸、植酸、硼酸、五硼酸銨、苯甲酸銨、次亞磷酸銨、山梨糖醇、聚乙二醇、聚乙烯醇其中的兩種或兩種以上。

上述的摻雜碳的凝膠電解液，優(yōu)選的，所述溶劑在工作電解液中的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為70%-99.99%，所述溶質(zhì)在工作電解液中的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為0.01%-30%。

上述的摻雜碳的凝膠電解液，優(yōu)選的，所述凝膠溶液包括單體、交聯(lián)劑和引發(fā)劑，所述單體為丙烯酸、甲基丙烯酸、馬來酸、丙烯酸甲酯、丙烯酸異丙酯中的一種或多種；交聯(lián)劑為三乙二醇二甲基丙烯酸酯、二乙烯基苯、二異氰酸酯、n,n-亞甲基雙丙烯酰胺、甲基丙烯酸羥乙酯、聚丙烯酸酯、聚烷基丙烯酸酯中的一種或多種；引發(fā)劑為過硫酸鈉、過硫酸銨、過硫酸鉀、十二烷基硫酸鈉中的一種或多種；所述凝膠電解液中單體含量為70～99.8wt%，交聯(lián)劑含量為0.01～29.9wt%，引發(fā)劑含量為0.01～29.9wt%。

一種摻雜碳的凝膠電解液的生產(chǎn)方法，包括以下步驟，1）將未改性電解液的溶劑和溶質(zhì)在室溫-200攝氏度下加熱攪拌，生成工作電解液；2）將單體、交聯(lián)劑和引發(fā)劑在室溫至100攝氏度下加熱攪拌，生成凝膠溶液；

3）將摻雜碳的分散液、凝膠溶液加入到工作電解液中，形成摻雜碳材料、凝膠溶液和工作電解液的混合分散液；

4）將混合分散液在室溫至200攝氏度的溫度下發(fā)生聚合反應(yīng)，生成摻雜碳的固態(tài)凝膠電解液的復(fù)合材料。

上述的摻雜碳的凝膠電解液的生產(chǎn)方法，優(yōu)選的，所述混合分散液中摻雜碳材料的分散液的含量為0.01～10wt%，凝膠溶液的含量為0.01～40wt%，工作電解液含量為50～99.98wt%。

上述的摻雜碳的凝膠電解液的生產(chǎn)方法，優(yōu)選的，所述摻雜碳材料的分散液包括sdbs、sds、pva、dna、pvp、sls、石墨烯和碳納米管的分散液。其中石墨烯和碳納米管的粒徑在0.1-100μm之間。

上述的摻雜碳的凝膠電解液的生產(chǎn)方法，優(yōu)選的，所述石墨烯和碳納米管的粒徑在0.1-100μm之間。

上述的摻雜碳的凝膠電解液的生產(chǎn)方法，優(yōu)選的，步驟3）中摻雜碳材料、凝膠溶液和工作電解液的混合方式為：將摻雜碳材料的分散液與凝膠溶液、工作電解液機械攪拌后再進行超聲波分散，使得碳材料充分的在工作電解液中分散；所述混合分散液中摻雜碳材料的分散液的含量為0.01～10wt%，凝膠溶液的含量為0.01～40wt%，工作電解液含量為50～99.98wt%，機械攪拌時間為0.5～10h，超聲分散時間為0.5～72h。

一種摻雜碳的凝膠電解液在芯包上的形成方法，包括以下步驟，1）將電容器芯包浸入含有摻雜碳、凝膠溶液和工作電解液的混合分散液中；含浸方式可以是普通常溫含浸，可以是真空含浸，含浸時真空度為：0.1～1×10-4pa，也可以是真空加壓含浸，壓力大小范圍為0.01～1mpa；（2）將含浸后的電容器素子在室溫～200℃溫度條件進行進行聚合反應(yīng)，加熱反應(yīng)的最高溫度為200℃，反應(yīng)時間為0～48h。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于：本發(fā)明的摻雜碳的凝膠電解液能提高固態(tài)凝膠電解液的電導(dǎo)率和導(dǎo)熱率，這能有效降低電容使用過程焦耳熱的產(chǎn)生，提高電容的散熱性。

摻雜碳材料固態(tài)凝膠電解液應(yīng)用于鋁電解電容能有效降低電容的esr，提高耐紋波電流能力，提高電容性能穩(wěn)定性。

具體實施方式

為了便于理解本發(fā)明，下文將結(jié)合較佳的實施例對本發(fā)明作更全面、細(xì)致地描述，但本發(fā)明的保護范圍并不限于以下具體的實施例。

需要特別說明的是，當(dāng)某一元件被描述為“固定于、固接于、連接于或連通于”另一元件上時，它可以是直接固定、固接、連接或連通在另一元件上，也可以是通過其他中間連接件間接固定、固接、連接或連通在另一元件上。

除非另有定義，下文中所使用的所有專業(yè)術(shù)語與本領(lǐng)域技術(shù)人員通常理解的含義相同。本文中所使用的專業(yè)術(shù)語只是為了描述具體實施例的目的，并不是旨在限制本發(fā)明的保護范圍。

實施例

一種鋁電解電容器用摻雜碳固態(tài)凝膠電解質(zhì)，所述摻雜碳材料包括碳納米管、石墨烯或兩者的混合物；固態(tài)凝膠電解質(zhì)是一種由工作電解液與凝膠溶液復(fù)合而成并在室溫至200℃下能夠固化成凝膠狀態(tài)的電解液。所述摻雜碳固態(tài)凝膠電解質(zhì)中，工作電解液起主要導(dǎo)電、修復(fù)氧化膜的作用；凝膠溶液起形成凝膠并鎖住電解液；碳材料起改善凝膠電解質(zhì)導(dǎo)電性和機械性能作用。摻雜碳材料的含量為0.1wt%，固態(tài)凝膠電解質(zhì)含量為99.9wt%。摻雜碳材料固態(tài)凝膠電解質(zhì)能提高固態(tài)電解質(zhì)的電導(dǎo)率、導(dǎo)熱率及機械性能，這能有效降低電容esr，降低使用過程焦耳熱的產(chǎn)生，提高電容的散熱性，從而大幅提高耐紋波電流特性和電容使用壽命。

本實施例的摻雜碳的固態(tài)凝膠電解質(zhì)的生產(chǎn)方法，包括以下步驟：（1）將溶劑、溶質(zhì)在室溫至200℃下加熱攪拌，生成工作電解液；（2）將交聯(lián)劑在室溫至200℃下加熱攪拌，生成凝膠溶液；（3）將摻雜碳材料的分散液、凝膠溶液加入到工作電解液中，形成碳材料與凝膠溶液、工作電解液的混合分散液；（4）混合分散液在室溫至200℃的溫度下發(fā)生聚合反應(yīng)，生成碳/固態(tài)凝膠電解質(zhì)復(fù)合材料。

本實施例中，工作電解液溶劑為去離子水、乙二醇、甘油。

本實施例中，工作電解液溶質(zhì)為己二酸、五硼酸銨、苯甲酸銨、山梨糖醇、植酸。

本實施例中，凝膠電解液單體為丙烯酸，交聯(lián)劑為三乙二醇二甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸羥乙酯，引發(fā)劑為過硫酸鈉。

本實施例中，碳材料的分散液為pva石墨烯分散液。

本實施例步驟（2）中摻雜碳材料與凝膠溶液、工作電解液的混合方式為：將摻雜碳材料的分散液與凝膠溶液、工作電解液機械攪拌后再進行超聲波分散，使得碳材料充分的在工作電解液中分散。機械攪拌時間為9h，超聲分散時間為72h。

本實施例摻雜碳的固態(tài)凝膠電解質(zhì)在芯包上的形成方法，包括以下步驟，（1）將電容器素子浸入含有碳材料的凝膠溶液、工作電解液中；含浸方式可以是普通常溫含浸，其他實施例中可以是真空含浸，含浸時真空度為：0.1～1×10-4pa，也可以是真空加壓含浸，壓力大小范圍為0.01～1mpa；（2）本實施例中將含浸后的電容器素子在85℃溫度條件進行進行聚合反應(yīng)，反應(yīng)時間為30h。

本實施例的摻雜碳材料導(dǎo)電聚合物能提高固態(tài)凝膠電解質(zhì)的電導(dǎo)率和導(dǎo)熱率，這能有效降低電容使用過程焦耳熱的產(chǎn)生，提高電容的散熱性。

本實施例的摻雜碳的凝膠電解液應(yīng)用于電解電容能有效降低電容的esr，提高耐紋波電流能力，提高電容性能穩(wěn)定性，實驗結(jié)果如下表所示：