一种水溶性导电聚合物的制备方法及其制备固态铝电解电容器的应用技术

本发明专利技术公开了一种水溶性导电聚合物的制备方法及其制备固态铝电解电容器的应用，属于电子材料和电子元器件技术领域；该固态铝电解电容器的制备过程主要包括：先制备一种S

【技术实现步骤摘要】
一种水溶性导电聚合物的制备方法及其制备固态铝电解电容器的应用


[0001]本专利技术属于电子材料和电子元器件
，具体涉及一种水溶性导电聚合物的制备方法及其制备固态铝电解电容器的应用。

技术介绍

[0002]如今，铝电解电容器在电子元器件领域中的重要性已逐步展现。随着应用范围的广泛性以及5G基站等极端条件的不断提高，小体积、大容量、低等效串联电阻、高频低阻抗、高可靠性将成为固态铝电解电容器的主要发展方向。当前，固态铝电解电容器中可以充当导电阴极的是以聚乙炔、聚噻吩、聚苯胺、聚吡咯等π
‑
π共轭导电聚合物，其中聚3，4
‑
乙烯二氧噻吩(PEDOT)已被优选地广泛应用于固态铝电解电容器中。传统的聚3，4
‑
乙烯二氧噻吩(PEDOT)由于其不溶性而在其制备成膜方面存在较大挑战，为了提高其水溶性，对聚3，4
‑
乙烯二氧噻吩(PEDOT)进行了元素掺杂得到聚3，4
‑
乙烯二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)，其水溶性得到提升，但掺杂后其粒子直径较大，且由于掺杂了不导电的聚苯乙烯磺酸盐(PSS)，导致聚合物的电导率下降。
[0003]经文献调研，2015年，Liangqi Ouyang等人为了提高掺杂PSS后的水溶性PEDOT/PSS薄膜的电导率(＜1S/cm)，使用了不同极性有机溶剂对PEDOT:PSS薄膜进行后处理；2018年Toshiki Wakabayashi等人在制备固态铝电解电容器阴极时，必须在PEDOT:PSS分散体中加入乙二醇(EG)才能使用。
[0004]因此，当前的技术显示在固态铝电解电容器中，为了提高聚3，4
‑
乙烯二氧噻吩的水溶性，使用了绝缘的聚苯乙烯磺酸盐进行掺杂，这导致聚合物粒子直径增大、电导率降低；为了提高其电导率还必须对聚合物薄膜进行后处理或在聚合物溶解中加入添加剂。

技术实现思路

[0005]为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种水溶性导电聚合物的制备方法及其制备固态铝电解电容器的应用，以解决现有技术中存在的以下问题：(1)固态铝电解电容器阴极材料聚3，4
‑
乙烯二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)粒径较大；(2)为了提高聚3，4
‑
乙烯二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)电导率，需要加入添加剂；(3)使用成本较高且造成的环境负荷较大。
[0006]为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：
[0007]本专利技术公开了一种水溶性导电聚合物的制备方法，由水溶性单体通过化学法或电化学法制得；其中：
[0008]所述化学法是将水溶性单体、氧化剂和溶剂充分混合，搅拌反应3～48h后制得；
[0009]所述电化学法是将水溶性单体、添加剂溶于溶剂中，采用恒电流法，进行电化学聚合反应制得；
[0010]所述水溶性单体的结构式如下：
[0011][0012]所述水溶性导电聚合物的结构式如下：
[0013][0014]优选地，化学法中，水溶性单体、氧化剂和溶剂的质量比为(0.2
‑
2):(0.1
‑
3):(0.5
‑
5)；氧化剂采用高锰酸钾、对甲基苯磺酸铁、过硫酸钠或过硫酸铵；溶剂采用水、硫酸、柠檬酸、草酸、硼酸、己二酸、磷酸、水杨酸或酒石酸。
[0015]优选地，电化学法中，水溶性单体、溶剂和添加剂的质量比为(0.1～0.5)：(0.2
‑
1)：(0.1
‑
0.5)；添加剂采用对硝基苯酚、磺酸盐或有机磺酸盐；电化学聚合时电流密度为5～10mA，聚合反应时间为5～60min。
[0016]优选地，所述水溶性单体的制备方法如下：
[0017]步骤1：将3、4
‑
二羟基噻吩
‑
2、5
‑
二羧酸二乙基酯、碳酸钾和C3H6OBr2溶解在N,N
‑
二甲基甲酰胺和二甲基亚砜混合溶剂中进行反应，得到混合溶液；
[0018]步骤2：在混合溶液中加入氢氧化钾溶液，并加入酸性溶液进行酸化处理得到2
‑
(羟甲基)
‑
2,3
‑
二氢噻吩并[3,4
‑
B][1,4]二氧杂环己烯
‑
5，7
‑
二羧酸；
[0019]步骤3：将2
‑
(羟甲基)
‑
2,3
‑
二氢噻吩并[3,4
‑
B][1,4]二氧杂环己烯
‑
5，7
‑
二羧酸、氧化铜和催化剂混合反应，得到羟甲基EDOT；
[0020]步骤4：将羟甲基EDOT、氢化钠和C5H
10
O2S溶解在四氢呋喃溶液中进行反应，蒸馏四氢呋喃后，制得水溶性单体。
[0021]进一步优选地，步骤1中，3、4
‑
二羟基噻吩
‑
2、5
‑
二羧酸二乙基酯、碳酸钾和
C3H6OBr2的质量比为(0.1
‑
2)：(0.2
‑
1)：(0.2
‑
3)；混合溶剂中N,N
‑
二甲基甲酰胺和二甲基亚砜的体积比为(0.1～0.5)：2；
[0022]步骤2中，混合溶液与氢氧化钾溶液的体积比为(0.5
‑
6)：(0.1
‑
2)，加入的酸性溶液与氢氧化钠溶液的体积比为1.5：1；
[0023]步骤3中，2
‑
(羟甲基)
‑
2,3
‑
二氢噻吩并[3,4
‑
B][1,4]二氧杂环己烯
‑
5，7
‑
二羧酸、氧化铜和催化剂的质量比为(0.1
‑
2)：(1
‑
4)：(0.1
‑
0.4)；
[0024]步骤4中，羟甲基EDOT、氢化钠和C5H
10
O2S和四氢呋喃溶液的质量比为(1
‑
2)：(0.3
‑
1)：(0.3
‑
1)：(1
‑
5)。
[0025]更进一步优选地，所述酸性溶液为硫酸、硝酸、磷酸、盐酸和C1
‑
C10有机多元酸其中的一种或多种；所述催化剂为吡啶、异喹啉、喹啉和8
‑
羟基喹啉铜中的一种或多种；所述氢氧化钾溶液浓度为0.01M～10M。
[0026]本专利技术还公开了采用上述的制备方法制备得到的水溶性导电聚合物在制备固态铝电解电容器中的应用。
[0027]优选地，准备带有阳极引出端的阳极铝箔，并将其浸入水溶性聚合物溶液中；随后将铝箔烘干，重复上述浸入、烘本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水溶性导电聚合物的制备方法，其特征在于，由水溶性单体通过化学法或电化学法制得；其中：所述化学法是将水溶性单体、氧化剂和溶剂充分混合，搅拌反应3～48h后制得；所述电化学法是将水溶性单体、添加剂溶于溶剂中，采用恒电流法，进行电化学聚合反应制得；所述水溶性单体的结构式如下：所述水溶性导电聚合物的结构式如下：2.根据权利要求1所述的水溶性导电聚合物的制备方法，其特征在于，化学法中，水溶性单体、氧化剂和溶剂的质量比为(0.2
‑
2):(0.1
‑
3):(0.5
‑
5)；氧化剂采用高锰酸钾、对甲基苯磺酸铁、过硫酸钠或过硫酸铵；溶剂采用水、硫酸、柠檬酸、草酸、硼酸、己二酸、磷酸、水杨酸或酒石酸。3.根据权利要求1所述的水溶性导电聚合物的制备方法，其特征在于，电化学法中，水溶性单体、溶剂和添加剂的质量比为(0.1～0.5)：(0.2
‑
1)：(0.1
‑
0.5)；添加剂采用对硝基苯酚、磺酸盐或有机磺酸盐；电化学聚合时电流密度为5～10mA，聚合反应时间为5～60min。4.根据权利要求1所述的水溶性导电聚合物的制备方法，其特征在于，所述水溶性单体的制备方法如下：步骤1：将3、4
‑
二羟基噻吩
‑
2、5
‑
二羧酸二乙基酯、碳酸钾和C3H6OBr2溶解在N,N
‑
二甲基
甲酰胺和二甲基亚砜混合溶剂中进行反应，得到混合溶液；步骤2：在混合溶液中加入氢氧化钾溶液，并加入酸性溶液进行酸化处理得到2
‑
(羟甲基)
‑
2,3
‑
二氢噻吩并[3,4
‑
B][1,4]二氧杂环己烯
‑
5，7
‑
二羧酸；步骤3：将2
‑
(羟甲基)
‑
2,3
‑
二氢噻吩并[3,4
‑
B][1,4]二氧杂环己烯
‑
5，7
‑
二羧酸、氧化铜和催化剂混合反应，得到羟甲基EDOT；步骤4：将羟甲基EDOT、氢化钠和C5H
10
O2S溶解在四氢呋喃溶液中进行反应，蒸馏四氢呋喃后，制得水溶性单体。5.根据权利要求4所述的水溶性导电聚合物的制备方法，其特征在于，步骤1中，3、4
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【专利技术属性】
技术研发人员：熊礼龙，武晶晶，杜显锋，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：