[發明專利]具有聚合物外層的電解電容器及其制備方法

有效

• 申請號: 200610121401.8
• 申請日: 2006-07-20
• 公開（公告）號: CN101110297A
• 公開（公告）日: 2008-01-23
• 發明（設計）人: U·默克;K·武索
• 申請（專利權）人: H·C·施塔克股份有限公司
• 主分類號: H01G9/028
• 分類號: H01G9/028;H01G9/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 郭廣迅;林森

相關申請

本申請要求2005年7月20日提交的德國申請號10?2005?033?839的權益，對于全部有用目的引入其全文作為參考。

發明領域

本發明涉及具有低等效串聯電阻和低殘留電流的電解電容器的制備方法，所述電容器由導電聚合物制成的固體電解質和含有導電聚合物的外層組成，還涉及由該方法制成的電解電容器，并涉及該電解電容器的用途。

相關技術描述

常規商業固體電解電容器通常由多孔金屬電極、位于所述金屬表面的氧化層、引入到所述多孔結構中的導電固體、例如銀層的外部電極(接觸)以及其它電接點和封裝組成。

固體電解電容器的實例為具有電荷轉移絡合物、二氧化錳或聚合固體電解質的鉭、鋁、鈮和氧化鈮電容器。使用多孔體具有非常高的容量密度的優點，即由于大表面積可在小空間內得到的高電容。

由于其具有高導電性，π-共軛聚合物特別適于用作固體電解質。π-共軛聚合物還被稱為導電聚合物或合成金屬。由于與金屬相比聚合物在可加工性、重量和化學改性特性的目標調節方面具有優勢，π-共軛聚合物在經濟上面的重要性逐漸增加。已知π-共軛聚合物的例子是聚吡咯、聚噻吩、聚苯胺、聚乙炔、聚亞苯基和聚(對苯乙炔)，聚-3，4-(亞乙基-1，2-二氧)噻吩，通常還稱為聚(3，4-亞乙基二氧噻吩)為非常重要的工業使用的聚噻吩，因為其氧化形式具有非常高的導電性。

電子技術的發展增加了對具有非常低的等效串連電阻(ESR)的固體電解電容器的需求。例如，這是由于在集成電路中需要降低邏輯電壓、更高集成密度和提高的時鐘頻率。低ESR還降低了能量消耗，并且這對于移動電池操作應用特別有利。因此希望盡可能地降低固體電解電容器的ESR。

歐洲專利說明書EP-A?340?512描述了由3，4-亞乙基-1，2-二氧噻吩制備固體電解質的方法，以及通過氧化聚合制備的其陽離子聚合物在電解電容器中作為固體電解質的應用。由于更高的電導率，在固體電解電容器中用聚(3，4-亞乙基二氧噻吩)代替二氧化錳或電荷轉移絡合物降低了電容器的等效串聯電阻，并提高了頻率行為。

除了低ESR外，現代固體電解電容器需要低殘留電流和相對于外部應力的良好穩定性。可以大大增加電容器陽極殘留電流的高機械應力特別發生于封裝電容器陽極時的制造過程中。

對于這種應力的穩定性以及由此產生的低剩余電流可主要通過在電容器陽極上的由導電聚合物制成的約5-50μm厚的外層實現。這種層用作電容器陽極和陰極側電極之間的機械緩沖層。例如當機械加壓時，這防止了銀層(接觸)直接與電介質接觸，或防止破壞電介質而由此增加電容器的殘留電流。導電聚合物外層本身應當顯示出已知的自恢復行為：在外部陽極表面上的電介質中相對小的缺陷，盡管存在緩沖作用其仍然發生，通過電流在缺陷點破壞外層的導電性而電絕緣。

通過原位聚合而形成厚的聚合物外層非常困難。在此方法中層的形成需要非常多次的涂布循環。作為所述多次涂布循環的結果，外層的涂布非常不均勻，特別是電容器陽極的邊緣通常被不適當地覆蓋。日本專利申請JP-A?2003-188052中指出，均勻邊緣覆蓋需要處理參數的昂貴匹配。然而，這使得生產過程非常易于中斷。由于粘合材料阻礙了原位聚合中的氧化，用于更快速形成層的粘合劑材料的加入也是困難的。另外，原位聚合的層必須通過洗滌而不含有殘留鹽，由此在所述聚合物層中形成小孔。

具有良好邊緣覆蓋的致密導電外層可通過電化學聚合形成。然而，電化學聚合需要首先在電容器陽極的絕緣氧化層上沉積導電薄片，并且該層然后與各個單獨的電容器電接觸。這種接觸在大量生產中非常昂貴并可能破壞氧化層。

電容器上的導電外層還可通過將導電聚合物的粉末與粘合劑混合，并將該混合物施加到電容器主體上進行制備。然而在單個粉末顆粒之間的高接觸電阻產生了額外電阻，阻止了具有低ESR的固體電解電容器的制備。

在EP-A-637043中，導電粉末的加入顯著增加了通過化學原位聚合制備的外層的不均勻性，提高了外部石墨層和聚合物膜之間的粘合，并由此實現了較低ESR值和損耗系數。然而這種方法的缺陷在于，聚合物外層變得非常不均勻(不均勻度：10-50μm)。由于為達到低ESR，聚合物外層的總厚度應當不超過5-50μm，這種高度不均勻性導致外層局部非常薄并由此產生高殘留電流。在聚合物外層的不均勻點還可能出現電壓峰值和電擊穿。