[發明專利]一種高導電率聚合物電解質電容器的兩步制作方法

有效

• 申請號: 201210248003.8
• 申請日: 2012-07-18
• 公開（公告）號: CN102779653A
• 公開（公告）日: 2012-11-14
• 發明（設計）人: 田東斌;梁正書;劉健;張選紅
• 申請（專利權）人: 中國振華（集團）新云電子元器件有限責任公司
• 主分類號: H01G9/15
• 分類號: H01G9/15
• 代理公司: 貴陽東圣專利商標事務有限公司 52002
• 代理人: 徐逸心;楊云

技術領域

本發明涉及一種固體電解電容器的制備方法，一種電器元件的制作方法，具體地說是一種高導電率聚合物電解質電容器的兩步制作方法。

技術背景

固態電解電容器包含三個重要的部分組成，分別為金屬陽極體、金屬氧化物介質和陰極。閥金屬諸如鉭、鋁和鈮等非常適合做高比表面積的固體電解電容器。以片式鉭電容器為例，片式鉭電解電容器的陽極是將鉭粉和埋入其中的鉭絲通過成型機壓制成型，再在高溫真空環境下燒結得到的多孔燒結體。將燒結后的矩形鉭芯子通過陽極引線點焊到鋼條上，浸入60℃的磷酸/乙二醇溶液中，加電壓使之發生電化學反應，并在鉭金屬表面氧化形成的氧化膜作為電容器的介質，氧化膜不僅覆蓋陽極塊的表面，而且包覆燒結體內部顆粒所有未鏈接的界面。導電聚合物如聚噻吩，聚吡咯，聚苯胺，以及它們的衍生物都可以用作這些電容器的電解質。導電聚合物電解質相比二氧化錳具有很多優點。二氧化錳是用鉭金屬制作固體鉭電解電容器傳統使用的電解質材料，是通過熱分解的方法將二氧化錳被覆在介質膜的表面，二氧化錳鉭電容器的等效串聯電阻（ESR）較高，并且存在燃燒的失效模式。導電聚合物電解質的聚合溫度較低，在電容器介質的表面不會對介質造成損壞。而且這種聚合物是非氧化性的，排除了電容器使用中發生閃火的可能性。而且導電聚合物具有很高的電導率，一般是二氧化錳導電率的10～100倍，從而能有效降低電容器的等效串聯電阻（ESR）。低ESR的電容器在各種重要應用中的需求是很大的。

導電聚合物作為固體鉭電解電容器的陰極電解質是在陽極塊的介質表面發生聚合反應而得到的一層聚合物薄膜。通常在介質膜表面聚合導電聚合物的方法有兩種，一種是將單體和氧化劑混合在一起形成一種混合溶液，將鉭芯浸入溶液中，并在高溫環境下發生聚合反應，即通常說的一步聚合法。國內外有很多關于一步聚合法的專利報道。如U.S.?Pat.?Nos.6,001,282和6,056,889，以及國內專利CN?101894684?A等。然而，單體和氧化劑會在浸漬之前會發生聚合反應，導致聚合體很難浸入多孔性陽極塊，從而降低電容器的容量引出率。且溶液使用周期很短，浪費很大。另一種方法是單體和氧化劑單獨含浸，即先將鉭芯子浸漬氧化劑/單體，干燥后再浸漬單體/氧化劑的方法，即通常說的兩步聚合法。這種方法也是氧化聚合過程中普遍采用的方法，很多國內外專利報道了采用該方法制作固體電解電容器的過程。如U.S.?Pat.?Nos.5,457,862，5,812,367和7,754,276等，國內專利CN?102270535?A也報道了采用兩步聚合法制作包含PEDOT導電聚合物電解質的固體鉭電容器的制作方法。另外根據聚合反應的類型也分為化學聚合法和電化學聚合法。一步法中化學聚合法和電化學聚合法都在使用，相對而言電化學聚合的產品性能較好。兩步法中使用最多的是化學聚合法，最為普遍的是原位氧化聚合法。原位氧化聚合是一種在固態電解電容器閥金屬的介質表面被覆聚合物很有效的途徑，在原位氧化聚合反應中，單體、氧化劑/攙雜劑的聚合反應在介質表面發生并形成導電性聚合物。具體是先將覆有介質氧化膜的多孔性鉭芯子浸入氧化劑溶液，干燥，再浸入單體溶液中,最后在恒溫恒濕的環境中發生聚合發應。

現有技術中使用單體和氧化劑交叉聚合的兩步法或者混合單體和氧化劑而聚合的一步法導致電容器的容量引出率低，導電性高分子層發生部分龜裂甚至脫落；或者形成的導電高分子層薄而脆，在后工序模壓過程中發生剝離等現象。

發明內容：

本發明鑒于上述背景而進行的發明，目的是提供一種既能有效引出電容器的能量，又能在常溫下聚合得到優質固體電解質層的制備方法，提高原位化學氧化聚合反應后形成的導電性聚合物在多孔性陽極體內部孔隙的被覆率，以及導電性聚合物和氧化膜的結合性能，從而提高電容器的容量引出率，降低ESR和漏電流。