[發明專利]導電性材料調配物及其用途

有效

• 申請號: 201310747060.5
• 申請日: 2013-12-25
• 公開（公告）號: CN103762080A
• 公開（公告）日: 2014-04-30
• 發明（設計）人: 陳信宏
• 申請（專利權）人: 長興化學工業股份有限公司
• 主分類號: H01G9/025
• 分類號: H01G9/025;H01G9/15
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司 11219
• 代理人: 王海川;穆德駿

技術領域

本發明涉及一種導電性材料調配物，特別涉及一種可用于固態電容的導電性材料調配物。本發明還涉及一種利用該導電性材料調配物的固態電容。

背景技術

電容器為一廣泛使用于各類電子產品中的電子組件。隨著科技的發展，電子產品具有小型化及輕量化的趨勢，因此，電子產品必須要求其中所使用的電容器具有小型化、大容量及在高頻使用下低阻抗等特性。

電容器依電解質形態可分為傳統的液態電容及新開發的固態電容。早期鋁質液態電容的電解質以液態電解液作為電荷傳導物質。液態電解液主要成份包含高沸點醇類、離子液體、硼酸、磷酸、有機羧酸、銨鹽、高極性有機溶劑及少量的水。上述成份除作為電荷傳導物質外，還具有修補鋁箔上介電層氧化鋁的功能。若氧化鋁介電層有缺陷而導致內層鋁金屬裸露，該電解液在電容充放電的過程中，可與裸露的鋁金屬反應產生氧化鋁，進而達到修補的功能。然而，傳統的鋁液態電容雖然成本較低，但由于使用的電解液為液體，因而存在著導電率較低、不耐高溫等缺點；且在產生氧化鋁的過程中會產生氫氣，若累積在電容中的氫氣過多，易導致電容爆裂，損壞電子產品。雖然液態電解液可添加吸氫劑來降低電容爆裂的可能性，但其并未從根本上解決問題，且傳統液態電容雖有高容量，卻因具有高的等效串聯電阻(ESR)而使其應用受限。

綜上所述，開發了新一代的固態電容，直接將電解質由液態電解質換成固態電解質。導電高分子為目前已開發的固態電解質之一。導電高分子具有導電性是因為氧化劑的陰離子作為摻雜劑(dopant)混入高分子結構中而形成空穴之故。由于導電高分子較傳統電解質電容器所用的液態電解液或是如四氰基苯醌二甲烷(tetracyanoquinodimethane,TCNQ)復合鹽及無機半導體MnO₂的固態半導體絡鹽有更高的導電度，且具有適度的高溫絕緣化特性，因此導電高分子成為現今電解電容器所使用的固態電解質的開發潮流。

除比一般電容擁有高達6倍的使用壽命外，固態電容具有較高的穩定性，且電容量不易受使用時周圍溫度和濕度的影響，此外，其亦具有低ESR、低容變率、優良的頻率響應(耐高頻)、耐高溫且耐高電流的性質，并可杜絕所有漏液及電容爆裂問題。

Jesse?S.Shaffer等人于美國專利第4,609,971號首次揭露了將導電性高分子應用于電解電容器的電解質。其方法是將電容器的陽極鋁箔浸漬于由導電高分子聚苯胺(polyaniline)粉末及摻雜劑LiClO₄所組成的混合溶液，隨后將鋁箔上的溶劑驅除。由于聚苯胺分子體積太大，不易滲入陽極箔介電層的微孔中，因此，此法所得電容器的含浸率差、阻抗高。其后，為了使高分子更易滲入微孔中，Gerhard?Hellwig等人于美國專利第4,803,596號揭露以化學氧化聚合法將導電性高分子作為電容器的電解質。其方法是將電容器分別浸漬于導電性高分子單體及氧化劑溶液后，于適當條件下使導電性高分子單體聚合，通過反復多次浸漬以累積足夠的導電性高分子電解質的厚度。之后，德國Bayer公司的Friedrich?Jonas等人于美國專利第4,910,645首度揭露使用單體3,4-乙烯二氧噻吩(3,4-ethylenedioxythiophene,EDOT)搭配氧化劑對甲苯磺酸鐵(iron(III)p-toluenesulphonate)成功制作以聚3,4-乙烯二氧噻吩(poly-3,4-ethylenedioxythiophene,PEDOT)為電解質的鋁固態電容。此外，與EDOT具有相關結構的3,4-乙烯二硫噻吩(3,4-ethylenedithiathiophene,EDTT)亦經發現可轉換為電活性高分子(Lambertus?Groenendaal等人，Adv.Mater.2000,12,No.7)。

導電高分子PEDOT具有耐熱性佳、導電度高、電荷傳導速度快、無毒、壽命長及應用于電容不會發生電容爆裂等優點。技術領域中是利用單體EDOT與對甲苯磺酸鐵直接在電容中進行聚合反應制備PEDOT。上述制造工藝屬于原位反應(in?situ?reaction)，且可根據含浸方式分為一液法、兩液法或多液法。一液法是將電容元件(capacitor?element)浸漬在EDOT和對甲苯磺酸鐵的混合溶液中，再進行加熱聚合。二液法是將電容元件(capacitor?element)分別含浸EDOT及對甲苯磺酸鐵，再進行加熱聚合。然而，一液法必須小心控制工藝參數，避免EDOT在含浸前發生聚合，二液法則易有溶液污染的問題。