[發(fā)明專利]具有充電時間降低添加劑和功函數(shù)改良劑的電容器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201580039448.7
• 申請日: 2015-05-20
• 公開（公告）號: CN106663542B
• 公開（公告）日: 2019-01-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 安東尼·P·查科;史亞茹;羅伯特·拉姆斯博頓;約翰·T·基納德;約翰·約瑟夫·奧爾斯
• 申請（專利權(quán)）人: 凱米特電子公司
• 主分類號: H01G9/048
• 分類號: H01G9/048;H01G9/15
• 代理公司: 北京天昊聯(lián)合知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11112
• 代理人: 王靜;丁業(yè)平

本發(fā)明提供了具有改進(jìn)的帶電特性的電容器和制備該電容器的方法。該電容器包括：陽極、包括導(dǎo)電聚合物層和鄰近所述導(dǎo)電聚合物層的功函數(shù)改良劑層的陰極、以及在所述陽極和所述陰極之間的電介質(zhì)層。

相關(guān)申請的交叉引用

本發(fā)明要求于2014年5月21日提交的待決美國臨時專利申請No.62/001,165的優(yōu)先權(quán)，其通過引用并入本文。

背景技術(shù)

本發(fā)明涉及制備固體電解質(zhì)電容器的改進(jìn)方法以及由此形成的改進(jìn)的電容器。更具體而言，本發(fā)明涉及通過在電介質(zhì)層和導(dǎo)電聚合物層之間的界面以及相鄰的導(dǎo)電聚合物層之間的界面中摻入功函數(shù)改良劑(work function modifier)，從而改善電容器的充電時間。

在整個電子工業(yè)中廣泛使用了固體電解電容器。電容器、太陽能電池和LED顯示器中廣泛使用了導(dǎo)電聚合物，示例性的導(dǎo)電聚合物包括聚吡咯、聚噻吩和聚苯胺。其中，商業(yè)上最成功的導(dǎo)電聚合物為聚(3,4-乙撐二氧噻吩)(PEDT)。可以通過化學(xué)聚合或電化學(xué)聚合原位形成PEDT聚合物來施用PEDT，或者可以將PEDT用作PEDT分散體，優(yōu)選與聚陰離子一同使用，以增加溶解性。更具體地，PEDT-聚苯乙烯磺酸(PEDT-PSSA)分散體因高導(dǎo)電性和良好的成膜性而獲得了極大關(guān)注。在高壓應(yīng)用中，與原位形成的PEDT:TSA類導(dǎo)電性聚合物陰極相比，具有通過PEDT:PSSA類導(dǎo)電性聚合物分散體形成的固體電解質(zhì)的固體電解電容器具有優(yōu)異的性能。聚(3,4-乙撐二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸鹽(PEDT:PSS)的結(jié)構(gòu)由圍繞摻雜的PEDOT晶粒的PSS絕緣層組成。聚苯乙烯磺酸鹽是聚苯乙烯磺酸的共軛堿，并且根據(jù)上下文，這些術(shù)語在本文中可互換使用。

達(dá)到電容器的額定電壓所需的理論電荷由公式Q＝CV給出，或者取一階時間導(dǎo)數(shù)dQ/dt＝I＝C dV/dt，其中Q為電荷、C為電容、V為電壓、t為時間、I為電流。由這些等式可以確定具有給定電容值的電容器達(dá)到期望電壓所需的總電荷。對于恒定電流I，使用前述等式，由等式t＝CV/I確定充電時間(t)。這是使用恒流掃描器和數(shù)字源表來測定的。使用上述充電時間等式，可以計算任意給定電容器的理論充電時間。在實(shí)踐中，某些電容器所需的總電荷經(jīng)常超過該理論預(yù)測。這種異常充電行為的實(shí)際結(jié)果是充電電流(dQ/dt)不會如由理論所預(yù)測的那樣快速下降到低值，從而導(dǎo)致慢充電效應(yīng)。此外，當(dāng)充電電壓傾斜(dV/dt)時，充電電流可能超過理論預(yù)測水平。這種行為影響DC漏電流的測量并且需要較長的時間以達(dá)到指定的漏電流，這可能會影響客戶的電路中的電容性能，因?yàn)楫?dāng)測量DC漏電流時，對于給定應(yīng)用，電容器的電流下降到低于指定漏電流的水平需要比預(yù)期更長的時間。

Freeman等人(ECS固態(tài)科學(xué)與技術(shù)學(xué)報(ECS Journal of solid state scienceand technology)，2(11)N197-N204(2013))報道了該異常的充電行為。尤其是在干燥條件下，當(dāng)在將PEDT:PSS類聚合物鉭電容器表面安裝在線路板上之后施加短電壓脈沖時，他們觀察到非常高的異常瞬變電流。他們還觀察到了PEST:TSA類聚合物鉭電容器的可忽略的瞬變電流。使用PEDT:PSS觀察到的這種異常瞬變電流不會對電介質(zhì)造成任何可檢測到的永久性損壞，但是隨著電壓脈沖的重復(fù)以及在電容器暴露于潮濕環(huán)境后，該異常瞬變電流會降低。他們在非常低的溫度下還進(jìn)一步觀察到了更長的充電時間，然而在潮濕條件下的充電時間更短。作者認(rèn)為PSS的移動性可能有助于充電時間。

Koch等人(應(yīng)用物理學(xué)快報(Applied physics letter)90,043512,2007)觀察到，通過XPS的測量，PEDT:PSS的功函數(shù)可以高達(dá)5.65eV，并且其被殘余水大幅降低(降至5.05eV)。此外，水的吸收伴隨著顯著的表面組成變化，這有助于功函數(shù)的變化。Koch等人認(rèn)為負(fù)端朝向真空的PEDT+和PSS-偶極的優(yōu)選取向(即，對于表面上的富PSS的表面)導(dǎo)致功函數(shù)的增加。因此，當(dāng)在光伏器件中用水分處理PEDT:PSS時，對于具有較低的表面PSS濃度的樣品，Koch等人觀察到較低的功函數(shù)值。