固体电解电容器
与相关申请的关系
本申请,是对按照美国法典第35卷第111条(b)项的规定,在2005年5月4日提交的美国临时申请第60/677407号及在2005年5月5日提交的美国临时申请第60/677806号,根据该卷第119条(e)项(1)要求优先权的基于该卷第111条(a)项的规定的申请。
技术领域
本发明涉及使用导电性聚合物作为固体电解质层的固体电解电容器及其制造方法。
背景技术
固体电解电容器的基本元件,如图2所示那样,在由一般被腐蚀处理的比表面积大的金属箔构成的阳极基体(1)上形成电介质的氧化皮膜层(2),作为与其外侧面对的电极,形成固体的半导体层(以下,称为固体电解质)(4),然后,优选进一步形成导电膏等的导电体层(5)从而制成。接着,将这样的元件单独地或进行层叠后接合引线(6,7),将整体用环氧树脂等密封树脂(8)进行完全密封,作为固体电解电容器(9)部件广泛用于电气制品中。
近年来,伴随电气设备的数字化、个人电脑的高速化,需求小型、大电容的电容器、在高频域为低阻抗的电容器。最近,提出了使用具有电子传导性的导电性聚合物作为固体电解质的方案。
一般地,作为在电介质氧化皮膜上形成导电性聚合物的方法,已知电解氧化聚合法及化学氧化聚合法。化学氧化聚合法,其反应的控制或聚合膜形态的控制困难,但固体电解质的形成容易,且能够在短时间内大量生产,因此提出了各种方法。例如,曾经公开通过交替地进行将阳极基体浸渍在含有单体的溶液中的工序、和将其浸渍在含有氧化剂的溶液中的工序,来形成具有层状结构的固体电解质的方法(专利文献1:日本专利第3187380号公报;WO9928932)。根据该方法,通过形成膜厚0.01~5μm的层状结构的固体电解质层,能够制造高电容、低阻抗、且耐热性优异的固体电解电容器,但为了体现这些特性,为了完全覆盖电容器元件的细孔内和外表面,需要形成较厚的固体电解质膜,为了作为将多片电容器元件层叠而成的叠层型电容器用的元件使用,要求固体电解质层整体更加薄膜化。
为了在电容器元件的细孔内及外表面均匀地形成固体电解质,曾经公开了各种技术。例如,曾经公开了:在形成导电性聚合物的过程中,通过控制附着在阳极体上的氧化剂的、在阳极体的外表面上的附着量的分布状态,来控制导电性聚合物的厚度的方法(专利文献2:特开2003-188052号公报)。另外,还曾公开了下述内容:在外周面、特别是角部上形成聚合膜是重要的(专利文献3:特开2001-143968号公报)。
另一方面,曾经公开了:通过去除电极箔的飞边,可减低固体电解电容器的短路不良率(专利文献4:特开平1-251605号公报及专利文献5:特开2004-296611号公报)。专利文献4中所说的飞边,是指切断时发生的出现在电极箔的外侧的部分,曾经公开了通过压制,使电极箔的切断端部成为楔形、凸形、大致的半椭圆、大致的圆弧形、斜面之中的任意组合的方法。压制成形,会破坏存在于电极箔上的多孔质层,从而可靠性降低。另外,关于压制后的飞边状态和电极箔侧面的微细结构、飞边在电极箔上发生的由来等尚无明确记载。另一方面,在专利文献5中,将预先开有切槽的阀金属箔进行化学转化处理后,通过物理地切断,来防止阀金属箔产生飞边。该方法对防止飞边发生有效,但在切断后的切槽上产生新的金属表面。因此,该阀金属箔不能原样地直接作为电容器的电极使用,需要再次重复繁杂的化学转化处理,不是经济的方法。
专利文献1:日本专利第3187380号公报
专利文献2:特开2003-188052号公报
专利文献3:特开2001-143968号公报
专利文献4:特开平1-251605号公报
专利文献5:特开2004-296611号公报
发明内容
为了制成规定电容的固体电解电容器,通常将多片电容器元件进行层叠,在阳极端子上连接阳极引线,在含有导电性聚合物的导电体层上连接阴极引线,而且将整体用环氧树脂等的绝缘性树脂密封而进行制作,但固体电解电容器,需要在电容器元件的阴极部分控制导电性聚合物的聚合条件,加厚导电性聚合物。如果不严密地控制电容器元件的阴极部分的导电性聚合物的聚合条件,则导电性聚合物的厚度变得不均匀,产生导电性聚合物薄的部分,膏等容易与电介质氧化皮膜层直接接触,导致漏电流上升。另外,可层叠在规定大小的固体电解电容器芯片上的电容器元件的个数被元件厚度限制,因此不能加大固体电解电容器芯片的电容。尤其是在电容器元件中、表面积小的侧面部以及端面的棱边(边缘)部,导电性聚合物的附着厚度容易不均匀,在导电性聚合物薄的部分层叠的电容器元件和电容器元件容易直接接触,引起漏电流上升,存在上述这样的问题。
因此,本发明的课题在于,解决上述的问题,稳定地制作不会增加短路不良、元件形状的偏差小、且薄的电容器元件,提供通过增加固体电解电容器芯片内的电容器元件的层叠个数而可进行高电容化,而且等效串联电阻的偏差小的叠层型固体电解电容器元件及其制造方法。
本发明者门鉴于上述课题而经过潜心研讨的结果发现,斜向切断具有微细孔的阳极基体的方法是有效的。另外查明,在斜向切断阳极基体的场合,阳极基体的不具有微细孔的阀金属被拉伸,发生了突起物。已经知道角部的聚合膜难以形成,此外发现,在其角部形成的突起物妨碍聚合膜的形成,电容器元件与电容器元件容易直接接触,引起漏电流上升。尤其是已确认,阳极基体的不具有微细孔的阀金属,保持附着在该表面上的溶液的能力比有微细孔的多孔质层低,因此更加妨碍聚合膜的形成。
另外发现,通过形成为具有相对于,阳极基体的不具有微细孔的阀金属层追随切刀被拉伸而形成的切断表面的短轴方向倾斜或平行的沟的结构,有助于向没有保持溶液的能力的、上述没有微细孔的阀金属表面吸液,具有容易且均匀地形成聚合膜的效果。
本发明者们还发现,通过使用将棱边的至少一部分倒棱的阳极基体,在接续的电介质皮膜上利用氧化剂使单体聚合而形成固体电解质的过程中,可在起阀作用的金属的角部及侧面部上均匀地进行聚合膜形成。即发现,通过使阳极基体的角部的角度超过90°,可在该角部分上均匀地进行聚合膜形成,从而完成了本发明。
此外发现,通过形成为相对于,实施了倒棱的阳极基体的不具有微细孔的阀金属层追随切刀被拉伸而形成的切断表面的短轴方向倾斜或平行地含有沟的结构,有助于向没有保持溶液能力的、该部分表面吸液,具有容易且均匀地形成聚合膜的效果。
于是,本发明者们制造使用了,将具有微细孔的阳极基体斜向切断、且此时阳极基体的不具有微细孔的阀金属被拉伸的部分不超过阳极基体的外周的切断箔的、固体电解电容器,并且已经确认,这样得到的固体电解电容器,在电介质皮膜上形成的固体电解质的粘附性提高,且为高电容,介电损耗(tanδ)、漏电流、不良率均减小。而且已确认,通过将上述各项特性优异的固体电解电容器元件层叠多片,可实现电容器的小型化和高电容化。
即,本发明涉及以下所示的固体电解电容器用阳极基体、含有该阳极基体的固体电解电容器、该固体电解电容器的制造方法、用该制造方法制造的固体电解电容器、含有将棱边的至少一部分倒棱的上述阳极基体的固体电解电容器、在该固体电解电容器中使用的实施了倒棱的固体电解电容器用阳极基体、在该固体电解电容器用阳极基体上设置电介质皮膜和固体电解质层或者在预先设有电介质皮膜的固体电解电容器用阳极基体上设置固体电解质层的电解电容器的制造方法、用该制造方法制造的固体电解电容器。
1.一种固体电解电容器用阳极基体,其特征在于,是将包含具有微细孔的阀金属层和不具有微细孔的阀金属层的金属基板斜向切断而成的阳极基体,具备不具有微细孔的阀金属层追随切刀被拉伸而形成的切断表面。
2.根据上述1所述的固体电解电容器用阳极基体,其特征在于,是将包含具有微细孔的阀金属层和不具有微细孔的阀金属层的金属基板斜向切断而成的阳极基体,不具有微细孔的阀金属层追随切刀而被拉伸,覆盖具有微细孔的阀金属层端面,由此产生的阀金属拉伸层满足下述的条件式:
0≤y/z≤1
(式中,y表示上述阀金属拉伸层的在基板厚度方向上的厚度,z表示与上述拉伸层接触的具有微细孔的阀金属层的在基板厚度方向上的厚度。)
3.根据上述2所述的固体电解电容器用阳极基体,其特征在于,阳极基体为平板状或箔状,是通过以切断开始侧的阳极基体表面与切断面之间的棱边内部的角度超过90°且在135°以下的范围内的角度进行切断而获得的。
4.根据上述2所述的固体电解电容器用阳极基体,其中,阳极基体为平板状或箔状,是对阀金属拉伸层比阳极基体表面突出的部分进行切断去除而获得的。
5.根据上述2所述的固体电解电容器用阳极基体,其中,阳极基体为平板状或箔状,是对包含阀金属拉伸层比阳极基体表面突出的部分的棱边进行倒棱而获得的。
6.根据上述2所述的固体电解电容器用阳极基体,其特征在于,阳极基体为平板状或箔状,是通过将整形构件压靠在包含阀金属拉伸层比阳极基体表面突出的部分的棱边上来消除突出而获得的。
7.根据上述2所述的固体电解电容器用阳极基体,是将包含具有微细孔的阀金属层和不具有微细孔的阀金属层的金属基板斜向切断而成的阳极基体,含有相对于不具有微细孔的阀金属层追随切刀被拉伸而形成的切断表面的短轴方向倾斜或平行的沟。
8.根据上述7所述的固体电解电容器用阳极基体,倾斜或平行的沟的宽度为0.1~1000μm。
9.根据上述7所述的固体电解电容器用阳极基体,倾斜或平行的沟的间距为0.1~100μm。
10.根据上述7所述的固体电解电容器用阳极基体,倾斜或平行的沟的深度为0.1~10μm。
11.根据上述1~10中的任一项所述的固体电解电容器用阳极基体,阳极基体为铝。
12.根据上述11所述的固体电解电容器用阳极基体,阳极基体是采用切断机将具有微细孔的铝化成箔(即:铝化学转化箔)切断成长方形而制造的。
13.一种固体电解电容器,其特征在于,含有上述1~12中的任一项所述的固体电解电容器用阳极基体。
14.一种上述13所述的固体电解电容器的制造方法,其特征在于,是在具有微细孔的起阀作用的金属表面形成的电介质皮膜上利用氧化剂使单体聚合、从而设置了含有导电性聚合物组合物的固体电解质层的固体电解电容器的制造方法,其中,使用上述1~12中的任一项所述的固体电解电容器用阳极基体,采用包括在含有单体的溶液中浸渍后进行干燥的工序(工序1)、在含有氧化剂的溶液中浸渍后进行干燥的工序(工序2)的方法,在具有电介质皮膜层的起阀作用的金属上设置固体电解质层。
15.根据上述14所述的固体电解电容器的制造方法,其特征在于,采用多次重复进行将具有电介质皮膜层的起阀作用的金属在含有单体化合物的溶液中浸渍后进行干燥的工序1、在含有氧化剂的溶液中浸渍后进行干燥的工序2的方法,在具有电介质皮膜层的起阀作用的金属上设置固体电解质层。
16.根据上述14或15所述的固体电解电容器的制造方法,氧化剂为过硫酸盐。
17.根据上述14~16中的任一项所述的固体电解电容器的制造方法,含有氧化剂的溶液是含有有机微粒子的悬浮液。
18.根据上述17所述的固体电解电容器的制造方法,有机微粒子的平均粒径(D50)为1~20μm的范围。
19.根据上述18所述的固体电解电容器的制造方法,有机微粒子是选自脂肪族磺酸化合物、芳香族磺酸化合物、脂肪族羧酸化合物、芳香族羧酸化合物、它们的盐、及缩氨酸化合物之中的至少1种。
20.一种采用上述14~19中的任一项所述的制造方法制造的固体电解电容器。
21.一种固体电解电容器,其特征在于,其包含将棱边的至少一部分倒棱的上述1所述的阳极基体。
22.根据上述21所述的固体电解电容器,其中,阳极基体为平板状或箔状,对于至少设置固体电解质层的区域,阳极基体的上面和/或下面、与侧面和/或端面之间的棱边被倒棱。
23.根据上述22所述的固体电解电容器,倒棱部位的阳极基体的上面和/或下面、与侧面和/或端面之间的角部的角度超过90°、小于180°。
24.根据上述23所述的固体电解电容器,阳极基体的侧面和/或端面的在厚度方向的断面形状,是尖端的角度为90°以上、小于180°的楔形。
25.根据上述21~24中的任一项所述的固体电解电容器,倒棱后的阳极基体的上面和下面的宽度和/或长度不同。
26.根据上述21~25中的任一项所述的固体电解电容器,倒棱后的阳极基体的侧面和/或端面的在厚度方向的断面形状是三边以上的凸多边形,构成上述断面形状的角部的各内角超过90°、小于180°。
27.根据上述21所述的固体电解电容器,其中,阳极基体是含有沟的阳极基体,所述沟是相对于在实施了倒棱处理的阳极基体中所含有的不具有微细孔的阀金属层追随切刀被拉伸而形成的切断表面的短轴方向倾斜或平行的沟。
28.根据上述27所述的固体电解电容器,阳极基体含有的倾斜或平行的沟的宽度为0.1~100μm。
29.根据上述27所述的固体电解电容器,阳极基体含有的倾斜或平行的沟的间距为0.1~100μm。
30.根据上述27所述的固体电解电容器,阳极基体含有的倾斜或平行的沟的深度为0.1~10μm。
31.根据上述21~30中的任一项所述的固体电解电容器,阳极基体为起阀作用的金属。
32.一种固体电解电容器用阳极基体,其特征在于,是在上述21~31中的任一项所述的固体电解电容器中使用的、棱边的至少一部分实施了倒棱的阳极基体。
33.根据上述32所述的固体电解电容器用阳极基体,是将切割机斜向压靠阳极基体的棱边上实施倒棱而形成的。
34.根据上述32所述的固体电解电容器用阳极基体,通过使圆盘式纵剪斜向压靠在阳极基体的原板上,形成上面与切断面之间的棱边内部的角度超过90°的阳极基体的中间制品,接着,使切割机斜向压靠在该中间制品的下面侧的棱边上进行切断,并使得与上述圆盘式纵剪切断面之间的棱边内部的角度超过90°,从而形成为上下两棱边实施了倒棱的形状。
35.根据上述32所述的固体电解电容器用阳极基体,通过使圆盘式纵剪斜向压靠在阳极基体的原板上,形成下面与切断面之间的棱边内部的角度超过90°的阳极基体的中间制品,接着,使切割机斜向压靠在该中间制品的上面侧的棱边进行切断,并使得与上述圆盘式纵剪切断面之间的棱边内部的角度超过90°,从而形成为对上下两棱边实施了倒棱的形状。
36.根据上述32所述的固体电解电容器用阳极基体,其中,使用通过隔开微小的间隙、相互不同地配设多个圆盘状刀片单元,其中所述圆盘状刀片单元是将厚刃刀片和薄刃刀片这2片刀片组合而成,而可在1个圆盘状刀片单元的厚刃刀片与另一个圆盘状刀片单元的薄刃刀片之间进行切断的圆盘式纵剪,调节上述间隙进行切断,并使得阳极基体的原板在上述相互不同地配设的圆盘状刀片单元之间通过,并沿相对于刀片的切断方向倾斜1~15度的方向被排出。
37.根据上述32所述的固体电解电容器用阳极基体,通过将被切断的阳极基体的侧面表面压靠在旋转的具有弹力性的支撑基体的表面上存在的研磨材料的表面上而进行了倒棱。
38.一种固体电解电容器的制造方法,其特征在于,在上述28~37中的任一项所述的固体电解电容器用阳极基体上,设置电介质皮膜和固体电解质层。
39.一种固体电解电容器的制造方法,其特征在于,在上述28~37中的任一项所述的预先设置了电介质皮膜的固体电解电容器用阳极基体上,设置固体电解质层。
40.根据上述38或39所述的固体电解电容器的制造方法,其特征在于,采用包括在含有单体的溶液中浸渍后进行干燥的工序(工序1)、在含有氧化剂的溶液中浸渍后进行干燥的工序(工序2)的方法,在具有电介质皮膜层的起阀作用的金属上设置固体电解质层。
41.根据上述40所述的固体电解电容器的制造方法,其特征在于,采用多次重复进行将具有电介质皮膜层的起阀作用的金属在含有单体化合物的溶液中浸渍后进行干燥的工序1、在含有氧化剂的溶液中浸渍后进行干燥的工序2的方法,在具有电介质皮膜层的起阀作用的金属上设置固体电解质层。
42.根据上述40或41所述的固体电解电容器的制造方法,氧化剂是过硫酸盐。
43.根据上述40或41所述的固体电解电容器的制造方法,含有氧化剂的溶液是含有有机微粒子的悬浮液。
44.根据上述43所述的固体电解电容器的制造方法,有机微粒子的平均粒径(D50)为0.1~20μm的范围。
45.根据上述43或44所述的固体电解电容器的制造方法,有机微粒子是选自脂肪族磺酸化合物、芳香族磺酸化合物、脂肪族羧酸化合物、芳香族羧酸化合物、它们的盐、及缩氨酸化合物之中的至少1种。
46.一种采用上述38~45中的任一项所述的制造方法制造的固体电解电容器。
附图说明
图1是阳极基体的剖面图。
图2是表示使用电容器元件的固体电解电容器的一例的剖面图。
图3是表示层叠电容器元件而得到的固体电解电容器的一例的剖面图。
图4是在实施例1中使用的铝化成箔的侧面断面照片(200倍)。
图5是在实施例2中使用的铝化成箔的侧面断面照片(500倍)。
图6是在实施例3中使用的铝化成箔的侧面断面照片(200倍)。
图7是在实施例4中使用的铝化成箔的侧面断面照片(500倍)。
图8是在比较例1中使用的铝化成箔的侧面断面照片(500倍)。
图9是在比较例2中使用的铝化成箔的侧面断面照片(200倍)。
图10是在实施例1中使用的铝化成箔的侧面表面照片(500倍)。
图11是与以往例(虚线)对比地表示本发明的一实施形态的固体电解电容器用阳极基体的结构(实线)的局部剖面图。
图12是与以往例(虚线)对比地表示本发明的另一实施形态的固体电解电容器用阳极基体的结构(实线)的局部剖面图。
图13是表示本发明的一实施形态的固体电解电容器用阳极基体的结构的局部剖面图。
图14是表示本发明的另一实施形态的固体电解电容器用阳极基体的结构的局部剖面图。
图15是表示本发明的另一实施形态的固体电解电容器用阳极基体的结构的局部剖面图。
图16是在实施例6中使用的铝化成箔(阳极基体)的厚度方向的断面照片(500倍,图中亮色部分是铝箔的未化成部分,暗色部分是已化成部分)。
图17是在实施例7中使用的铝化成箔(阳极基体)的厚度方向的断面照片(500倍,图中亮色部分是铝箔的未化成部分,暗色部分是已化成部分)。
图18是在比较例3中使用的铝化成箔(阳极基体)的厚度方向的断面照片(500倍,图中亮色部分是铝箔的未化成部分,暗色部分是已化成部分)。
图19是在实施例8中使用的铝化成箔(阳极基体)的厚度方向的断面照片(500倍,图中亮色部分是不具有多孔质的阀金属层,暗色部分是多孔质层部分)。
图20是在实施例9中使用的铝化成箔(阳极基体)的厚度方向的断面照片(500倍,图中亮色部分是不具有多孔质的阀金属层,暗色部分是多孔质层部分)。
图21是在实施例6中使用的铝化成箔(阳极基体)的切断表面照片(500倍,图中亮色部分是不具有多孔质的阀金属层,暗色部分是多孔质层部分)。
图22是在实施例9中使用的铝化成箔(阳极基体)的切断表面照片(500倍,图中亮色部分是不具有多孔质的阀金属层,暗色部分是多孔质层部分)。
符号说明
1阳极基体
2电介质(氧化皮膜)层
3掩模
4半导体(固体电解质)层
5导电体层
6,7引线
8密封树脂
9固体电解电容器
具体实施方式
以下,参照附图说明本发明。
本发明的阳极基体,是将含有具有微细孔的阀金属层和不具有微细孔的阀金属层的金属基板斜向切断而形成的阳极基体,是具备不具有微细孔的阀金属层追随切刀被拉伸而形成的切断表面的阳极基体,典型的,是中心含有不具有微细孔的阀金属层、外周含有具有微细孔的阀金属层的金属基体,优选为平板状或箔状的阳极基体。
即,典型例中的其厚度方向的断面形状为图1所示的形状。
在图1中,A1及A2为具有微细孔的阀金属层(以下也称为微细孔层),B为不具有微细孔的阀金属层,e为具有上述B层追随切刀被拉伸而形成的切断表面的阀金属拉伸层(以下称为阀金属拉伸层)。另外,x为不具有微细孔的阀金属层(上述B层)的原来的(即,未延伸部分的)的厚度,y为上述拉伸层e的在基板厚度方向的厚度,z为具有微细孔的阀金属层(与上述拉伸层接触的一侧,即A2)的在基板厚度方向的厚度。图1中,沿箭头方向切断阳极基体的场合,产生具有较软的B层的端面被切刀拖拽、追随着被拉伸,如图1所示那样地形成的切断表面的阀金属拉伸层e。
此外,本发明中的阀金属拉伸层(或飞边),实质上不含有具有微细孔的阀金属层,是具备上述不具有微细孔的阀金属层追随切刀被拉伸而形成的切断表面的阀金属拉伸层。
本发明中,该阀金属拉伸层e需要满足下述的条件式:0≤y/z≤1。优选为0≤y/z<1,更优选为0≤y/z≤0.95,进一步优选为0≤y/z≤0.90。
一般地,具有微细孔的多孔质体,通过采用对其表面浸渍和喷雾等的方法,使其表面上存在的孔附着单体溶液及氧化剂溶液或对上述溶液进行吸液,并维持该状态,从而引起化学氧化聚合,形成聚合膜。但是发现,不具有微细孔的阀金属层,采用浸渍和喷雾等方法使其表面附着的单体溶液及氧化剂溶液,由于其表面光滑(滑溜),因此局部地凝聚,凝聚的溶液成为液滴而流淌,因此不能保持,不能进行高效的化学氧化聚合。还发现,本发明中所形成的切断表面的沟,由于通过将不具有微细孔的阀金属层的光滑的表面粗面化,可使单体溶液及氧化剂溶液在该表面上的溶液保持能力提高,因而对高效率地进行以往难以做到的、在不具有微细孔的阀金属表面和角部分上的聚合膜形成是有效的。另外,本发明中所形成的切断表面,包括具有该切断表面的不具有微细孔的阀金属拉伸层的切断表面。
即,本发明的将包含具有微细孔的阀金属层和不具有微细孔的阀金属层的金属基板斜向切断而成的阳极基体中所含有的不具有微细孔的阀金属层,在切断时被切刀拖拽、追随切刀被拉伸而形成切断表面,优选在该切断表面含有沟,更优选含有相对于切断表面的短轴方向倾斜或平行的沟。更具体地讲,是相对于切断表面的短轴方向,优选以0度以上~80度以下,更步优选以0度以上~45度以下,特别优选以0度以上~30度以下的范围倾斜或平行的沟。该倾斜或平行的沟,相对于切断表面的短轴方向超过80度的场合,保持溶液的能力已经降低,因此不优选。
本发明中所形成的切断表面的沟的宽度,优选为0.1~1000μm,更优选为0.1~100μm,特别优选为0.1~10μm。沟的宽度超过1000μm时,宽度过宽,已经不能期待获得保持溶液的能力,因此不优选。
本发明中所形成的切断表面的沟的间距,优选为0.1~1000μm,更优选为0.1~100μm,特别优选为0.1~10μm。沟的间距超过1000μm时,沟与沟的间隔过宽,不能期待得到随着沟数增加而增大的保持溶液的协同效果,因此不优选。在沟的间距小于0.1μm时,表面变得与光滑的表面实质上同等,因而不优选。
本发明中所形成的切断表面的沟的深度,根据阳极基体的厚度不同而不同,因此不能一概地规定,优选为0.1~100μm,更优选为0.1~10μm的范围。再者,该沟的深度优选为阳极基体的厚度的1~10%的范围。
本发明中所形成的切断表面的沟,可通过在圆盘状刀片单元的刀片表面切断使用的圆盘状刀片单元上形成所要求的微小的沟来形成。此外,通过使圆盘状刀片单元的刀片表面附着微细的粉体,也能够使其形成。在本发明的阳极基体的制造中使用的刀片的沟,优选使其在外周部表面或者外周部表面与圆盘平面构成的棱边部分上形成。
在本发明的阳极基体的制造中使用的刀片的沟的宽度优选为0.1~100μm,进一步优选为0.1~10μm。
在本发明的阳极基体的制造中使用的刀片的沟的间距优选为0.1~100μm,进一步优选为0.1~10μm。
在本发明的阳极基体的制造中使用的刀片的沟的深度优选为0.01~10μm,进一步优选为0.1~1μm的范围。再有,沟的深度优选为阳极基体的厚度的0.01~5%的范围。
此外,阳极基体的切断表面的沟,通过使圆盘状刀片单元的刀片表面附着微细粉体也能够形成。图10是存在通过附着粉体进行切断,而在铝化成箔的切断表面上形成的沟的结构的切断表面的放大照片。作为本发明中使用的粉体,更具体地讲,优选为与构成阳极基体的材料相同的材料,进一步优选为该材料的氧化物或氮化物。在以铝作为基材的场合,作为例子,可以列举氧化铝(三氧化二铝)或者表面上具有氧化皮膜的铝粉末。在钽和铌等的场合,作为例子,可以列举氧化钽、氧化铌等。
此外,在使微细的粉末附着在圆盘状刀片单元的刀片表面、进行切断的场合,由于粉末聚集,形成二次粒子,因此有时局部地沟的尺寸比使用的粉末的粒径大,但在本发明中可无特别问题地使用。
在本发明中使用的粉末,其二次粒子的尺寸或一次粒子的尺寸,优选为0.01~10μm的范围,进一步优选为0.01~1μm的范围。
本发明可使用的具有阀作用的金属,为铝、钽、铌、钛、锆、镁、硅等金属单质、或它们的合金,但特别优选铝。另外,关于多孔质的形态,如果是轧制箔的腐蚀物、微粉烧结体等的多孔质成形体的形态,则哪种形态都可以。
作为阳极基体,可以使用这些金属的多孔质烧结体、通过腐蚀等进行了表面处理的板(包括带、箔等)、线等,但优选为平板状、箔状的阳极基体,更优选是将具有微细孔的铝化成箔用切断机切成长方形而制造的阳极基体。
起阀作用的金属箔(阳极基体)的厚度(H),根据使用目的的不同而不同,通常使用厚度为约40~300μm的箔。为了制作成薄型的固体电解电容器,使用采用铝箔时,使用80~250μm的铝箔,优选使设置了固体电解电容器的元件的最大高度为250μm以下。金属箔的大小和形状也根据用途的不同而不同,作为平板状元件单元,优选宽度为约1~50mm、长度为约1~50mm的矩形的,更优选是宽度为约2~15mm、长度为约2~25mm。
对于这样的阳极基体,为了实现上述条件,可以列举例如以下的方法,但并不限于这些方法。
(1)以切断开始侧的阳极基体表面与切断面之间的棱边内部的角度(即,图1中用角α表示的切断角的补角)超过90°且在135°以下的范围内的角度进行切断。
(2)在产生阀金属拉伸层比阳极基体表面突出的部分的场合,进行该突出部分的切断。
(3)在产生阀金属拉伸层比阳极基体表面突出的部分的场合,对包含该突出部分的棱边进行倒棱。
(4)在产生阀金属拉伸层比阳极基体表面突出的部分的场合,通过将整形构件压靠在包含该突出部分的棱边上来消除突出部分。
(1)~(3),例如可通过使用将2片刀片重叠的切断机来实施。尤其是(1),可以通过使用,通过隔开微小的间隙、相互不同地配设多个将厚刃刀片和薄刃刀片这2片刀片组合而成的圆盘状刀片单元,而可在1个圆盘状刀片单元的厚刃刀片与另一个圆盘状刀片单元的薄刃刀片之间进行切断的圆盘式纵剪,按照将阳极基体的原板在上述相互不同地配设的圆盘状刀片单元之间通过,使其沿相对于刀片的切断方向倾斜1~15度的方向被排出的方式,调节上述间隙进行切断,从而实现。
对于包含包括在(3)中进行的包含突出部分的棱边的倒棱在内的、将棱边的至少一部分进行了倒棱的阳极基体的固体电解电容器,叙述如下。
在本发明中,固体电解电容器所使用的阳极基体是在其厚度方向的断面形状上,不具有90°以下的角部分,或者减少了90°以下的角部区域的。即,如图11中虚线所示,以往的固体电解电容器用阳极基体,其厚度方向的断面形状的角部实质上是直角,但本发明如图11中实线所示那样,成为沿棱边进行了倒棱的形状。其结果,阳极基体的角部分a或b的角度超过90°而小于180°。此外,在本说明书及其所附带的权利要求书中,“倒棱了的阳极基体”,具有进行“倒棱”操作而获得的形状即可,实际上不只包括进行“倒棱”操作而得到的“阳极基体”,也包括采用一些成形方法实现了这样的“倒棱”后的形状的阳极基体。
倒棱可以对阳极基体的全部棱边进行,但也可以只对上面与侧面(端面)之间的角部分(图11之A1)进行,还可以只对下面与侧面(端面)之间的角部分(图11之A2)进行。另外,既可以只对阳极基体的上下面与侧面之间的角部分进行,也可以只对阳极基体的上下面与端面之间的角部分进行。另外,还可以只对这些部分中的一部分进行。在此,所谓“侧面”,是沿着阳极基体的长边(在后述的固体电解电容器的制造工艺中,为与液面垂直的边)的面,所谓“端面”,是沿着阳极基体的短边(在后述的固体电解电容器的制造工艺中,为浸渍时与液面水平地被浸渍的一侧的边)的面。
优选遍及形成固体电解质层的全部区域进行棱边的倒棱。
本发明中通过倒棱而实现的断面形状各种各样。典型地包括下述阳极基板:进行倒棱使得阳极基板的在厚度方向的断面形状成为成楔形,构成楔形形状的3处角部中的1处角部的角度为90°以上而小于180°、这以外的2处角部的角度超过90°而小于180°。另外,例如如图11所示那样,可以进行倒棱以使厚度方向的断面形状为三角形abc,但如图12所示那样,也可以进行倒棱以使厚度方向的断面形状为梯形abP(p1,p2)。在这种场合,面P既可以是残留的倒棱前的侧面(或端面),也可以是在一次地如图11那样形成为三角形abc之后,将其尖端部c进一步进行倒棱而得到的面。
另外,在为三角形abc形状(图13;图11中去除了斜线部分后的形状)的场合,其尖端部c的角度c,优选为90°以上小于180°,更优选为超过90°而小于180°。另外,在图12和13中,角度a、b既可以不同也可以相同。构成该楔形形状的角部的角度a、和角度b,优选分别为超过90°而小于180°。进而优选:构成楔形形状的角部的角度a、角度b分别为超过90°而小于180°,角度c为90°以上而小于180°。
在图11~13中,从上面的角部a的顶点相对于下面垂直的下垂线可以与下面的角部b相交,但从上面的角部a的顶点相对于下面垂直的下垂线不会与下面的角部d相交的情形(图14中x>0)也包括在本发明中。另外,从上面的角部a的顶点相对于下面垂直的下垂线不与角部f相交、y>0的情形(图15)也包括在本发明中。这样形成的断面形状包括三角形以上的凸多边形,构成上述断面形状的角部的各角度,优选为90°以上而小于180°(其中,凸多边形为四边形、且角部的角度全部为90°的情况除外)。
再者,图14的场合,图示的实施了倒棱处理的切断表面部分,在上述意义下为“侧面”的场合,阳极基体的下面的宽度比上面的宽度,单侧只长x(也可以对没有图示的另一侧面进行同样的倒棱,在这种场合,下面的宽度比上面的宽度,合计只长2x)。图14所示的上述部分,在上述意义下为“端面”的场合,阳极基体的下面的长度比上面的长度只长x。另外,图14的场合,优选:构成楔形形状的角部的角度a、角度e分别为超过90°而小于180°,角度d为90°以上而小于180°、x>0。
图15的场合,图示的部分,在上述意义下为“侧面”的场合,阳极基体的下面的宽度比上面的宽度,单侧只短y(也可以对没有图示的另一侧面进行同样的倒棱,此时下面的宽度比上面的宽度合计只短2y)。另外,图15所示的部分,在上述意义下为“端面”的场合,阳极基体的下面的长度比上面的长度只短y。另外,图15的场合,优选:构成楔形形状的角部的角度a、角度f分别为超过90°而小于180°、角度g为90°以上而小于180°、y>0。
另外,象在图12中将图11的角c进一步倒棱那样,可以将角a、b、c、d、e、f、g中的任意角进一步进行倒棱,还可以将由这样的倒棱而产生的角进一步倒棱。但是,通常,阳极基体为数十~数百μm左右的厚度,因此图11~15的形状是现实的。
另外,倒棱的形态,对于各棱边而言,既可以不同也可以相同。
上述那样的阳极基体,可通过例如将切割机切斜向压靠在阳极基体的棱边上实施倒棱来制造。也可以从阳极基体的上下同时压靠切割机,对上下的各棱边同时进行倒棱。
另外,对于侧面,也可以将圆盘式纵剪斜向压靠在阳极基体的原板上,形成上面与切断面之间的棱边内部的角度超过90°的中间制品,接着,将切割机斜向压靠在该中间制品的下面侧的棱边上,进行切断并使得上述与圆盘式纵剪切断面之间的棱边内部角度超过90°,来实现倒棱形状,也可以与之相反(从下面侧用圆盘式纵剪进行切断后,进行上侧面的倒棱处理)。另外,也可以通过使用,通过隔开微小的间隙、相互不同地配设多个将厚刃刀片和薄刃刀片这2片刀片组合而成的圆盘状刀片单元,而可在1个圆盘状刀片单元的厚刃刀片与另一个圆盘状刀片单元的薄刃刀片之间进行切断的圆盘式纵剪,按照将阳极基体的原板在上述相互不同地配设的圆盘状刀片单元之间通过,使其沿相对于刀片的切断方向倾斜1~15度的方向被排出的方式,调节上述间隙进行切断。
另一方面,本发明的具有楔形形状的阳极基体,可将先被切断的侧面,以条状或定量卷取的环带(hoop)状对该侧面进行研磨而制造。更详细地讲,可通过将被切断的化成箔的侧面表面压靠在具有弹力性的支撑基体的表面上存在的研磨材料上进行倒棱而制造。发现,具有由多孔质的具有微细孔的阀金属层夹入的不具有微细孔的阀金属层的阳极基体,由于具有微细孔的阀金属层比不具有微细孔的阀金属层脆、且其强度低,因此压靠在研磨材料上时,具有微细孔的阀金属层选择性地被研磨,能够形成本发明的楔形形状的侧面。倒棱时更优选使用具有弹力性的支撑基板的表面上存在的研磨材料。即,在使用具有弹力性的支撑基板的场合,通过以强度更高的不具有微细孔的阀金属层作为顶点,支撑基板挠曲,在其两面存在的具有微细孔的阀金属层优先被研磨。如果将被切断的化成箔的侧面表面压靠在没有弹力性的支撑基体的表面上存在的研磨材料上,则不具有微细孔的阀金属层被拉伸,因此不理想。
其中,在研磨被卷取成环带状的阳极基体的场合,所使用的研磨材料,优选为120号~2400号,进一步优选为320号~500号。研磨可通过使用单动和双动的研磨机(grinder)等的旋转的基体上存在的研磨材料的研磨来制造,更优选双动的研磨。双动研磨可以消除环带材料的出现卷取偏移的部分,因此即使将整体磨削,不具有微细孔的阀金属层也不被拉伸,并可均匀地研磨,因此特别优选。
在不具有微细孔的阀金属层的表面上的沟的形成,与侧面部分的研磨同时地实施的方法是高效的,因此优选。但是,在通过侧面部分的研磨不能形成所要求的沟的场合,也可以另行实施用于沟加工的研磨。特别是为了缩短研磨所需要的时间,与在研磨表面上的沟加工区分地实施有时效率高。更具体地讲,在环带材的卷取偏移大,需要大量的磨削加工的场合,优选选择另行进行用于沟加工的研磨的方法。
本发明还提供包括上述阳极基体的固体电解电容器。典型的结构示于图2。这是通常通过对具有阀作用的金属的多孔质成形体进行化成处理而形成阳极基板(1)表面的电介质皮膜(2)、再形成固体电解质(4)(阴极部分)的结构。
在金属多孔体的表面形成电介质氧化皮膜的方法,可以使用众所周知的方法。例如在使用铝箔的场合,在含有硼酸、磷酸、己二酸、或者它们的钠盐、铵盐等的水溶液中进行阳极氧化,可以形成氧化皮膜。另外,在使用钽粉末的烧结体的场合,在磷酸水溶液中进行阳极氧化,可在烧结体上形成氧化皮膜。
化成所使用的化成液、化成电压等的化成条件,根据所制造的固体电解电容器所需要的电容、耐电压等,预先通过试验确认,设定成适当的值。另外,在化成处理时,为了防止化成液渗入固体电解电容器的作为阳极的部分,且与在后面工序中形成的固体电解质(4)(阴极部分)的绝缘变得可靠,通常设置有掩模(3)。
作为掩模材料,可使用一般的耐热性树脂、优选使用对溶剂可溶或者可溶胀(膨润)的耐热性树脂或者其前体、无机质微粉和纤维素系树脂所形成的组合物等,但对材料没有限制。作为具体例,可以列举聚苯砜(PPS)、聚醚砜(PES)、氰酸酯树脂、氟树脂(聚四氟乙烯、四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物等)、低分子量聚酰亚胺以及它们的衍生物及其前体等,特别优选低分子量聚酰亚胺、聚醚砜、氟树脂及它们的前体
本发明的基本事项是:包括将起阀作用的金属多孔体基板浸渍在氧化剂溶液中后进行干燥、在基板上缓慢地提高氧化剂溶液浓度的工序的有机聚合物单体的化学氧化聚合。采用本发明的化学氧化聚合法时,使单体附着在阳极基体的具有微细孔的电介质皮膜上,在能够成为导电性聚合物的掺杂剂的化合物存在下,使其发生氧化聚合,使产生的聚合物组合物作为该固体电解质形成于电介质表面上。
根据本发明的方法形成的导电性聚合物的固体电解质层,形成原纤维结构或层状(薄的层状)结构,这样的结构中,存在遍及宽范围的聚合物链间的重叠。在本发明中发现,通过将固体电解质层的全体的厚度确定在约10~约100μm的范围、将聚合物的层状结构的空间确定为0.01~5μm、优选为0.05~3μm、进一步优选为0.1~2μm的范围、将在聚合膜全体中占据的固体电解质的各层间的空间占有率确定为0.1~20%的范围,聚合物链间的电子跳跃变得容易,电导率提高、低阻抗等的特性提高。
以下,对于本发明中在具有微细孔的起阀作用的金属表面上形成的电介质皮膜上形成固体电解质层的方法按顺序进行说明。
本发明中的在含有单体的溶液中浸渍后进行干燥的工序1,是为了向电介质表面上以及聚合物组合物上供给单体而实施的。此外,为了使单体均匀地附着在电介质表面上以及聚合物组合物上,浸渗含有单体的溶液后,在空气中放置一定时间,使溶剂气化。该条件随溶剂种类而改变,但大约在0℃以上到溶剂的沸点的温度下进行。放置时间随溶剂种类而改变,但大致为5秒~15分钟,例如在为醇系溶剂时,可以为5分钟以内。通过设置该放置时间,单体在电介质表面上均匀附着,而且,可以减少下道工序的在含有氧化剂的溶液中浸渍时的污染。
单体的供给,可根据含单体的溶液中所使用的溶剂的种类、含单体的溶液的浓度、溶液温度、浸渍时间等来进行控制。
工序1所适用的浸渍时间,确定为对含单体的溶液中的单体成分附着在金属箔基板的电介质表面上足够的时间以上但小于15分钟的时间,优选为0.1秒~10分钟,进一步优选为1秒~7分钟。
另外,浸渍温度,优选为-10℃~60℃,特别优选为0~40℃。在小于-10℃时,溶剂的挥发花费时间,反应时间加长,因此并不理想;在超过60℃时,不能忽略溶剂以及单体的挥发,浓度管理变得困难。
含单体的溶液的浓度没有特别限制,可以使用任意浓度的,但优选为向起阀作用的金属的微细孔内的浸渗性优异的3~70质量%,进一步优选在25~45质量%下使用。
作为工序1所使用的溶液的溶剂,可以使用,例如四氢呋喃(THF)、二
烷、二乙基醚等的醚类;丙酮、甲乙酮等的酮类;二甲基甲酰胺、乙腈、苄腈、N-甲基吡咯烷酮(N-メチルピロリジノン)(NMP)、二甲基亚砜(DMSO)等的非质子性极性溶剂;乙酸乙酯、乙酸丁酯等的酯类;氯仿、二氯甲烷等的非芳香族性的氯系溶液;硝基甲烷、硝基乙烷、硝基苯等的硝基化合物;甲醇、乙醇、丙醇等的醇类或水或者它们的混合溶剂。优选为醇类或酮类或者它们的混合系。
对于本发明,单体通过在含氧化剂的溶液中浸渍以及在一定的温度范围下在空气中保持规定时间的工序2来被氧化聚合,但为了使聚合膜的形态更加致密,优选以在空气中保持的氧化聚合为主的方法。在空气中保持的温度随单体的种类而不同,例如在为吡咯时,可以为5℃以下,在为噻吩系时,需要为约30~60℃。
聚合时间取决于浸渍时的单体的附着量。附着量根据单体以及含氧化剂的溶液的浓度和粘度等而变化,因此不能一概规定,但是一般地若减少一次的附着量,则可以缩短聚合时间;而增多一次的附着量时,需要更长的聚合时间。采用本发明的方法时,一次的聚合时间为10秒~30分钟,优选为3~15分钟。
作为工序2所适用的浸渍时间,确定为对氧化剂成分附着在金属箔基板的电介质表面上足够的时间以上但小于15分钟的时间,优选为0.1秒~10分钟,更优选为1~7分钟。
作为工序2中采用的氧化剂,可以列举水溶液系的氧化剂和有机溶剂系的氧化剂。作为在本发明中可优选使用的水溶液系氧化剂,可以列举过氧二硫酸及其Na盐、K盐、NH4盐、硝酸铈(IV)、硝酸铈(IV)铵、硫酸铁(III)、硝酸铁(III)、氯化铁(III)等。另外,作为有机溶剂系的氧化剂,可以列举有机磺酸的铁(III)盐,例如十二烷基苯磺酸铁(III)、对甲苯磺酸铁(III)等。
作为本发明的工序2中使用的溶液的溶剂,能够使用例如四氢呋喃(THF)、二
烷、二乙基醚等的醚类;丙酮、甲乙酮等的酮类;二甲基甲酰胺、乙腈、苄腈、N-甲基吡咯烷酮(NMP)、二甲亚砜(DMSO)等的非质子性极性溶剂;甲醇、乙醇、丙醇等的醇类或水或者它们的混合溶剂。优选为水、醇类或酮类或者它们的混合系。
此外,氧化剂溶液的浓度优选为5~50质量%,另外氧化剂溶液的温度优选为-15℃~60℃。
在工序2中,更优选使用含有有机微粒子的悬浮液。有机微粒子通过残存在电介质表面上或聚合物组合物上,对帮助向由聚合膜填充了细孔内的平滑的聚合膜表面上供给氧化剂以及单体有效的。尤其是通过使用可溶性的有机微粒子形成固体电解质层后,能够去除可溶性的有机微粒子,可以提高电容器元件的可靠性。
作为在溶解去除有机微粒子的过程中使用的溶剂,可以使用例如水;甲醇、乙醇、丙醇等的醇类;丙酮、甲乙酮等的酮类;二甲基甲酰胺、N-甲基-2-吡咯烷酮、二甲基亚砜等的非质子性极性溶剂,但优选为水或醇类、或者它们的混合溶剂,如果是也使氧化剂溶解的溶剂,则可以在去除氧化剂的同时进行实施,因此是更优选的。
另外,通过使用强酸而可去除的可溶性的无机微粒子,由于会造成使起阀作用的金属表面的电介质皮膜也溶解、或腐蚀等的损伤,因此不优选。
作为可溶性的有机微粒子,优选其平均粒径(D50)为0.1~20μm的范围,进一步优选为0.5~15μm。可溶性的有机微粒子的平均粒径(D50),超过20μm时,在聚合膜上形成的间隙增大,因此不优选,在小于0.1μm时,丧失附着液的增量效果,变得与水同等。
作为可溶性的有机微粒子的具体例,可以举出脂肪族磺酸化合物、芳香族磺酸化合物、脂肪族羧酸化合物、芳香族羧酸化合物、缩氨酸化合物、和/或其盐等,可以优选使用芳香族磺酸化合物、芳香族羧酸化合物、缩氨酸化合物。
作为芳香族磺酸化合物,更具体地可以列举苯磺酸、甲苯磺酸、萘磺酸、蒽磺酸、蒽醌磺酸和/或其盐;作为芳香族羧酸化合物,更具体地可以列举苯甲酸、甲苯羧酸、萘羧酸、蒽羧酸、蒽醌羧酸和/或其盐;作为缩氨酸化合物,更具体地可以列举枯草菌脂肽(surfactin)、伊枯草菌素(iturin)、芬枯草菌素(plipastatin)、赛拉埃奇(セラウエツチン)等。
本发明的方法中,为了使所形成的导电性聚合物组合物达到对湿度、热及应力等具有耐性的厚度,需要控制浸渍次数。
根据本发明的固体电解质的优选的形成工序之一,是将工序1和工序2的工序作为1个循环反复进行的方法。上述循环通过对1个阳极基体重复进行3次以上、优选重复进行8~30次,能够形成所要求的固体电解质层。另外,工序1和工序2按相反顺序进行也可以。
根据本发明,如后述的实施例所述那样,通过将具有电介质氧化皮膜的铝箔浸渍在例如3,4-亚乙二氧基噻吩(EDT)的异丙醇(IPA)溶液中,然后将其风干,基本去除IPA后,浸渍在约20质量%的氧化剂(过硫酸铵)水溶液中,然后在40℃左右加热10分钟,另外通过将该工序反复实施,可以得到聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)的聚合物。
形成本发明中使用的固体电解质的导电性聚合物,是具有π电子共扼结构的有机聚合物单体的聚合物,聚合度为2以上2000以下,更优选为3以上1000以下,进一步优选为5以上200以下。作为具体例,可以列举具有噻吩骨架的化合物、具有多环状硫醚骨架的化合物、具有吡咯骨架的化合物、具有呋喃骨架的化合物、具有苯胺骨架的化合物等所显示的结构作为重复单元而含有的导电性聚合物。
作为具有噻吩骨架的单体,可以列举3-甲基噻吩、3-乙基噻吩、3-丙基噻吩、3-丁基噻吩、3-戊基噻吩、3-己基噻吩、3-庚基噻吩、3-辛基噻吩、3-壬基噻吩、3-癸基噻吩、3-氟噻吩、3-氯噻吩、3-溴噻吩、3-氰基噻吩、3,4-二甲基噻吩、3,4-二乙基噻吩、3,4-亚丁基噻吩、3,4-亚甲二氧基噻吩、3,4-亚乙二氧基噻吩等的衍生物。这些化合物是一般市售的化合物或可采用公知的方法(例如,Synthetic Metals志,1986年,15卷,169页)准备。
作为具有多环状硫醚骨架的单体的具体例,可以使用具有1,3-二氢多环状硫醚(别名,1,3-二氢苯并[c]噻吩)骨架的化合物、具有1,3-二氢萘并[2,3-c]噻吩骨架的化合物。此外,可以列举具有1,3-二氢蒽[2,3-c]噻吩骨架的化合物、具有1,3-二氢并四苯(naphthaceno)[2,3-c]噻吩骨架的化合物。它们可以用公知的方法,例如特开平8-3156号公报所述的方法准备。
另外,具有1,3-二氢萘并[1,2-c]噻吩骨架的化合物也可以使用1,3-二氢菲[2,3-c]噻吩衍生物,具有1,3-二氢三苯[2,3-c]噻吩骨架的化合物也可以使用1,3-二氢苯并[a]蒽[7,8-c]噻吩衍生物等。
也可以使用缩合环中任意地含有氮或N-氧的化合物,可以列举例如1,3二氢噻吩并[3,4-b]喹喔啉、1,3二氢噻吩并[3,4-b]喹喔啉-4-氧化物、1,3二氢噻吩并[3,4-b]喹喔啉-4-9-二氧化物等。
作为具有吡咯骨架的单体,可以列举例如3-甲基吡咯、3-乙基吡咯、3-丙基吡咯、3-丁基吡咯、3-戊基吡咯、3-己基吡咯、3-庚基吡咯、3-辛基吡咯、3-壬基吡咯、3-癸基吡咯、3-氟代吡咯、3-氯代吡咯、3-溴代吡咯、3-氰基吡咯、3,4-二甲基吡咯、3,4-二乙基吡咯、3,4-丁基吡咯、3,4-亚甲二氧基吡咯、3,4-亚乙二氧基吡咯等的衍生物。这些化合物可以用市售品或采用公知的方法准备。
作为具有呋喃骨架的单体,可以列举3-甲基呋喃、3-乙基呋喃、3-丙基呋喃、3-丁基呋喃、3-戊基呋喃、3-己基呋喃、3-庚基呋喃、3-辛基呋喃、3-壬基呋喃、3-癸基呋喃、3-氟代呋喃、3-氯代呋喃、3-溴代呋喃、3-氰基呋喃、3,4-二甲基呋喃、3,4-二乙基呋喃、3,4-二丁基呋喃、3,4-亚甲二氧基呋喃、3,4-亚乙二氧基呋喃等的衍生物。这些化合物可以用市售品或采用公知的方法准备。
作为具有苯胺骨架的单体,可以列举2-甲基苯胺、2-乙基苯胺、2-丙基苯胺、2-丁基苯胺、2-戊基苯胺、2-己基苯胺、2-庚基苯胺、2-辛基苯胺、2-壬基苯胺、2-癸基苯胺、2-氟代苯胺、2-氯代苯胺、2-溴代苯胺、2-氰基苯胺、2,5-二甲基苯胺、2,5-二乙基苯胺、2,3-亚丁基苯胺、2,3-亚甲二氧基苯胺、2,3-亚乙二氧基苯胺等的衍生物。这些化合物可以用市售品或采用公知的方法准备。
其中,优选具有噻吩骨架或者多环状硫醚骨架的化合物,特别优选3,4-亚乙二氧基噻吩(EDT)、1,3-二氢异硫茚。
从上述化合物群中选择的化合物的聚合条件等没有特别限制,可通过简单的实验,预先确认优选的条件,从而能够容易地实施。
另外,并用从上述单体群中选择的化合物,作为共聚物形成固体电解质也可以。此时的聚合性单体的组成比等依赖于聚合条件等,优选的组成比、聚合条件可通过简单的试验来确认。
例如可以使用,将EDT单体以及氧化剂,优选在溶液的形态下,先后分别地、或者一起地涂布在金属箔的氧化皮膜层上而形成的方法等(日本专利第3040113号公报、美国专利第6229689号公报)。
在本发明中可优选使用的3,4-亚乙二氧基噻吩(EDT),可很好地溶解于上述的一元醇中,但与水的亲合性不好,因此与高浓度的氧化剂水溶液接触时,EDT在其界面可良好地进行聚合,形成原纤维结构或层状(薄的层状)结构的导电性聚合物固体电解质层。
对于本发明的制造方法,作为固体电解质形成后的洗涤用溶剂,能够使用例如四氢呋喃(THF)和二
烷、二乙基醚等的醚类;丙酮、甲基-乙基丙酮等的酮类;二甲基磺胺、乙腈、苄腈、N-甲基吡咯烷酮(NMP)、二甲亚砜(DMSO)等的非质子性极性溶剂;乙酸乙酯、乙酸丁酯等的酯类;氯仿、二氯甲烷等的非芳香族性的氯系溶剂;硝基甲烷、硝基乙烷、硝基苯等的硝基化合物;甲醇、乙醇、丙醇等的醇类;甲酸、乙酸、丙酸等的有机酸;该有机酸的酸酐(例如乙酸酐等)或水或者它们的混合溶剂。优选为水、醇类或酮类或者它们的混合系。
这样制造的固体电解质的电导率,为约0.1~约200S/cm的范围,优选为约1~约150S/cm,进一步优选为约10~约100S/cm的范围。
在这样形成的导电性聚合物组合物层上,为了使之与阴极引线端子的电接触良好,优选设置导电体层。导电体层例如通过导电膏、镀覆和蒸镀、导电树脂膜的贴附等来形成。
在本发明中,形成导电体层后也可以进行压缩。例如在含有弹性体的导电体层的场合,由压缩进行塑性变形,可进一步使其变薄,且也具有使导电体层表面平滑化的效果。
如此得到的固体电解电容器元件,如图3所示那样,通常将多个该元件层叠,在阳极端子上连接阳极引线(6),在固体电解质层(4)上的导电体层(未图示)上连接阴极引线(7),此外通过对整体实施采用例如树脂塑模(8)、树脂外壳、金属制的外包装壳、树脂浸渍等进行的外包装,就制作成各种用途的固体电解电容器(9)制品。
实施例
以下对于本发明,表示出代表的例子进一步具体地说明。另外,这些例子是用于说明的例示,本发明并不限于这些例子。
实施例1
使用图1中的x为30μm、y/z=0.3、切断角α的补角(参照图1)为110°、整体的厚度(H)为110μm的铝化成箔。断面形状的放大照片示于图4。另外,切断表面的放大照片示于图10。将该铝化成箔切成短轴方向3mm×长轴方向10mm,在两面上以环绕状涂布宽度1mm的聚酰亚胺溶液,并使得将长轴方向划分成4mm和5mm的部分,使其干燥,作成掩模。将该化成箔的3mm×4mm的部分在10质量%的己二酸铵水溶液中外加4V的电压,对切口部分进行化成,形成电介质氧化皮膜。然后,将该铝箔的3mm×4mm的部分在溶解有3,4-亚乙二氧基噻吩的2.0mol/L的异丙醇(IPA)溶液中进行5秒钟浸渍,并将其在室温下进行5分钟干燥,在调整成2-蒽醌磺酸钠(D50=11μm;采用シスメツクス(株)制的主分级机(マスタ一サイザ一;master sizer)测定)为0.07质量%的1.5mol/L的过硫酸铵水溶液中浸渍5秒钟。接着,将该铝箔在40℃的大气中放置10分钟,进行氧化聚合。此外,使该浸渍工序及聚合工序按整体达到22次,从而在铝箔的外表面形成了导电性聚合物的固体电解质层。将最终生成的聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)在50℃温水中进行洗涤,然后在100℃进行30分钟干燥,形成了固体电解质层。
通过断面形状的显微镜观察得到的角部分(棱边内部角度为110°的切断部分)的膜厚为22μm。其次,将形成了固体电解质层的3mm×4mm的部分浸渍在15质量%己二酸铵溶液中,在没有形成固体电解质层的部分的起阀作用的金属箔上设置阳极接点,外加3.8V的电压,进行再次化成。
其次,如图3所示那样,在上述铝箔的形成了导电性聚合物组合物层的部分上,粘附碳膏和银膏,将4片上述铝箔层叠,连接阴极引线端子。另外,在没有形成导电性聚合物组合物层的部分上,通过焊接来连接阳极引线端子。此外,将该叠层元件用环氧树脂密封后,在125℃外加额定电压(2V)进行2小时老化,完成合计30个的电容器。
对于这30个叠层电容器元件,作为初始特性,测定120Hz下的电容和损耗系数(tanδ×100(%))、等效串联电阻(ESR)、以及漏电流。另外,漏电流是在外加电压、经1分钟后测定。表1表示出这些测定值的平均值、及将0.002CV以上的漏电流作为不合格品时的不良率。在此,漏电流的平均值是除掉不良品而计算的值。
实施例2
使用图1中x为30μm、y/z=0.5、切断角α的补角(参照图1)110°、整体的厚度(H)为110μm的铝化成箔。断面形状的放大照片示于图5。除了使用该铝化成箔以外,与实施例1同样地形成了固体电解质。
与实施例1同样测定的角部分(棱边内部角度为110°的切断部分)的膜厚为19μm。
接着,与实施例1同样地进行再化成、碳膏和银膏的涂布、层叠、阴极引线端子的连接、采用环氧树脂的密封、老化操作,完成合计30个电容器。对于得到的叠层电容器元件,与实施例1同样地进行的特性评价的结果示于表1。
实施例3
使用图1中x为30μm、y/z=0.8、切断角α的补角(参照图1)110°、整体的厚度(H)为110μm的铝化成箔。断面形状的放大照片示于图6。除了使用该铝化成箔以外,与实施例1同样地形成了固体电解质。
与实施例1同样测定的角部分(棱边内部角度为110°的切断部分)的膜厚为17μm。
其次,与实施例1同样地进行再化成、碳膏和银膏的涂布、层叠、阴极引线端子的连接、采用环氧树脂的密封、老化操作,完成合计30个电容器。对于得到的叠层电容器元件,与实施例1同样地进行的特性评价的结果示于表1。
实施例4
使用图1中x为30μm、y/z=1.0、切断角α的补角(参照图1)110°、整体的厚度(H)为110μm的铝化成箔。断面形状的放大照片示于图7。除了使用该铝化成箔以外,与实施例1同样地形成了固体电解质。再者,该铝化成箔是通过,将切成矩形、卷取在旋转轴上的铝化成箔使切断面向下按压在平板上,将突起部分折曲、去除而制造的。
与实施例1同样测定的角部分(棱边内部角度为110°的切断部分)的膜厚为15μm。
其次,与实施例1同样地进行再化成、碳膏和银膏的涂布、层叠、阴极引线端子的连接、采用环氧树脂的密封、老化操作,完成合计30个电容器。对于得到的叠层电容器元件,与实施例1同样地进行的特性评价的结果示于表1。
实施例5
使用图1中x为30μm、y/z=0.5、切断角α的补角(参照图1)100°、整体的厚度(H)为110μm的铝化成箔。除了使用该铝化成箔以外,与实施例1同样地形成固体电解质。
与实施例1同样测定的角部分(棱边内部角度为100°的切断部分)的膜厚为21μm。
其次,与实施例1同样地进行再化成、碳膏和银膏的涂布、层叠、阴极引线端子的连接、采用环氧树脂的密封、老化操作,完成合计30个电容器。对于得到的叠层电容器元件,与实施例1同样地进行的特性评价的结果示于表1。
比较例1
使用图1中x为30μm、y/z=1.2、切断角α的补角(参照图1)110°、整体的厚度(H)为110μm的铝化成箔。断面形状的放大照片示于图8。除了使用该铝化成箔以外,与实施例1同样地形成固体电解质。
与实施例1同样测定的角部分(棱边内部角度为110°的切断部分)的膜厚为3μm。
其次,与实施例1同样地进行再化成、碳膏和银膏的涂布、层叠、阴极引线端子的连接、采用环氧树脂的密封、老化操作,完成合计30个电容器。对于得到的叠层电容器元件,与实施例1同样地进行的特性评价的结果示于表1。
比较例2
使用图1中x为30μm、y/z=1.5、切断角α的补角(参照图1)110°、整体的厚度(H)为110μm的铝化成箔。断面形状的放大照片示于图9。除了使用该铝化成箔以外,与实施例1同样地形成固体电解质。
与实施例1同样测定的角部分(棱边内部角度为110°的切断部分)的膜厚为1μm。
其次,与实施例1同样地进行再化成、碳膏和银膏的涂布、层叠、阴极引线端子的连接、采用环氧树脂的密封、老化操作,完成合计30个电容器。对于得到的叠层电容器元件,与实施例1同样地进行的特性评价的结果示于表1。
表1
以下实验所使用的铝化成箔,使用通过隔开微小的间隙、相互不同地配设多个将厚刃刀片和薄刃刀片这2片刀片组合而成的圆盘状刀片单元,而可在1个圆盘状刀片单元的厚刃刀片与另一个圆盘状刀片单元的薄刃刀片之间进行切断的圆盘式纵剪,按照将阳极基体的原板在上述相互不同地配设的圆盘状刀片单元之间通过,使其沿相对于刀片的切断方向倾斜1~15度的方向被排出的方式,调节上述间隙进行切断,
实施例6
使用具有以图13为标准的楔形形状、厚度方向的断面形状中的3处角部的角度a为165度、角度b为120度、角度c为90度的铝化成箔(厚度100μm)。再者,该化成箔是通过调整上述间隙并使得在上述圆盘式纵剪中排出角度为5度来制作。断面形状的放大照片示于图16。另外,切断表面的放大照片示于图21。将该铝化成箔切成短轴方向3mm×长轴方向10mm,在两面上以环绕状涂布宽度1mm的聚酰亚胺溶液,并使得将长轴方向划分成4mm和5mm的部分,使其干燥,作成掩模。将该化成箔的3mm×4mm的部分在10质量%的己二酸铵水溶液中外加4V的电压,对切口部分进行化成,形成电介质氧化皮膜。然后,将该铝箔的3mm×4mm的部分在溶解有3,4-亚乙二氧基噻吩的2.0mol/L的异丙醇(IPA)溶液中进行5秒钟浸渍,并将其在室温下进行5分钟干燥,在调整成2-蒽醌磺酸钠(D50=11μm;采用シスメツクス(株)制的主分级机(マスタ一サイザ一;master sizer)测定)为0.07质量%的1.5mol/L的过硫酸铵水溶液中浸渍5秒钟。接着,将该铝箔在40℃的大气中放置10分钟,进行氧化聚合。此外,使该浸渍工序及聚合工序按整体达到22次,从而在铝箔的外表面形成了导电性聚合物的固体电解质层。将最终生成的聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)在50℃温水中进行洗涤,然后在100℃进行30分钟干燥,形成了固体电解质层。
通过断面形状的显微镜观察得到的角部分的固体电解质层的膜厚,角a部分为17μm、角b部分为15μm、角c部分为15μm,是均匀的。
接着,将形成了固体电解质层的3mm×4mm的部分浸渍在15质量%己二酸铵溶液中,在没有形成固体电解质层的部分的起阀作用的金属箔上设置阳极接点,外加3.8V的电压,进行再次化成。
然后,如图3所示那样,在上述铝箔的形成了导电性聚合物组合物层的部分上,粘附碳膏和银膏,将4片上述铝箔层叠,连接阴极引线端子。另外,在没有形成导电性聚合物组合物层的部分上,通过焊接来连接阳极引线端子。此外,将该叠层元件用环氧树脂密封后,在125℃外加额定电压(2V)进行2小时老化,完成合计30个的电容器。
对于这30个叠层电容器元件,作为初始特性,测定120Hz下的电容和损耗系数(tanδ×100(%))、等效串联电阻(ESR)、以及漏电流。另外,漏电流是在外加电压、经1分钟后测定。表2表示出这些测定值的平均值、及将0.002CV以上的漏电流作为不合格品时的不良率。在此,漏电流的平均值是除掉不良品而计算的值。
实施例7
使用楔形的厚度方向的断面形状中的3处角部的角度a为175°、角度b为120°、角度c为90°的铝化成箔(厚度100μm)。断面形状的放大照片示于图17。再者,该化成箔是通过调整上述间隙并使得在上述圆盘式纵剪中排出角度为7度来制作。除了使用该铝化成箔以外,与实施例6同样地形成了固体电解质。
通过断面形状的显微镜观察得到的角部分的固体电解质层的膜厚,角a部分为15μm、角b部分为12μm、角c部分为12μm,是均匀的。
其次,与实施例6同样地进行再化成、碳膏和银膏的涂布、层叠、阴极引线端子的连接、采用环氧树脂的密封、老化操作,完成合计30个电容器。对于得到的叠层电容器元件,与实施例6同样地进行的特性评价的结果示于表2。
实施例8
使用楔形的厚度方向的断面形状中的3处角部的角度a为105°、角度b为135度、角度c为105度的铝化成箔(厚度100μm)。断面形状的放大照片示于图19。再者,该铝化成箔是通过采用在聚氨酯树脂支撑体表面上贴附500号的研磨材料的双动型的研磨机进行15分钟研磨而制造的。除了使用该铝化成箔以外,与实施例6同样地形成固体电解质。
通过断面形状的显微镜观察得到的角部分的固体电解质层的膜厚,角a部分为16μm、角b部分为14μm、角c部分为16μm,是均匀的。
其次,与实施例6同样地进行再化成、碳膏和银膏的涂布、层叠、阴极引线端子的连接、采用环氧树脂的密封、老化操作,完成合计30个电容器。对于得到的叠层电容器元件,与实施例6同样地进行的特性评价的结果示于表2。
实施例9
使用具有以图12为标准的楔形形状,厚度方向的断面形状中的4处角部的角度a为105°、角度b为105度、角度p1为165度、角度p2为165度的铝化成箔(厚度100μm)。断面形状的放大照片示于图20。另外,切断表面的放大照片示于图22。该铝化成箔,是通过采用在聚氨酯树脂支撑体表面上贴附320号的研磨材料的双动型的研磨机进行15分钟研磨后,采用500号的耐水性研磨纸在相对于短轴方向倾斜45°的方向研磨2分钟而制造的。除了使用该铝化成箔以外,与实施例6同样地形成固体电解质。
通过断面形状的显微镜观察得到的角部分的固体电解质层的膜厚,角a部分为15μm、角b部分为14μm、角p1部分为15μm、角p2部分为16μm,是均匀的。
其次,与实施例6同样地进行再化成、碳膏和银膏的涂布、层叠、阴极引线端子的连接、采用环氧树脂的密封、老化操作,完成合计30个电容器。对于得到的叠层电容器元件,与实施例6同样地进行的特性评价的结果示于表2。
比较例3
使用刀形的厚度方向的断面形状中的2处角部的角度分别为70度、110度的铝化成箔(厚度100μm)。断面形状的放大照片示于图18。除了使用该铝化成箔以外,与实施例6同样地形成固体电解质。通过断面形状的显微镜观察得到的角部分的固体电解质层的膜厚为3μm和15μm,锐角的角部(角度为70°的角部)的聚合膜较薄。其次,与实施例6同样地完成30个电容器。对于得到的叠层电容器元件,与实施例6同样地进行的特性评价的结果示于表2。
表2
产业上的利用可能性
根据本发明,能够稳定地制造短路不良减少的、元件形状的偏差少的薄的电容器元件,可以提供适用于可增加固体电解电容器内的电容器元件的叠层片数从而高电容化、等效串联电阻的偏差小的叠层型固体电解电容器的固体电解电容器元件。
本发明中表示数值范围的“以上”和“以下”包括本数。