CN105161305A - 一种导电聚合物固态电容的生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种导电聚合物固态电容的生产方法，经过化成、碳化后的电容芯子半成品再经过含浸/聚合，从而形成高分子导电聚合物，所述含浸/聚合工艺采用三种方式，在导电聚合物的聚合中引入有机硅改性的醇溶性树脂，最终形成固态电容成品。本发明通过不同方式在单体/氧化剂中引入有机硅改性的醇溶性树脂，从而在芯子中形成绝缘隔离膜，进而降低导电聚合物固态电容的漏电量，提高了电容器的生产良品率。

Description

一种导电聚合物固态电容的生产方法

技术领域

本发明属于固态电容器生产技术领域，具体涉及导电聚合物固态电容的生产方法。

背景技术

导电聚合物固态电容，具有优秀的高频低阻特性，在各类应用领域中应用越来越广泛，随着成本的降低，又逐步取代原有液态电解电容的趋势。但是在优越的阻抗特性和寿命特性下，固态电容相较于液体电解电容，也有着明显的劣势，主要劣势表现为：漏电大，通常漏电在100uA-300uA范围，而液体电解电容的漏电通常在1uA以下，二者相差较大。这是一些对漏电要求严格的应用领域，目前固态电容还不能完全取代液态电容的主要原因。其次由于导电聚合物本身虽具有高导电性，但是没有液态电解质的自我修复能力，老化降低漏电是纯粹通过局部大电流烧结局部聚合物来达成效果，这对电容容量和ESR也会有较大的负面影响，而且老化最终的效果也不如液体电解质存在下的老化效果。

由于固体电解质不具备液体电解质这种加电下的自我修复，对氧化膜进行化学形成的功能，现有固态电容在制程上与液态电容有着明显的区别。固态电容在钉卷芯子后，要通过多道化成、炭化和清洗，使得铝箔的切口，钉卷处和卷绕过程对铝箔氧化膜机械损伤后的破损处，经过己二酸铵溶液化学形成，形成完整的氧化膜后，才能含浸导电聚合物。在导电聚合物形成过程中，由于酸性氧化剂对氧化膜的有一定腐蚀作用，进而会影响氧化膜的性能，导致漏电升高。而且，后续的封口，切角，捺印，清洗这些过程，不可避免存在对电容芯子进行夹持和振动，从而会进一步影响到电容漏电。因此，现有固态电容生产工艺条件下，普遍存在漏电较高，良品率不稳定。

发明内容

发明目的：针对上述现有存在的问题和不足，本发明的目的是提供一种导电聚合物固态电容的生产方法，大大提高了导电聚合物固态电容器的良品率，降低漏电情形。

技术方案：为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：一种导电聚合物固态电容的生产方法，经过化成、碳化后的电容芯子半成品再经过含浸/聚合，从而形成高分子导电聚合物，所述含浸/聚合工艺采用以下三种方法：

方法一：以有机硅改性的醇溶性树脂作为含浸液，将电容芯子半成品浸入，然后在60～85℃下挥发驱除溶剂，在电容芯子的铝箔上形成薄的绝缘层，接着再浸入含有聚合单体和氧化剂的溶液，进行反应形成导电聚合物；

方法二、直接在聚合单体和氧化剂的溶液中加入有机硅改性的醇溶性树脂得到含浸液，然后将电容芯子浸入进行原位反应后，形成导电聚合物和有机硅树脂的复合物；

方法三、以有机硅改性的醇溶性树脂作为含浸液，将电容芯子浸入，然后在高温60～85℃下挥发溶剂从而在电容芯子的铝箔上形成薄的绝缘层；接着在含有聚合单体和氧化剂的溶液中同样添加有机硅改性的醇溶性树脂，并将电容芯子继续浸入，进行聚合反应形成导电聚合物。

作为优选，所述聚合单体为聚乙烯二氧噻吩，所述氧化剂为甲苯磺酸铁正丁醇溶液。

进一步改进，所述有机硅改性的醇溶性树脂是将有机硅单体或/和硅烷偶联剂引入醇溶性树脂混合反应而成，所述醇溶性树脂是环氧树脂、丙烯酸树脂、聚氨酯树脂或聚酯树脂。

进一步改进，所述有机硅单体或/和硅烷偶联剂在醇溶性树脂合成之初添加，或者是在醇溶性树脂合成完之后添加。

进一步改进，所述氧化剂/单体的比例为4～6；所述有机硅单体或/和硅烷偶联剂的重量占氧化剂和单体总质量的2～15%。

进一步改进，经过含浸/聚合后，还需依次经过组立、清洗、捺印和老化步骤。

有益效果：与现有技术相比，本发明通过不同方式在单体/氧化剂中引入有机硅改性的醇溶性树脂，从而在芯子中形成绝缘隔离膜，进而降低导电聚合物固态电容的漏电量，提高了电容器的生产良品率。

具体实施方式

下面结合和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

本发明的导电聚合物固态电容的生产工艺方法，主要依次包括裁切、钉卷、焊接、化成、碳化、含浸、聚合、组立、清洗、捺印、老化、外观、剪脚/编带、包装。本发明的技术核心在于含浸/聚合步骤，其中各步骤的目的如下：

裁切：把整卷箔/纸，依据设计需求分切成需要的宽度；

钉卷：正导针钉在阳极箔上，负导针钉在阴极箔上，中间用电解纸隔离卷绕成芯包；

焊接：钉卷工序产出的芯包，套上绝缘胶盖并与芯包密贴，并将正导针顶端点焊在铁条上；

化成：将焊接工序产出的半成品，浸泡在化成液中进行通电，修复产品电性能；

碳化：将焊接工序产出的半成品，放在高温板上烘烤，使芯包中的电解纸趋于碳化程序；

含浸：将化成碳化后的半成品，浸入药品中充分吸收药液，以便形成高分子聚合物；

聚合：将含浸后的半成品，放入高温箱中，在不同的温度下按规定时间加温烘烤，使芯包中吸收的药品在高温下聚合形成高分子物；

组立：将聚合后的半成品装入铝壳中，经过束腰封口后将芯包密封起来；

清洗：对组立后的半成品以及引线上的污垢进行清洗，方便印字及美观；

捺印：根据设计的规格、需求，将产品容量、电压、系列、周期等印字在铝壳底部，便于识别；

老化：根据工艺参数，将捺印后的半成品在高温下通电，再次修复电性能并100%测试电容各大特性参数，剔除电性能不合格品；

外观：对老化后的成品，100%检查电容外观，剔除外观不合格品；

剪脚/编带：根据客户需求，对电容引线进行剪切，或编带加工处理；

包装：根据客户需求，对产品进行分装、标示、打包处理；

入库/出货：包装后产品经过QC检查电气特性、尺寸、外观等，合格后做入库/出货处理。

以下通过实施方式重点叙述含浸/聚合工艺：所述有机硅改性的醇溶性树脂可以先以一定的比例溶解于醇类溶剂，通过含浸引入芯子，然后高温挥发溶剂，使铝箔表面形成一薄层绝缘层，然后再含浸单体和氧化剂，反应聚合形成导电聚合物。也可以直接将其加入到单体溶液中或者氧化剂溶液中，经过原位反应后，形成导电聚合物和有机硅树脂的复合物。或者结合两种方式，即先在铝箔表面形成绝缘层，而后在单体或者氧化剂中添加。具体而言：

方法一：以有机硅改性的醇溶性树脂作为含浸液，将电容芯子半成品浸入，然后在60～85℃下挥发驱除溶剂，在电容芯子的铝箔上形成薄的绝缘层，接着再浸入含有聚合单体和氧化剂的溶液，进行反应形成导电聚合物；

方法二、直接在聚合单体和氧化剂的溶液中加入有机硅改性的醇溶性树脂得到含浸液，然后将电容芯子浸入进行原位反应后，形成导电聚合物和有机硅树脂的复合物；

方法三、以有机硅改性的醇溶性树脂作为含浸液，将电容芯子浸入，然后在高温60～85℃下挥发溶剂从而在电容芯子的铝箔上形成薄的绝缘层；接着在含有聚合单体和氧化剂的溶液中同样添加有机硅改性的醇溶性树脂，并将电容芯子继续浸入，进行聚合反应形成导电聚合物。所述有机硅改性的醇溶性树脂是将有机硅单体或/和硅烷偶联剂引入醇溶性树脂混合反应而成，所述醇溶性树脂是环氧树脂、丙烯酸树脂、聚氨酯树脂或聚酯树脂。所述有机硅单体或/和硅烷偶联剂在醇溶性树脂合成之初添加，或者是在醇溶性树脂合成完之后添加。

所述醇溶性树脂的结构，其中一部分引入有机硅单体或者硅烷偶联剂，主要是利用硅醇基团与氧化铝发生键合，使得树脂与氧化铝表面的紧密附着。另外一部分可以是环氧树脂，丙烯酸树脂，聚氨酯树脂或是聚酯树脂，这些树脂与导电聚合物相容性好，可以原位形成互穿型网络，加强芯子机械稳定性。有机硅单体和硅烷偶联剂可以在树脂合成之初添加，也可以在树脂形成之后添加，通过嵌段共聚，或接枝的方式引入高分子链中。有机硅改性树脂可以成线状，也可以成梳状。其上可以连接活性官能团，可以在导电聚合物形成过程中，与导电聚合物或是树脂自身发生交联，形成的导电聚合物复合物具有一定的机械强度，可以抵抗后续的各工艺的机械振动。因为添加方式通常是直接溶解于醇类溶剂，或者加入到单体和氧化剂中，因此合成的树脂最优是能够完全以任意比例溶解于水或者醇类溶剂中，形成真溶液状态。同时其中所含有的官能团应对单体和氧化剂反应无干扰作用，在高温聚合过程中，可以自行交联，也可以与导电聚合物交联，但是不影响最终聚合物的导电性。在具体实施过程中，氧化剂/单体的比例控制在在1～8，优选4～5。发明人经过实验发现：当小于3时，聚合速度过快，容易导致未浸透；但过高的比例又会导致聚合速度太慢，聚合物产物链段较短使得分子链共轭程度下降，不利于载流子的迁移。另外，聚合温度控制在20～50℃，优选30～40℃。而前驱溶液进行高温驱除溶剂时，如果低于50℃，溶剂难以完全驱除会有残留，因此驱除温度尽可能高。本发明可达85℃,ESR上升不大。而现有技术中，ESR会急剧增大，这可能是由于膜层表面有气泡破裂造成痕迹引起。以下是有机硅改性醇溶性树脂引入单体和氧化剂的几个例子。

实施例1：

将有机硅改性醇溶性树脂，以10%的固含量溶解于乙醇中，含浸入经过炭化化成的芯子中，经过150度烘干干燥。

实施例2：

将有机硅改性醇溶性树脂，以2%的固含溶解于单体和乙醇的溶液中。

实施例3：

将有机硅改性醇溶性树脂，以12%的固含溶解于60%的氧化剂乙醇溶液中。

相对于未引入有机硅改性醇溶性树脂的固态电容，从上表可知：改进前后漏电问题得到很大改善，从原10%的不良率降至5%左右。本发明的创新点在于：含浸/聚合步骤，通过在导电聚合物中引入一种有机硅改性的醇溶性树脂，从而在氧化皮膜表面涂布一层与氧化膜紧密附着的绝缘涂层，并于氧化皮膜一起发挥电介质的作用，形成的涂层，一面与氧化铝表面通过硅氧键键合，另外一面的有机基团则与导电聚合物相容，从而既起到绝缘隔离，减小漏电的作用，又能提高导电聚合物和电介质层附着力，从而改善引出容量和ESR特性，降低漏电，；与此同时，通过在单体和氧化剂中添加高分子聚合物，导电聚合物原位形成后，形成机械性能和导电性能均良好的复合物。在不降低容量和ESR特性的情况下，加固了电容芯子，并且改善了导电聚合物的致密性和对铝箔的附着，从而也能改善漏电特性性树脂，以12%的固含溶解于60%的氧化剂乙醇溶液中。

相对于未引入有机硅改性醇溶性树脂的固态电容，从上表可知：改进前后漏电问题得到很大改善，从原10%的不良率降至5%左右。本发明的创新点在于：含浸/聚合步骤，通过在导电聚合物中引入一种有机硅改性的醇溶性树脂，从而在氧化皮膜表面涂布一层与氧化膜紧密附着的绝缘涂层，并于氧化皮膜一起发挥电介质的作用，形成的涂层，一面与氧化铝表面通过硅氧键键合，另外一面的有机基团则与导电聚合物相容，从而既起到绝缘隔离，减小漏电的作用，又能提高导电聚合物和电介质层附着力，从而改善引出容量和ESR特性，降低漏电，；与此同时，通过在单体和氧化剂中添加高分子聚合物，导电聚合物原位形成后，形成机械性能和导电性能均良好的复合物。在不降低容量和ESR特性的情况下，加固了电容芯子，并且改善了导电聚合物的致密性和对铝箔的附着，从而也能改善漏电特性。

Claims (6)

1.一种导电聚合物固态电容的生产方法，经过化成、碳化后的电容芯子半成品再经过含浸/聚合，从而形成高分子导电聚合物，其特征在于：所述含浸/聚合工艺采用以下三种方法：

方法一：以有机硅改性的醇溶性树脂作为含浸液，将电容芯子半成品浸入，然后在60～85℃下挥发驱除溶剂，在电容芯子的铝箔上形成薄的绝缘层，接着再浸入含有聚合单体和氧化剂的溶液，进行反应形成导电聚合物；

方法二、直接在聚合单体和氧化剂的溶液中加入有机硅改性的醇溶性树脂得到含浸液，然后将电容芯子浸入进行原位反应后，形成导电聚合物和有机硅树脂的复合物；

方法三、以有机硅改性的醇溶性树脂作为含浸液，将电容芯子浸入，然后在高温60～85℃下挥发溶剂从而在电容芯子的铝箔上形成薄的绝缘层；接着在含有聚合单体和氧化剂的溶液中同样添加有机硅改性的醇溶性树脂，并将电容芯子继续浸入，进行聚合反应形成导电聚合物。

2.根据权利要求1所述导电聚合物固态电容的生产方法，其特征在于：所述聚合单体为聚乙烯二氧噻吩，所述氧化剂为甲苯磺酸铁正丁醇溶液。

3.根据权利要求1所述导电聚合物固态电容的生产方法，其特征在于：所述有机硅改性的醇溶性树脂是将有机硅单体或/和硅烷偶联剂引入醇溶性树脂而成，所述醇溶性树脂是环氧树脂、丙烯酸树脂、聚氨酯树脂或聚酯树脂。

4.根据权利要求3所述导电聚合物固态电容的生产方法，其特征在于：所述有机硅单体或/和硅烷偶联剂在醇溶性树脂合成之初添加，或者是在醇溶性树脂合成完之后添加。

5.根据权利要求3或4所述导电聚合物固态电容的生产方法，其特征在于：所述氧化剂/单体的比例为4～6；所述有机硅单体或/和硅烷偶联剂的重量占氧化剂和单体总质量的2～15%。

6.根据权利要求5所述导电聚合物固态电容的生产方法，其特征在于：经过含浸/聚合后，还需依次经过组立、清洗、捺印和老化步骤。