CN109961954B - 用于电容器的导电聚合物分散液以及电容器封装结构 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了用于电容器的导电聚合物分散液以及电容器封装结构。本发明公开一种用于电容器的导电聚合物分散液，其包括一导电聚合物、一分散剂以及一添加剂，其中，所述导电聚合物分散液通过一紫外‐可见光光谱仪的测试而得到一穿透光谱，且所述穿透光谱具有介于350纳米至450纳米之间的一第一特征峰以及介于300纳米至400纳米之间的一第二特征峰。本发明所提供的导电聚合物分散液可以有效应用于电容器的电极体中，使得电容器封装结构的电气特性得到提升。
Description
技术领域
本发明涉及一种分散液以及使用此分散液的封装结构，特别是涉及一种用于电容器的导电聚合物分散液以及使用此分散液的电容器封装结构。
背景技术
电容器已广泛地被使用于消费性家电用品、计算机主板及其周边、电源供应器、通信产品、及汽车等的基本组件，其主要的作用包括：滤波、旁路、整流、耦合、去耦、转相等。是电子产品中不可缺少的组件之一。电容器依照不同的材质及用途，有不同的型态，包括铝质电解电容、钽质电解电容、积层陶瓷电容、薄膜电容等。现有技术中，固态电解电容器具有小尺寸、大电容量、频率特性优越等优点，而可使用于中央处理器的电源电路的解耦合作用上。固态电解电容器是以固态电解质取代液态电解液做为阴极，而导电高分子基于其高导电性、制作过程容易等优点已被广泛应用于固态电解电容的阴极材料。然而现有技术的电容器仍具有待改善的缺点。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足提供一种用于电容器的导电聚合物分散液以及电容器封装结构，其可以有效提升电容器封装结构的电气特性。
为了解决上述的技术问题，本发明所采用的技术方案是，提供一种用于电容器的导电聚合物分散液，其中，所述导电聚合物分散液通过一紫外‐可见光光谱仪的测试而得到一穿透光谱，且所述穿透光谱具有介于350纳米至450纳米之间的一第一特征峰以及介于300纳米至400纳米之间的一第二特征峰。
更进一步地，所述用于电容器的导电聚合物分散液在被稀释为1/20倍时，所述第一特征峰的穿透率小于40％，而所述第二特征峰的穿透率小于35％。
更进一步地，所述用于电容器的导电聚合物分散液在被稀释为1/20倍时，所述第一特征峰的穿透率介于1％至20％之间，而所述第二特征峰的穿透率介于2％至16％之间。
更进一步地，用于电容器的导电聚合物分散液在被稀释为1/20倍时，所述第一特征峰的穿透率与所述第二特征峰的穿透率之间的比例介于1：1至1.25：1之间。
更进一步地，所述导电聚合物分散液包括一导电聚合物、一分散剂以及一添加剂。
更进一步地，所述导电聚合物具有一导电部分以及一分散部分，且所述导电部分是苯胺、聚吡咯、聚噻吩、以及聚二氧乙基噻吩的一或多种，且所述分散部分是聚苯乙烯磺酸。
更进一步地，所述分散剂是水或是醇类。
更进一步地，所述添加剂选自于由导电助剂、pH调整剂、凝集剂、增稠剂、黏着剂以及交联剂所组成的群组。
根据本发明之另一实施例，提供一种电容器封装结构，其使用至少一具有一导电聚合物涂层的电极体，所述导电聚合物涂层是由一导电聚合物分散液所形成，其中，所述导电聚合物分散液通过一紫外‐可见光光谱仪的测试而得到一穿透光谱，且所述穿透光谱具有介于350纳米至450纳米之间的一第一特征峰以及介于300纳米至400纳米之间的一第二特征峰。
更进一步地，用于电容器的导电聚合物分散液在被稀释为1/20倍时，所述第一特征峰的穿透率是小于40％，而所述第二特征峰的穿透率是小于35％。
本发明的主要技术手段在于，本发明技术方案所提供的用于电容器的导电聚合物分散液以及电容器封装结构，其能通过“通过一紫外‐可见光光谱仪的测试而得到一穿透光谱，且所述穿透光谱具有介于350纳米至450纳米之间的一第一特征峰以及介于300纳米至400纳米之间的一第二特征峰”的技术特征，以提升包含此高分子复合材料的固态电解电容器的电气特性，例如包括：提升导电性、提升热稳定性、提升高分子含浸率、提升电容量、降低等效串联电阻、降低损耗因子以及降低漏电流等。另外，本发明的高分子复合材料的形成方法具有较低的生产成本，如此一来，可以有效降低固态电解电容器的整体制造成本。
为使能更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而所提供的附图仅用于提供参考与说明，并非用来对本发明加以限制。
附图说明
图1为本发明实施例所提供的电容器封装结构的侧视剖面示意图；
图2为本发明实施例所提供的电容器封装结构的电容器素子的侧视剖面示意图；以及
图3为本发明实施例所提供的用于电容器的导电聚合物分散液通过紫外光‐可见光光谱仪测试而得到的穿透光谱。
具体实施方式
以下是通过特定的具体实施例来说明本发明所公开有关“用于电容器的导电聚合物分散液以及电容器封装结构”的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所公开的内容了解本发明的优点与效果。本发明可通过其他不同的具体实施例加以施行或应用，本说明书中的各项细节也可基于不同观点与应用，在不悖离本发明的精神下进行各种修饰与变更。另外，本发明的附图仅为简单示意说明，并非依实际尺寸的描绘，事先声明。以下的实施方式将进一步详细说明本发明的相关技术内容，但所公开的内容并非用以限制本发明的保护范围。
首先，请参阅图1及图2。图1为本发明实施例所提供的电容器封装结构的侧视剖面示意图，而图2为本发明实施例所提供的电容器封装结构的电容器素子的侧视剖面示意图。
如图1所示，卷绕型固态电解电容器封装结构P包括：卷绕式组件1、封装组件2以及导电组件3。卷绕式组件1与导电组件3两者形成本发明所使用的电容器素子E。请参阅图1，卷绕式组件1包括卷绕式正极导电箔片11、卷绕式负极导电箔片12以及两个隔离箔片13。更进一步来说，两个隔离箔片13的其中之一会设置在卷绕式正极导电箔片11与卷绕式负极导电箔片12之间，并且卷绕式正极导电箔片11与卷绕式负极导电箔片12两者其中之一会设置在两个隔离箔片13之间。在本发明的实施例中，导电聚合物分散液可以通过涂布的方式设置在卷绕式正极导电箔片11或是卷绕式负极导电箔片12上以形成导电聚合物层。
具体来说，本发明实施例所提供的导电聚合物分散液可以被设置在卷绕式组件1的表面及/或内部，并渗入卷绕式组件1的表面孔洞内。在本发明的实施例中，导电聚合物分散液被设置在包括钛(Ti)或是碳(C)的卷绕式正极导电箔片11或是卷绕式负极导电箔片12上。
再者，请复参阅图2，卷绕式组件1会被包覆在封装组件2的内部。举例来说，封装组件2包括电容器壳体结构21例如(铝壳或其它金属壳体)以及底端封闭结构22，电容器壳体结构21具有用于容置卷绕式组件1的容置空间210，并且底端封闭结构22设置在电容器壳体结构21的底端以封闭容置空间210。此外，封装组件2也可以是由任何绝缘材料所制成的封装体。
导电组件3包括电性接触卷绕式正极导电箔片11的第一导电接脚31以及电性接触卷绕式负极导电箔片12的第二导电接脚32。举例来说，第一导电接脚31具有被包覆在封装组件2的内部的第一内埋部311以及裸露在封装组件2的外部的第一裸露部312，并且第二导电接脚32具有被包覆在封装组件2的内部的第二内埋部321以及裸露在封装组件2的外部的第二裸露部322。
接下来，将针对本发明所提供的用于电容器的导电聚合物分散液进行说明。首先，本发明所提供的用于电容器的导电聚合物分散液包括导电聚合物、分散剂以及添加剂。导电聚合物包括一导电部分(conductive moiety)以及一分散部分(dispersing moiety)，导电部分是苯胺、聚吡咯、聚噻吩、以及聚二氧乙基噻吩的一或多种，且分散部分是聚苯乙烯磺酸(PSS)。另外，导电聚合物可以以纳米等级的粒子的形式存在，且是可以良好分散于分散剂中。
除此之外，本发明所提供的用于电容器的导电聚合物分散液中的导电聚合物也可以是经过乳化剂改质的导电聚合物。举例而言，用以对导电聚合物进行改质的乳化剂可选自于由下列化合物所组成的群组：多元醇、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、十二烷基三甲基溴化铵(DTAB)、聚乙二醇单硬脂酸酯(DEG monostearate)、十二烷基硫酸钠(SDS)、十二烷基苯磺酸钠(SDBS)、油酸(Oleic acid)及其衍生物、单硬脂酸甘油酯(glycerolmonostearate)、聚氧乙烯单油酸酯(Polyoxyethylene monooleate)、聚氧乙烯(10EO)油醇醚(P.O.E.(10)o1eyl alcohol)、去水山梨糖醇月桂酸酯(sorbitan monolaurate)、去水山梨醇单棕榈酸酯(sorbitan monopalmitate)、去水山梨醇单硬脂酸酯(sorbitanmonostearate)、去水山梨醇三硬脂酸酯(sorbitan tristearate)、去水山梨醇单油酸酯(sorbiatan monooleate)、去水山梨醇倍半油酸酯(sorbitan sesquiolate)、去水山梨醇三油酸酯(sorbitan tribleate)、聚氧乙烯氧丙烯油酸酯(polyoxyethyleneoxypropylene oleate)、聚氧乙烯山梨醇六硬脂酸酯(polyoxyethylene sorbitolhexastearate)、混合脂肪酸和树脂酸的聚氧乙烯酯类(polyoxyethylene esters ofmixed fatty and resin acids)、聚氧乙烯山梨醇羊毛脂衍生物(polyoxyethylenesorbitol lanolin derivative)、聚氧乙烯烷基芳基醚(Polyoxyethylene alkyl arylether)、聚氧乙烯山梨醇蜂蜡衍生物(polyoxyethylene sorbitol beeswax derivative)、D‐山梨醇(D‐sorbital)、聚氧乙烯单棕榈酸酯(Polyoxyethylene monopalmitate)、聚乙二醇单棕榈酸酯(polyoxyethylene glycol monopalmitate)、聚氧乙烯(20EO)去水山梨醇三油酸酯(Polyoxyethylene oxypropylene oleate)、四乙二醇单月桂酸酯(tetraethyleneglycol monolaurate)、聚氧乙烯单月桂酸酯(polyoxyethylene monolaurate)、聚氧乙烯月桂醚(Polyoxyethylene lauryl ether)、聚氧乙烯单油酸酯(polyoxyethyleneenemonooleate)、聚氧乙烯单油酸酯(Polyoxyethylene monooleate)、六乙二醇单硬脂酸酯(Hoxaethylene glycol monostearate)、丙二醇单硬脂酸酯(propylene glycol fattyacid ester)、聚氧乙烯氧丙烯硬脂酸酯(Polyoxyethylene oxypropylene stearate)、N‐十六烷基‐N‐乙基吗啉基乙基硫酸钠(N‐cetyl N‐ethyl morpholinium ethosulfate)、烷基芳基磺酸盐(Alkyl aryl sulfonate)、聚氧丙烯硬脂酸酯(Polyoxypropylenestearate)、聚氧乙烯月桂醚(polyoxyethylene laurylether)、聚氧乙烯十八醇(polyoxyethylene stearyl alcohol)、二乙二醇单月桂酸酯(diethylene glycolmonolaurate)、去水山梨醇月桂酸酯(sorbitan monolaurate)、去水山梨醇单棕榈酸酯(sorbitan monopalmitate)、乙二醇二缩水甘油醚(ethylene glycol diglycidylether)、聚乙二醇二缩水甘油醚(polyethylene glycol diglycidyl ether)、丙二醇双缩水甘油醚(propanediol diglycidyl ether)、聚丙二醇双缩水甘油醚(polypropanedioldiglycidyl ether)、1,2,3‐丙三醇缩水甘油醚(1,2,3‐Propanetriol glycidyl ethers)以及丁二醇双缩水甘油醚(butanediol diglycidyl ether)。较佳地，乳化剂21是多元醇。更佳地，乳化剂21是聚乙二醇或者聚丙三醇。值得注意的是，在本发明中，可选用具有表面活性剂之功能的物质作为乳化剂，而乳化剂的具体种类不在此限制。另外，亦可同时使用多种不同的乳化剂。
本发明所使用的分散剂可以是水或是其他有机溶剂，例如醇类。在本发明其中一实施例中，分散剂为乙醇。另外，导电聚合物分散液可以包括一或多种添加剂。添加剂是选自于由导电助剂、pH调整剂、凝集剂、增稠剂、黏着剂以及交联剂所组成的群组。
举例而言，导电助剂可以是一种高沸点溶剂且是乙二醇、丙三醇、二甲基亚砜(DMSO)、山梨醣醇或是N‐甲基吡咯烷酮(NMP)。pH调整剂可以是乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、二甲基乙醇胺、二胺类诸如乙二胺及丙二胺、三胺类或是其等的混合物。pH调整剂可以是硫酸、硝酸、醋酸或是对甲苯磺酸。凝集剂可以是各种羧酸类、羧酸类聚合物或是聚丙烯酸。增稠剂可以是分子量介于1000至40000之间的高分子量聚乙二醇或是烃基纤维素。黏着剂可以是聚胺酯、聚酯、聚丙烯酸酯或是聚乙烯醇。交联剂可以是硅烷偶联剂。然而，本发明不以此举例为限。
接下来，请参阅图3。图3为本发明实施例所提供的用于电容器的导电聚合物分散液通过紫外光‐可见光光谱仪测试而得到的穿透光谱。本发明实施例所提供的导电聚合物分散液通过紫外‐可见光光谱仪测量后所得的穿透光谱是具有特定的特征峰以及穿透率。具体来说，穿透光谱在介于350纳米至450纳米之间有第一特征峰P1，而在介于300纳米至400纳米之间有第二特征峰P2。
如图3所示，由不同的制造方法以及不同的配方所形成的导电聚合物分散液使用紫外‐可见光光谱仪测量后分别具有不同的穿透光谱曲线。在本发明中，是使用紫外‐可见光谱仪(Hitachi U‐2900)进行量测，以得到图3中标示为C1～C7的不同量测曲线。不同的电聚合物分散液是通过调整反应物的含量比例、聚合反应温度、聚合反应时间以及起始剂(例如氧化剂)的含量比例的至少一种而形成。值得一提的是，在进行量测时，可以将样品使用纯水稀释为原先样品的1/20的浓度。如此一来，可以避免原始样品浓度过高而不利于量测结果的分析与判定。
由图3中可知，这些穿透光谱的曲线在350纳米至450纳米之间都具有第一特征峰P1，而在300纳米至400纳米之间都具有第二特征峰P2。在同一个样品的量测曲线中，第一特征峰P1相较于第二特征峰P2具有较高的穿透率。
值得注意的是，由于对于包括导电聚合物的导电聚合物分散液而言，导电聚合物的分子量、链长、聚合度等参数对于导电聚合物分散液的特性有很大的影响，在本发明中，导电聚合物分散液的第一特征峰P1与第二特征峰P2必须被控制在前述特定范围内。
事实上，若导电聚合物分散液的第一特征峰P1或是第二特征峰P2偏离上述预定的范围，由此导电聚合物分散液所形成的电容器封装结构P会具有不佳的电气特性。举例而言，第一特征峰P1或是第二特征峰P2偏离上述预定的范围的导电聚合物分散液在被使用于形成电容器后，电容器会具有不佳的等效串联电阻(ESR)特性，且对所制成的电容器的长期可靠度发生不利的影响。换句话说，不具备前述第一特征峰P1或是第二特征峰P2的导电聚合物分散液不适合用于电容器的制造过程中。
除此之外，如图3所示，第一特征峰P1的穿透率是小于40％，而第二特征峰P2的穿透率是小于35％。需要注意的是，此处针对穿透率的量测值是将导电聚合物分散液的浓度稀释至原液的1/20时进行量测所获得的结果。在本发明中，导电聚合物分散液中导电聚合物的原始浓度可以是介于20至80wt.％之间。
图3中所显是的12种不同浓度的导电聚合物分散液所侧得的紫外‐可见光穿透光谱在不同波段下分别具有不同的穿透率。然而，值得注意的是，在第一特征峰P1处的穿透率(以下称为第一特征峰P1的穿透率)都是小于40％，且在第二特征峰P2处的穿透率(以下称为第二特征峰的穿透率)都是小于35％。在本发明的一个实施例中，第一特征峰P1的穿透率是介于1％至20％之间，而第二特征峰P2的穿透率是介于2％至16％之间。
详细而言，当第一特征峰P1的穿透率与第二特征峰P2的穿透率分别位于上述范围内时，导电聚合物分散液可以良好适用于电容器内。然而，若是第一特征峰P1的穿透率与第二特征峰P2的穿透率过大，即，分别大于40％以及35％时，即代表导电聚合物分散液中的导电聚合物的含量不足，或是导电聚合物的链长过短。如此一来，此导电聚合物分散液将对所形成的电容器的电气特性有不利的影响。具体来说，当导电聚合物分散液的第一特征峰P1的穿透率大于40％，或是第二特征峰P2的穿透率大于35％，则会对所制成的电容器的长期可靠度发生不利的影响，并使电容器有不佳的等效串联电阻(ESR)特性。
请同样参阅图3。在本发明的实施例中，第一特征峰P1的穿透值与第二特征峰P2的穿透值之间的比例是介于1：1至1.25：1之间。较佳地，第一特征峰P1的穿透值与第二特征峰P2的穿透值之间的比例是介于1：1.1至1：1.2之间。
值得一提的是，本发明的实施例还提供一种电容器封装结构P。事实上，本发明所提供的电容器封装结构P可以是先前所述的卷绕型固态电解电容器封装结构P。
请再次参阅图1。电容器封装结构P使用至少一具有导电聚合物涂层的电极体。电极体可以是卷绕型固态电解电容器封装结构P的卷绕式负极导电箔片12或是卷绕式正极导电薄片11。更具体来说，电极体可以是阳极体或是阴极体，且阳极体以及阴极体可以各自包括多孔电极材料(例如铝)与以薄层形式形成的介电质。
导电聚合物涂层是由导电聚合物分散液所形成，其中，导电聚合物分散液通过紫外‐可见光光谱仪的测试而得到的穿透光谱具有介于350纳米至450纳米之间的第一特征峰P1以及介于300纳米至400纳米之间的第二特征峰P2。另外，第一特征峰P1的穿透率是小于40％，而第二特征峰P2的穿透率是小于35％。
换句话说，本发明实施例所提供的电容器封装结构P是使用前述具有特定穿透光谱的峰值与对应的穿透率的导电聚合物分散液。因此，有关导电聚合物分散液的组成、配比与其光学特性，在此不再次叙述。
举例而言，导电聚合物分散液可以通过浸泡式涂布、旋转式涂布、淋幕式涂布或是喷雾式涂布而形成在卷绕式负极导电箔片12上。较佳地，可以将卷绕式组件1浸泡于承载有导电聚合物分散液的容器中，以使得导电聚合物分散液被设置于卷绕式组件1的表面，并渗入卷绕式组件1的多个孔隙中。如此一来，可以确保导电聚合物分散液的含浸率。
实施例的有益效果
本发明的有益效果在于，本发明技术方案所提供的用于电容器的导电聚合物分散液以及电容器封装结构，其能通过“通过一紫外‐可见光光谱仪的测试而得到一穿透光谱，且所述穿透光谱具有介于350纳米至450纳米之间的一第一特征峰以及介于300纳米至400纳米之间的一第二特征峰”的技术特征，以提升包含此高分子复合材料的固态电解电容器的电气特性，例如包括：提升导电性、提升热稳定性、提升高分子含浸率、提升电容量、降低等效串联电阻、降低损耗因子以及降低漏电流等。另外，本发明的高分子复合材料的形成方法具有较低的生产成本，如此一来，可以有效降低固态电解电容器的整体制造成本。
以上所公开的内容仅为本发明的优选可行实施例，并非因此局限本发明的权利要求书的保护范围，所以凡是运用本发明说明书及附图内容所做的等效技术变化，均包含于本发明的权利要求书的保护范围内。
Claims (9)
1.一种用于电容器的导电聚合物分散液，其特征在于，所述导电聚合物分散液通过一紫外-可见光光谱仪的测试而得到一穿透光谱，且所述穿透光谱具有介于350纳米至450纳米之间的一第一特征峰以及介于300纳米至400纳米之间的一第二特征峰，其中，用于电容器的所述导电聚合物分散液在被稀释为1/20倍时，所述第一特征峰的穿透率小于40％，而所述第二特征峰的穿透率小于35％。
2.根据权利要求1所述的用于电容器的导电聚合物分散液，其特征在于，用于电容器的所述导电聚合物分散液在被稀释为1/20倍时，所述第一特征峰的穿透率介于1％至20％之间，而所述第二特征峰的穿透率介于2％至16％之间。
3.根据权利要求1所述的用于电容器的导电聚合物分散液，其特征在于，用于电容器的所述导电聚合物分散液在被稀释为1/20倍时，所述第一特征峰的穿透率与所述第二特征峰的穿透率之间的比例介于1：1至1.25：1之间。
4.根据权利要求1所述的用于电容器的导电聚合物分散液，其特征在于，所述导电聚合物分散液包括一导电聚合物、一分散剂以及一添加剂。
5.根据权利要求4所述的用于电容器的导电聚合物分散液，其特征在于，所述导电聚合物具有一导电部分以及一分散部分，且所述导电部分是苯胺、聚吡咯、聚噻吩、以及聚二氧乙基噻吩的一种或多种，且所述分散部分是聚苯乙烯磺酸。
6.根据权利要求4所述的用于电容器的导电聚合物分散液，其特征在于，所述分散剂是水或醇类。
7.根据权利要求4所述的用于电容器的导电聚合物分散液，其特征在于，所述添加剂选自于由导电助剂、pH调整剂、凝集剂、增稠剂、黏着剂以及交联剂所组成的群组。
8.一种电容器封装结构，其特征在于，所述电容器封装结构使用至少一具有一导电聚合物涂层的电极体，所述导电聚合物涂层是由一导电聚合物分散液所形成，其中，所述导电聚合物分散液通过一紫外-可见光光谱仪的测试而得到一穿透光谱，且所述穿透光谱具有介于350纳米至450纳米之间的一第一特征峰以及介于300纳米至400纳米之间的一第二特征峰，其中，用于电容器的所述导电聚合物分散液在被稀释为1/20倍时，所述第一特征峰的穿透率小于40％，而所述第二特征峰的穿透率小于35％。
9.根据权利要求8的电容器封装结构，其特征在于，用于电容器的所述导电聚合物分散液在被稀释为1/20倍时，所述第一特征峰的穿透率介于1％至20％之间，而所述第二特征峰的穿透率介于2％至16％之间。
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