CN112103083B - 电容器结构及电容器的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种电容器结构及电容器的制造方法，电容器的制造方法包括下列步骤：在一电容器组件上施加一分散液，分散液中包括一导电组成物和一溶剂。移除部分溶剂，但不对分散液进行固化，使分散液形成一胶态层。在胶态层中施加一功能助剂。固化胶态层，在电容器组件上形成一固态电解质，以制得一电容器。通过延后固化分散液的步骤，可提升电容器产品的电性特性。
Description
技术领域
本发明涉及一种电容器结构及电容器的制造方法，特别是涉及一种延后固化分散液的电容器结构及电容器的制造方法。
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。电容器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作为阴极，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，现有技术的固态电解电容器仍具有待改善的缺点。举例而言，现有的分散液系统的固态电解质具有较低的固含量，使得采用分散液系统的固态电解电容器产品会有结构松散而易受外力而变形的缺点。
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电容器结构以及电容器的制造方法，利用延后固化分散液的步骤，来提升电容器产品的电性特性。
为了解决上述的技术问题，本发明所采用的其中一技术方案是，提供一种电容器的制造方法，其包括下列步骤：在一电容器组件上施加一分散液，电容器组件包括一多孔主体，分散液中包括一导电组成物和一溶剂。移除部分溶剂，但不对分散液进行固化，使分散液形成一胶态层。在胶态层中施加一功能助剂。固化胶态层，在电容器组件上形成一固态电解质，以制得一电容器。
优选地，分散液的固含量为15重量百分比至40重量百分比。
优选地，移除部分溶剂后，胶态层的固含量为15重量百分比至60重量百分比。
优选地，移除部分溶剂后，胶态层中溶剂的含量为40重量百分比至90重量百分比。
优选地，功能助剂的固含量为20重量百分比至100重量百分比。
优选地，功能助剂中包括增韧剂、导电助剂、成膜助剂和盐类电解质中的至少一种。
优选地，电容器的制造方法进一步包括：在胶态层中施加功能助剂后，移除胶态层中的溶剂，使胶态层的固含量为25重量百分比至80重量百分比。
优选地，移除胶态层中的溶剂的步骤包括：施加功能助剂之后，在胶态层中施加一处理溶剂。
优选地，处理溶剂为醇类溶剂。
为了解决上述的技术问题，本发明所采用的另外一技术方案是，提供一种电容器结构，电容器结构包括至少一电容器，电容器是前述电容器的制造方法所制得。
本发明的其中一有益效果在于，本发明所提供的电容器结构及电容器的制造方法，其能通过“移除部分溶剂，但不对分散液进行固化，使分散液形成一胶态层”以及“在胶态层中施加一功能助剂”的技术特征，以提升电容器产品的电性特性，可提升电容器的电容量、降低电容器的等效串联电阻，并可强化固态电解质的结构。
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为本发明电容器的制造方法的流程图。
图2为本发明电容器组件的立体示意图。
图3为本发明电容器结构的侧面示意图。
具体实施方式
以下是通过特定的具体实例来说明本发明所公开有关“电容器结构及电容器的制造方法”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，在不背离本发明的构思下进行各种修改与变更。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。
应当可以理解的是，虽然本文中可能会使用到“第一”、“第二”、“第三”等术语来描述各种组件或者信号，但这些组件或者信号不应受这些术语的限制。这些术语主要是用以区分一组件与另一组件。另外，本文中所使用的术语“或”，应视实际情况可能包括相关联的列出项目中的任一个或者多个的组合。
请参阅图1，图1为本发明实施例所提供的电容器结构的制造方法的流程图。如图1所示，电容器的制造方法至少包括下列步骤：在一电容器组件上施加一分散液，分散液中包括一导电组成物和一溶剂(步骤S100)；移除部分溶剂，但不对分散液进行固化，使分散液形成一胶态层(步骤S102)；在胶态层中施加一功能助剂(步骤S104)；在胶态层中施加一处理溶剂(步骤S106)；固化胶态层，以在电容器组件上形成一固态电解质(步骤S108)。
请配合图2所示。图2为本发明实施例所提供的电容器结构的制造方法所使用的电容器组件的示意图。在本发明的实施例中，电容器组件C包括卷绕式组件1以及导电组件2。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以及两个卷绕式隔离箔片13。更进一步来说，两个卷绕式隔离箔片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卷绕式隔离箔片13之间。导电组件2包括一电性接触卷绕式正极导电箔片11的第一导电引脚21以及一电性接触卷绕式负极导电箔片12的第二导电引脚22。
在本发明实施例中，卷绕式隔离箔片13是附着有固态电解质的隔离纸或者纸制箔片。换句话说，固态电解质以通过含浸方式而形成在电容器组件C的卷绕式隔离箔片13上。具体来说，附着在电容器组件C的卷绕式隔离箔片13的表面上的固态电解质，可以通过本发明所提供的制造方法所形成。
在本发明所提供的制造方法的步骤S100中，是在电容器组件C上施加一分散液，使分散液设置于电容器组件C上。电容器组件C具有一多孔主体，且多孔主体上具有多个微细孔。因此，一部份的分散液会渗入多孔主体的微细孔内，而另一部分的分散液则是附着于多孔主体的表面。也就是说，分散液会附着于电容器组件C的表面，并渗入电容器组件C的微细孔中。在其中一实施例，将电容器组件C浸入分散液时，可以使卷绕式组件1的卷绕式隔离箔片13完全浸入盛装有分散液的容器中，以通过含浸的方式将包含有导电组成物的分散液设置在电容器组件C的卷绕式组件1的卷绕式隔离箔片13的表面。然而，电容器组件C的多孔主体并不限于卷绕式隔离箔片13，也可以是卷绕式正极导电箔片11或卷绕式负极导电箔片12。
步骤S100中使用的分散液包括一导电组成物和一溶剂。导电组成物可以是以一分散剂分散的一种或多种导电高分子，或是包括用以合成导电高分子的一导电聚合物单体、一氧化剂以及一助剂的混合物。在本实施例中，分散液的固含量为1重量百分比(wt％)至40wt％。
在一些实施例中，导电组成物为以分散剂分散的导电高分子，导电高分子可以是聚苯胺(Polyaniline，PAni)、聚吡咯(Polypyrrole，PPy)、聚噻吩(Polythiophene，PTh)、聚二氧乙基噻吩-聚苯乙烯磺酸(PEDOT：PSS)或是其等的任意组合。在本发明的实施例中，导电高分子包括PEDOT：PSS。分散剂的添加可以提升导电高分子在分散液中的均匀性及稳定性。分散剂可以是，例如，十二烷基磺酸钠。
在另一些实施例中，导电组成物中也可包括用以合成导电高分子的一导电聚合物单体、一氧化剂以及一聚合助剂。导电聚合物单体可以是用以合成聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、聚二氧乙基噻吩-聚苯乙烯磺酸或是其等的任意组合所需的单体。氧化剂可以是过硫酸盐，例如：过硫酸钠、过硫酸钾或过硫酸铵。聚合助剂可依使用的导电聚合物单体进行选择。当导电聚合物单体为苯胺单体及其衍生物时，可采用过硫酸铵作为聚合助剂。当导电聚合物单体为吡咯单体及其衍生物时，可采用氯化铁作为聚合助剂。当导电聚合物单体为噻吩单体及其衍生物时，可优选的采用对甲苯磺酸铁作为聚合助剂，导电聚合物单体、氧化剂以及聚合助剂的摩尔比为1：0.7至1.4：0.5至2。
在步骤S102中，移除分散液中的部分溶剂，但不对分散液进行固化，使分散液形成一胶态层。本发明通过延后固化分散液的操作方式，有利于后续再进一步添加功能助剂，并可使功能助剂均匀分散，以提升电容器产品的特性。例如：提升电容器的电容量、降低等效串联电阻以及强化固态电解质的结构。
具体而言，移除部分溶剂的方式，是使浸泡过分散液的电容器组件C，在50℃至80℃的温度下烘烤5至15分钟，以去除部分溶剂，但不对分散液进行固化。去除部分溶剂后，电容器组件C的多孔主体的内部和表面会具有固-液态混合物。在本实施例中，步骤S102的胶态层中溶剂的含量为40wt％至90wt％，且胶态层中的固含量为15wt％至60wt％。
值得注意的是，本发明电容器的制造方法中，可重复前述在一电容器组件上施加一分散液(步骤S100)的步骤，以及移除部分溶剂以形成一胶态层(步骤S102)的步骤，以便在电容器组件C上形成特定厚度的胶态层。
在步骤S104中，在胶态层中施加一功能助剂。功能助剂的添加可提升电容器的特性，举例来说，功能助剂中可包含一种或多种试剂，例如但不限于增韧剂、导电助剂、成膜助剂或盐类电解质。增韧剂可提高胶体的柔韧性，并可与胶体反应固化构成结构中的一部分。导电助剂可提升电极效能以具有良好的充放电特性，并可在活性物质和集流体之间收集微电流，降低电极的接触电阻和加速电子的移动速率。成膜助剂可促进高分子化合物的塑性流动和弹性变形，改善聚结性能，并可在较宽的温度范围成膜。盐类电解质有助于电子的传导，以提升电容特性。
在本实施例中，施加功能助剂的方式可以是但不限于：使电容器组件C上的胶态层浸于功能助剂中1至5分钟，功能助剂中包括增韧剂、导电助剂、成膜助剂和盐类电解质中的至少一种，且功能助剂的固含量为20wt％至100wt％。当功能助剂的固含量为100wt％时，即代表功能助剂为固态。当功能助剂的固含量小于100wt％时，代表功能助剂是由固体和液体所构成。
具体的增韧剂种类可以是但不限于：液体增韧剂、粉末增韧剂或颗粒增韧剂。例如：丙烯酸树脂、水性聚氨酯树脂、水性聚脂树脂、水性环氧树脂、对苯乙烯磺酸共聚物、聚丙烯酰胺、羟丙甲纤维素、羧甲基纤维素、聚乙烯吡咯烷酮或聚乙烯醇。
具体的导电助剂种类可以是但不限于：醇类、聚甘油类、醣类或高沸点溶剂。举例来说，醇类可以是乙二醇、甘油、甲醇、乙醇、异丙醇、正丁醇、乙二醇单二醚、二甘醇、聚丙二醇或分子量分别为200、300、400、600、1000、1500、2000的聚乙二醇。醣类可以是山梨糖醇、木糖醇、麦芽糖醇、赤藓糖醇(meso-Erythritol)、葡萄糖、乳糖或果糖。
具体的成膜助剂种类可以是但不限于：非离子型表面活性剂、阳离子型表面活性剂和阴离子型表面活性剂。其中，非离子型表面活性剂包括TritonTM、
FSO、DynalTM、NonidetTM、聚乙二醇脱水山梨糖醇烷基酯、聚氧乙烯氢化蓖麻油(Castor oilethoxylate)、聚丙二醇脂肪酸酯、聚氧乙烯甘油脂肪酸酯、失水山梨醇脂肪酸酯或聚氧乙烯植物甾醇。阳离子型表面活性剂包括溴化十六烷基三甲铵、二十二烷基三甲基氯化铵、十八烷基三甲基氯化铵或烷基二甲基芐基氯化铵。阴离子型表面活性剂包括十二烷基硫酸钠、乙醇酸聚氧乙基月桂醚(Glycolic acid ethoxylate lauryl ether)、乙醇酸乙氧酸4-壬基苯醚(Glycolic acid ethoxylate 4-nonylphenyl ether)、月桂醇磷酸酯钾(Potassium monolauryl phosphate)、磺基琥珀酸酯(Disodium laurethsulfosuccinate)、十二烷基聚氧乙醚硫酸钠或十二烷基苯磺酸钠。
具体的盐类电解质种类可以是但不限于：一级铵盐、四级铵盐、咪唑四级铵盐、马来酸胺盐、苯甲酸盐类或四级鏻盐。举例来说，阳离子一级铵盐为铵根(Ammonium)或三羟甲基氨基甲烷(Tromethamine)。阳离子四级铵盐包括四甲基铵(Tetramethylammonium)、四乙基铵(Tetraethylammonium)、四丁基铵(Tetrapropylammonium)、四丙基铵(Tetraproylammonium)、三乙基甲基铵(Triethylmethylammonium)、双丁环铵(5-azoniaspiro[4,4]nonane)或1-乙基-1-甲基吡咯烷鎓(1-ethyl-1-methylpyrrolidinium)。阳离子咪唑四级铵盐包括1-乙基-3-甲基咪唑(1-ethyl-3-methylimidazolium)、1,3-二异丙基咪唑鎓(1,3-diisopropylimidazolium)或1-苄基-3-甲基咪唑(1-benzyl-3-methylimidazolium)。阳离子四级鏻盐包括三甲基鏻(Trimethylphosphonium)或四乙基鏻(Tetraethylphosphonium)。阴离子常见举例来说，羧酸根(Carboxylate)、硼酸根(Borate)、磷酸根(Phosphate)、苯甲酸根(Benzoate)、四氟硼酸根(Tetrafluoroborate)或六氟磷酸根(Hexafluorophosphate)。
相较于使分散液完全干燥后再施加功能助剂，本发明延后固化分散液，并在胶态层上施加功能助剂的操作方式，可使电容器组件C连续多次含浸于相同或不同的功能助剂中。也就是说，可通过重复上述在胶态层中施加功能助剂(步骤S104)的步骤，有利于提高电容器的电容量、降低其等效串联电阻、提高后续封装时可承受的应力以及强化固态电解质的结构。
在胶态层施加功能助剂后，在步骤S106中，可在胶态层中施加一处理溶剂，施加的方式可以是将胶态层浸泡于处理溶剂中10分钟至20分钟。处理溶剂为低沸点的溶剂，故处理溶剂的添加有助于去除胶态层中的溶剂。具体来说，处理溶剂为醇类溶剂，例如但不限于：甲醇、乙醇、异丙醇、丁醇或其混合物。胶态层的固含量可达到25wt％至80wt％。
在步骤S108中，固化胶态层，以在电容器组件C上形成一固态电解质。固化胶态层的具体操作参数如下：使电容器组件C在100℃至160℃的温度下烘烤15至60分钟，以完成固化。也就是说，固化电容器组件C的多孔主体表面和/或内部的胶态层，会形成一固态电解质。并且，固态电解质中包含了导电组成物以及功能助剂。
为证实本发明延后固化分散液，再添加功能助剂，可达到提升电容器的电性特性的功效。本发明配制了不同成分的功能助剂A至F，功能助剂A至F的详细成分如下表1所示。并且，根据下述两个实施例的方法制备电容器。
表1：功能助剂A至F的详细成分。
[第一实施例]
根据前述电容器的制造方法，在电容器组件C上设置分散液(步骤S100)后，在80℃的温度下干燥10分钟形成胶态层(步骤S102)，待冷却至室温后，可重复前述步骤S100和步骤S102二至五次。接着，将电容器组件C浸于功能助剂A至F中(步骤S104)，再于140℃的温度下干燥固化30分钟(步骤S108)。待冷却至室温后，即进行电性测量，测量的结果如下表2所示。
[第二实施例]
根据前述电容器的制造方法，在电容器组件C上设置分散液(步骤S100)后，在80℃的温度下干燥10分钟形成胶态层(步骤S102)。待冷却至室温后，直接使胶态层浸于功能助剂A至F中(步骤S104)。接着，使胶态层浸泡于甲醇中静置10分钟(步骤S106)。再于140℃的温度下干燥固化30分钟(步骤S108)。待冷却至室温后，即进行电性测量，测量的结果如下表2所示。
表2：第一实施例和第二实施例中电容器的电性测试结果。
除此之外，在本发明所提供的电容器的制造方法中，还进一步包含前述形成有固态电解质的电容器组件C进行封装。请参阅图3，图3为本发明实施例所提供的电容器结构的示意图。
如图3所示，在对形成有固态电解质的电容器组件C进行封装，形成电容器结构P后，卷绕式组件1会被包覆在封装组件3的内部。举例来说，封装组件3包括电容器壳体结构31(例如铝壳或其它金属壳体)以及底端封闭结构32，电容器壳体结构31具有用于容置卷绕式组件1的容置空间310，并且底端封闭结构32设置在电容器壳体结构31的底端以封闭容置空间310。此外，封装组件3也可以是由任何绝缘材料所制成的封装体。举例而言，可以使用由环氧树脂等绝缘材料作为封装体。
另外，如前所述，导电组件2包括电性接触卷绕式正极导电箔片11的第一导电引脚21以及一电性接触卷绕式负极导电箔片12的第二导电引脚22。举例来说，第一导电引脚21具有一被包覆在封装组件3的内部的第一内埋部211以及一裸露在封装组件2的外部的第一裸露部212，并且第二导电引脚22具有一被包覆在封装组件3的内部的第二内埋部221以及一裸露在封装组件2的外部的第二裸露部222。
[实施例的有益效果]
本发明所提供的电容器结构及电容器的制造方法，其能通过“移除部分溶剂，但不对分散液进行固化，使分散液形成一胶态层”以及“在胶态层中施加一功能助剂”的技术方案，以提升电容器产品的电性特性。
更进一步来说，本发明通过“分散液的一部分渗入多孔主体内，分散液的另一部分涂布于多孔主体上”的技术方案，以提升电容器结构的整体结构强度及其电性特性。
更进一步来说，本发明通过“胶态层中的溶剂含量为40wt％至90wt％”或“胶态层中的固含量为25wt％至80wt％”的技术方案，可有效提升电容器的电性特性。
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 (10)
1.一种电容器的制造方法，其特征在于，所述电容器的制造方法包括：
在一电容器组件上施加一分散液，所述分散液中包括一导电组成物和一溶剂，所述分散液的固含量为15重量百分比至40重量百分比；
移除部分所述溶剂，但不对所述分散液进行固化，使所述分散液形成一胶态层；
在所述胶态层中施加一功能助剂；以及
固化所述胶态层，在所述电容器组件上形成一固态电解质，以制得一电容器；
其中，所述功能助剂包括2wt％的增韧剂、至少92wt％的导电助剂、0wt％或5wt％的成膜助剂以及0wt％或1wt％的盐类电解质；
其中，所述电容器的电容量至少为360μF。
2.根据权利要求1所述的电容器的制造方法，其特征在于，所述增韧剂为丙烯酸树脂、水性聚氨酯树脂、水性聚脂树脂、水性环氧树脂、对苯乙烯磺酸共聚物、聚丙烯酰胺、羟丙甲纤维素、羧甲基纤维素、聚乙烯吡咯烷酮或聚乙烯醇；所述导电助剂为乙二醇、甘油、甲醇、乙醇、异丙醇、正丁醇、乙二醇单二醚、二甘醇、聚丙二醇、分子量分别为200、300、400、600、1000、1500、2000的聚乙二醇、聚甘油类、山梨糖醇、木糖醇、麦芽糖醇、赤藓糖醇、葡萄糖、乳糖或果糖或高沸点溶剂；所述成膜助剂为聚乙二醇脱水山梨糖醇烷基酯、聚氧乙烯氢化蓖麻油、聚丙二醇脂肪酸酯、聚氧乙烯甘油脂肪酸酯、失水山梨醇脂肪酸酯、聚氧乙烯植物甾醇、溴化十六烷基三甲铵、二十二烷基三甲基氯化铵、十八烷基三甲基氯化铵、烷基二甲基芐基氯化铵、十二烷基硫酸钠、乙醇酸聚氧乙基月桂醚、乙醇酸乙氧酸4-壬基苯醚、月桂醇磷酸酯钾、磺基琥珀酸酯、十二烷基聚氧乙醚硫酸钠或十二烷基苯磺酸钠；所述盐类电解质为铵根、三羟甲基氨基甲烷、四甲基铵、四乙基铵、四丁基铵、四丙基铵、三乙基甲基铵、双丁环铵、1-乙基-1-甲基吡咯烷鎓、1-乙基-3-甲基咪唑、1,3-二异丙基咪唑鎓、1-苄基-3-甲基咪唑、三甲基鏻、四乙基鏻、羧酸根、硼酸根、磷酸根、苯甲酸根、四氟硼酸根或六氟磷酸根。
3.根据权利要求1所述的电容器的制造方法，其特征在于，移除部分所述溶剂后，所述胶态层的固含量为15重量百分比至60重量百分比。
4.根据权利要求1所述的电容器的制造方法，其特征在于，移除部分所述溶剂后，所述胶态层中所述溶剂的含量为40重量百分比至90重量百分比。
5.根据权利要求1所述的电容器的制造方法，其特征在于，所述功能助剂的固含量为20重量百分比至100重量百分比。
6.根据权利要求1所述的电容器的制造方法，其特征在于，所述增韧剂为聚乙烯醇；所述导电助剂至少包括分子量为300的聚乙二醇；以及所述盐类电解质为五硼酸铵、1-乙基-3-甲基咪唑乙酸盐、苯甲酸铵、四乙基铵苯甲酸盐或六氟磷酸四甲基铵。
7.根据权利要求1所述的电容器的制造方法，其特征在于，所述电容器的制造方法进一步包括：在所述胶态层中施加所述功能助剂后，移除所述胶态层中的所述溶剂，使所述胶态层的固含量为25重量百分比至80重量百分比。
8.根据权利要求7所述的电容器的制造方法，其特征在于，移除所述胶态层中的所述溶剂的步骤包括：施加所述功能助剂之后，在所述胶态层中施加一处理溶剂。
9.根据权利要求8所述的电容器的制造方法，其特征在于，所述处理溶剂为醇类溶剂。
10.一种电容器结构，其特征在于，所述电容器结构包括至少一电容器，所述电容器是由如权利要求1至9中任一项所述的电容器的制造方法所制成。
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