CN1892938B - 层叠式固体电解电容器 - Google Patents

Abstract

层叠式固体电解电容器。一种层叠式固体电解电容器，其具有：由阀金属构成的阳极箔；具有碳粒的阴极箔，这些碳粒被蒸发或物理地附着到所述阴极箔的表面；隔板；以及由导电聚合物构成的固体电解质层。将阳极箔、隔板以及阴极箔依次层叠。在阳极箔与阴极箔之间形成有固体电解质层。

Description

层叠式固体电解电容器

技术领域

本发明总体上涉及层叠式固体电解电容器。

背景技术

近来，随着电子器件的数字化，导致存在以下需求：提高电解电容器的电容、缩小电解电容器的尺寸、并进一步降低电解电容器在较高频率时的阻抗。固体电解电容器相对于其它电解电容器具有优良的频率特性，因此而受到关注。回卷式固体电解电容器、层叠式固体电解电容器等被用作固体电解电容器。

常规的电解电容器将铝箔用作阀金属(valve metal)，并具有由通过化学聚合方法、电聚合方法等形成的聚吡咯构成的电解质层。然而，由聚吡咯构成的电解质层不是均匀地形成在铝箔的表面上，并且易碎。因此，层叠式电解电容器具有的问题是诸如增大了漏电流或电气短路。

因此，在日本特开2002-299183号公报(以下称为文献1)中公开了一种方法，其中预先形成由二氧化锰构成的预涂层，并且之后在预涂层上形成聚吡咯。然而，在文献1中公开的结构具有的问题是因为在预涂层与电解质层之间存在电阻，所以等效串连电阻(ESR)增加。因此，不能够获得足够的特性。

因此，在日本特开2002-75792号公报(以下称为文献2)中公开了一种技术，其中在阴极箔与阳极箔之间设置有隔板，并将通过热压聚合形成的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)用作电解质层。如果将根据文献2的现有技术的固体电解电容器进行层叠，则可以提高电容。并且在日本特开2005-39040号公报(以下称为文献3)以及日本特开2005-72106号公报(以下称为文献4)中公开了一种技术，其中提供了由石墨层和银膏层构成的阴极层。在文献3和文献4中公开的结构可以解决与高频响应有关的问题。

然而，因为电极和输出引线是电连接的，所以在根据文献2的技术的固体电解电容器中存在可测量的连接电阻。尽管可以通过层叠电极箔来提高电容，但是必需连接与被层叠的电极箔一样多的输出引线。并且连接电阻增加。因此，高频响应变差。因为电极箔数量的增加，所以难以减小电解电容器的厚度。

此外，在根据文献3和文献4的技术的固体电解电容器中，因为在阳极的介电氧化层处存在缺陷，所以可能在石墨层和银层处发生短路。

发明内容

本发明的目的是提供一种层叠式固体电解电容器，其在高频响应方面是优异的，具有高电容，薄且具有抗短路性。

根据本发明的一个方面，优选地，提供了一种层叠式固体电解电容器，其包括有：由阀金属构成的阳极箔；阴极箔，其具有被蒸发的或物理地附着到其表面的碳粒；隔板；以及由导电聚合物构成的固体电解质层。将阳极箔、隔板和阴极按顺序层叠。在阳极箔与阴极箔之间形成有固体电解质层。

利用上面提到的结构，将阴极箔和阳极箔层叠，并在阴极箔与阳极箔之间设置有隔板。并且抑制阴极箔和阳极箔的相互接触。因此提高了抗短路性。此外，形成阴极箔的金属不直接接触导电聚合物层，而阴极箔通过有机物质，即碳化物颗粒与导电聚合物层接触。提高了阴极箔与导电聚合物层之间的粘着性。另外，在碳化物颗粒之间的空隙比普通氧化物层的蚀刻坑(etching pit)大。并且有效地形成了导电聚合物层。因此，降低了阴极箔与导电聚合物层之间的界面电阻，并且可以减小tanδ以及ESR。并且提高了层叠式固体电解电容器的频率响应。另外，在固体电解电容器的通电期间，阴极箔、碳化物颗粒以及导电聚合物层是电导通的。碳化物颗粒和导电聚合物层不影响作为固体电解电容器的阴极的电容。阳极侧电容是固体电解电容器的组合电容。因此可以提高根据本发明的固体电解电容器的容量实现率(capacity achievementratio)。并且由于提高了层叠式固体电解电容器的电容，因此能够减少单位元件的数量。因此可以降低层叠式固体电解电容器的厚度。

附图说明

下面将参照附图来详细说明本发明的优选实施方式，其中：

图1例示了根据本发明实施方式的实例的层叠式固体电解电容器的示意性外视图；

图2A和图2B例示了电容器元件的细节；

图3例示了作为电容器的另一实例的电容器元件；

图4例示了作为电容器的另一实例的电容器元件；以及

图5例示了阴极箔、隔板以及阳极箔的示意性截面图。

具体实施方式

现在将参照附图对本发明的实施方式进行说明。

图1例示了作为根据本发明实施方式的实例的层叠式固体电解电容器100的外视图。如图1所示，层叠式固体电解电容器100具有电容器元件10、阴极端子30和阳极端子40。电容器元件10的表面是利用树脂20模制的。下面将对电容器元件10进行说明。

图2A和图2B例示了电容器元件10的细节。图2A例示了电容器元件10的示意性截面图。图2B例示了电容器元件10的示意性顶视图。如图2A和2B所示，电容器元件10具有在其中层叠有多个单位元件的结构，这些单位元件具有隔板12和阳极箔13依次层叠在阴极箔11上的结构。将隔板12层叠在单位元件之间。抑制阴极箔11与阳极箔13彼此直接接触。因此提高了电容器元件10的抗短路性。

阴极箔11、隔板12以及阳极箔13具有平板形状。阴极箔11、隔板12以及阳极箔13的形状无特殊限制，可以是矩形或圆形。将引出部111与阴极箔11形成为一个单元。将引出部131与阳极箔13形成为一个单元。阴极箔11和引出部111由一个箔制成。阳极箔13和引出部131由一个箔制成。在引出部111和131处没有连接电阻。因此，与将引线连接到各个电极箔的情况相比可以减小电阻。

通过焊接部112使引出部111彼此相连.通过焊接部132使引出部131彼此相连.焊接部112和132是通过诸如激光焊接、电阻焊接或超声焊接的焊接而形成.因此有效地减小了电阻.因此改善了根据该实施方式的层叠式固体电解电容器100的高频响应.另外，利用焊接部112而彼此相连的引出部111形成阴极端子30.利用焊接部132而彼此相连的引出部131形成阳极端子40.

在引出部111的两个表面的阴极箔11侧的端部处，以及引出部131的两个表面的阳极箔13侧的端部处设置有绝缘层14。因此可以防止后述的导电聚合物从隔板12泄漏出来。绝缘层14由诸如硅树脂、环氧树脂、聚酰胺树脂或聚酰亚胺树脂的绝缘合成树脂构成。

对设置引出部111和131的位置以及引出部111和131的数量不进行特殊限制。引出部111可以形成在阴极箔11处。引出部131可以形成在阳极箔13处。尽管在图2A和2B中，引出部111形成在电容器元件10的一侧，而引出部131形成在电容器元件10的另一侧，但是引出部111和131也可以形成在电容器元件10的一侧。在该情况下，当引出部111和131被焊接时，有必要将引出部111和131布置为彼此不重叠。如果引出部111和131的数量增大，则进一步减小了电容器元件10与外部之间的连接电阻。

图3例示了作为电容器元件10的另一实例的电容器元件10a。图4例示了作为电容器元件10的又一实例的电容器元件10b。如图3所示，在电容器元件10a中，在阴极箔11的一侧形成有引出部111，而在阳极箔13的另一侧形成有两个引出部131。如图4所示，在电容器元件10b中，在阴极箔11的一侧形成有两个引出部111，而在阳极箔13的另一侧形成有两个引出部131。如上面所提到的，不对设置有引出部111和131的位置以及引出部111和131的数量进行特殊限制。

下面对电容器元件10的材料等进行说明。图5例示了阴极箔11、隔板12以及阳极箔13的示意截面图。如图5所示，在阴极箔11与隔板12之间以及阳极箔13与隔板12之间形成有用作电解质层的导电聚合物层16。

阴极箔11可以由诸如铝、铜、铁或镍的金属构成。在该实施方式中，阴极箔11由铝箔形成。阴极箔11的厚度例如是30μm。对阴极箔11的表面进行碳化物的汽相沉积处理或者物理吸附处理。因此，将碳化物颗粒17吸附到阴极箔11的表面上。

在该情况下，形成阴极箔11的金属不与导电聚合物层16直接接触，而是该金属通过有机物质，即碳化物颗粒17与导电聚合物层16接触。因此，提高了阴极箔11与导电聚合物层16之间的粘着性。另外，碳化物颗粒17之间的空隙比普通氧化物层的蚀刻坑大。并且有效地形成了导电聚合物层16。因此，减小了阴极箔11与导电聚合物层16之间的界面电阻，并且可以减小tanδ以及ESR。并且改善了层叠式固体电解电容器100的频率响应。

另外，在层叠式固体电解电容器100的通电期间，阴极箔11、碳化物颗粒17以及导电聚合物层16是电导通的。并且碳化物颗粒17和导电聚合物层16不影响作为层叠式固体电解电容器100的阴极的电容。并且，阳极侧电容是层叠式固体电解电容器100的组合电容。因此可以提高固体电解电容器100的容量实现率。另外，因为固体电解电容器100的电容被提高，所以可以减少单位元件的数量。并且可以减小层叠式固体电解电容器100的厚度。另外，当调整单位元件的数量时，可以将层叠式固体电解电容器100的电容改变到希望值。

如果碳化物颗粒包括碳，则不对碳化物颗粒17的材料进行特殊限制.例如，诸如碳、石墨、氮化碳、碳化物或碳化合物的碳粒可以用于碳化物颗粒17.其中保持有碳化物颗粒17的层的厚度优选为0.1μm至5μm，更优选为1μm至2μm.这是因为当保持有碳化物颗粒17的层的厚度在上述范围内时层叠式固体电解电容器100的组合电容增大.另外，碳化物颗粒17可以由形成在阴极箔11的表面上的晶须保持.

阳极箔13由在其表面上具有介电氧化层18的阀金属形成。可以将类似铝的金属用于阳极箔13。阳极箔13的厚度例如是100μm。通过对阳极箔13的表面进行蚀刻和化学氧化可以形成介电氧化层18。

通过对在其表面上形成有介电氧化层的阀金属进行切割可以形成阳极箔13。在切割工艺中，阀金属在阳极箔13的端面处暴露，从而形成介电氧化层的缺陷。因此，必需在暴露的阀金属上形成介电氧化层。例如可以在切割之后借助多种化学处理和热处理来在暴露的阀金属上形成介电氧化层。使用主要含有0.5重量％至2重量％的己二酸铵的化学液，在接近介电氧化层18的形成电压的电压下，对阳极箔13进行化学处理。使阳极箔13在200摄氏度至280摄氏度的温度范围内经受热处理。

隔板12主要由合成纤维构成，该合成纤维由诸如PET纤维、丙烯酸纤维等的一种或多种聚合物纤维制成。通过将适当数量的可聚合的单体和氧化剂浸入隔板12中，可以形成导电聚合物层16。导电聚合物层16由诸如聚亚乙基二氧化噻吩(polyethylene dioxythiophene)的可聚合材料制成。在将聚乙烯二氧噻吩用于导电聚合物层16的情况下，导电聚合物层16的电阻率以及ESR减小。通过使用氧化剂对诸如3，4-亚乙基二氧化噻吩(3，4-ethylene dioxythiophene)的可聚合的聚合物进行聚合，可以形成聚亚乙基二氧化噻吩的导电聚合物层16。

除可聚合的单体之外，还可以使用其中以1∶1至1∶3的比例混合有可聚合的单体和挥发性液体溶液的单体溶液。对于挥发性液体溶液，可以使用具有一个或多个碳原子的诸如戊烷的烃、诸如四氢呋喃的醚、诸如甲酸乙酯的酯、诸如丙酮的酮、诸如甲醇的醇、诸如乙腈的氮化合物等等，或者是它们的混合物。特别是优选使用甲醇、乙醇或丙酮等等。

可以使用有机溶剂作为氧化剂，该有机溶剂是诸如乙醇、丁醇等的具有一个或多个碳原子的醇。在该情况下，氧化剂的分子是分散的，并且可以促进上述可聚合的聚合物的聚合反应。并且可以降低聚合时间。可以使用其中以对甲苯磺酸铁、十二烷基苯磺酸铁、甲氧基苯磺酸铁、烷基苯磺酸铁中的一种或多种作为溶质的醇溶液。上述溶剂与酸铁(acidferric)的比例可以是任意的。优选地，使用含有40重量％至70重量％的酸铁的液体溶液。在该情况下，氧化剂的浓度比较高。通过上述的可聚合单体的聚合反应来形成更致密且具有高产率的聚合物。因此，导电聚合物层16在导电性方面是优良的。并且可以减小ESR。另外，优选地，可聚合的单体和氧化剂的混合比是1∶3至1∶6。

实施例

(实施例1)

在实施例1中，制造了图1所示的层叠式固体电解电容器100。阴极箔11由铝制成，具有30μm的厚度。在阴极箔11的表面上形成有碳化物颗粒17。保持有碳化物颗粒17的层的厚度是2μm。对于隔板12，使用主要由合成纤维形成的材料。阳极箔13由铝箔制成，其经过蚀刻处理和化学处理，并具有100μm的厚度。阴极箔11和阳极箔13被切割成具有给定尺寸的箔。活性电极区域的长为14mm、宽为10mm。

接下来，使用主要含有0.5重量％至2重量％的己二酸铵的化学液，在接近阳极箔13的介电氧化层的形成电压的电压下，对阳极箔13进行化学处理，并在200摄氏度至280摄氏度的范围内进行热处理.然后，分别在阴极箔11和阳极箔13上形成绝缘层14.接下来，将十个单位元件进行层叠，其中在各个单位元件之间设置有隔板12.该单位元件具有在其中依次地层叠有阴极箔11、隔板12和阳极箔13的结构.

然后，将纯单体与在乙醇溶剂中溶解有60％的对甲苯磺酸铁的氧化剂浸入到隔板12中。对隔板12逐渐加热，并且形成导电聚合物层16。接下来，通过激光焊接形成焊接部112和132。然后，利用树脂20来模制电容器元件10的外部。之后，对电容器元件10进行电压处理。随后，便制成了层叠式固体电解电容器100。根据实施例1的层叠式固体电解电容器的电容是2.5V1500μF。

(比较例1和2)

在比较例1中，制造了根据实施例1的不具有引出部111和131的层叠式固体电解电容器。引出引线分别与阴极箔和阳极箔相连。对于阴极箔，使用了常规的经化学处理过的箔。在比较例2中，制造了常规的层叠式固体电解电容器，其具有与根据实施例1的阳极箔13相同的阳极箔，但是不具有阴极和隔板。根据根据比较例1和2的层叠式固体电解电容器的电容是2.5V1500μF。

(分析)

表1示出了根据实施例1和比较例1和2的层叠式固体电解电容器的电容、tanδ、漏电流以及ESR。分别制造了三十个根据实施例1、比较例1和2的层叠式固体电解电容器，表1中的每个值都是它们的平均值。

[表1]

	电容(μF)	tanδ(％)	漏电流(μμA/2分钟)	ESR(mΩ)
					实施例1	1508	5.9	125	3.9
比较例1	733	6.9	127	7.8
					比较例2	1423	6.4	263	5.2

如表1所示，相对于根据比较例1和2的层叠式固体电解电容器，对于根据实施例1的层叠式固体电解电容器，其电容显著地增加了，而tanδ、漏电流和ESR显著地减小了。这是因为提高了碳化物颗粒与导电聚合物之间的粘着性、碳化物颗粒之间的大空隙中的导电聚合物层的形成状态良好，并且减小了界面电阻。

另外，阴极箔、碳化物颗粒以及导电聚合物是电导通的。并且，作为阴极的电容器不受碳化物颗粒和导电聚合物层的存在的影响。阳极侧电容是层叠式固体电解电容器的组合电容。因为大大提高了固体电解电容器的容量实现率，所以认为获得了上述的特性。

尽管详细地例示了本发明的优选实施方式，但是本发明并不限于上述特定的实施方式。此外，应当理解在不脱离所附权利要求的适当的和公正的涵义的情况下，可以对本发明进行各种修改、变型和改变。

本发明基于在2005年7月7日提交的日本专利申请2005-198660号，在此通过引用并入其全部内容。

Claims (4)

1.一种层叠式固体电解电容器，包括：

由阀金属构成的阳极箔；

具有碳粒的阴极箔，所述碳粒被蒸发到或物理地附着到所述阴极箔的表面；

隔板；以及

由导电聚合物构成的固体电解质层，

其中，

所述阳极箔、隔板以及阴极箔被依次层叠；

所述固体电解质层被形成在所述阳极箔与所述阴极箔之间；

形成有与所述阳极箔形成为一个单元的引出部；并且

所述阳极箔和引出部由一个箔制成。

2.根据权利要求1所述的层叠式固体电解电容器，其中，

多于一个的由所述阴极箔、隔板以及阳极箔形成的单位元件被层叠，并且

所述阳极箔的引出部通过焊接彼此相连。

3.一种层叠式固体电解电容器，包括：

由阀金属构成的阳极箔；

具有碳粒的阴极箔，所述碳粒被蒸发到或物理地附着到所述阴极箔的表面；

隔板；以及

由导电聚合物构成的固体电解质层，

其中，

所述阳极箔、隔板以及阴极箔被依次层叠；

所述固体电解质层被形成在所述阳极箔与所述阴极箔之间；

形成有与所述阴极箔形成为一个单元的引出部；并且

所述阴极箔和引出部由一个箔制成。

4.根据权利要求3所述的层叠式固体电解电容器，其中，

多于一个的由所述阴极箔、隔板以及阳极箔形成的单位元件被层叠，并且

所述阴极箔的引出部通过焊接彼此相连。

Images