DE102011086123A1

DE102011086123A1 - Festelektrolytkondensatorelement

Info

Publication number: DE102011086123A1
Application number: DE102011086123A
Authority: DE
Inventors: Jan Petrzilek; Ladislav Vilc
Original assignee: AVX Corp
Current assignee: Kyocera Avx Components Corp N D Ges Us
Priority date: 2010-11-12
Filing date: 2011-11-10
Publication date: 2012-05-16
Also published as: US20120120556A1; HK1169211A1; US8355242B2; KR20120051578A; GB201116445D0; CN102543442B; JP6199006B2; JP2012104816A; CN102543442A; GB2485438B; GB2485438A; KR101831450B1

Abstract

Ein Festelektrolytkondensatorelement, das ohne nennenswerte Verschlechterung seiner elektrischen Eigenschaften durch Laserschweißen verarbeitet werden kann, wird bereitgestellt. Das Kondensatorelement enthält einen Anodenkörper, ein Dielektrikum und einen festen Elektrolyten. Um die Abschirmung des festen Elektrolyten gegenüber einer Beschädigung, die ansonsten während der Herstellung des Kondensators auftreten könnte, zu unterstützen, wird in der vorliegenden Erfindung eine mehrschichtige Schutzbeschichtung eingesetzt, die über wenigstens einem Teil des festen Elektrolyten liegt. Insbesondere umfasst die Schutzbeschichtung eine Lichtreflexionsschicht, die über dem festen Elektrolyten liegt, und eine Spannungsabbauschicht, die über der Lichtreflexionsschicht liegt. Die Lichtreflexionsschicht kann dabei helfen, jedes Licht, das sich zum Beispiel während des Laserschweißens unerwünschterweise zum Kondensator hin bewegt, zu reflektieren. Dies führt zu einem reduzierten Kontakt des festen Elektrolyten mit dem Laser und minimiert somit Mängel im Elektrolyten, die ansonsten durch Verkohlunschicht dazu beitragen, im Kondensator auftretende Spannungen (z. B. während der Einbettung, dem Reflow-Löten usw.) abzubauen, so dass eine Beschädigung des festen Elektrolyten durch dieselben weniger wahrscheinlich ist. Die Spannungsabbauschicht kann auch relativ porös sein, so dass im Kondensator eingeschlossene Feuchtigkeit entweichen kann und der Druck, der ansonsten auf den festen Elektrolyten übertragen werden könnte, reduziert wird.

Description

Hintergrund der Erfindung
Herkömmliche Festelektrolytkondensatoren enthalten einen Anodenkörper, eine dielektrische Schicht und einen festen Elektrolyten. Ein Anodendraht ragt aus einer Fläche des Kondensators, um den Anodenkörper elektrisch mit einem Endteil zu verbinden. Eine günstige Technik, die zuweilen eingesetzt wird, um den Anodendraht mit dem Endteil zu verbinden, ist Laserschweißen. Laser enthalten im Allgemeinen Resonatoren, die ein Lasermedium, das Photonen durch stimulierte Emission freisetzen kann, und eine Energiequelle, die die Elemente des Lasermediums anregt, umfassen. Die Energiequelle kann dem Lasermedium kontinuierlich Energie zuführen, so dass ein kontinuierlicher Laserstrahl emittiert wird, oder sie kann ihm Energieentladungen zuführen, so dass ein gepulster Laserstrahl emittiert wird. Ein Typ eines geeigneten Lasers ist einer, bei dem das Lasermedium aus einem Aluminium-Yttrium-Granat (YAG) besteht, der mit Neodym (Nd) dotiert ist, und die angeregten Teilchen sind Neodymionen Nd³⁺. Solche Laser emittieren typischerweise ein Licht mit einer Wellenlänge von etwa 1064 Nanometer im infraroten Spektrum. Leider treten oft Probleme auf, wenn man versucht, Kondensatoren für kleine Gehäusegrößen durch Laserschweißen zu bearbeiten. Die kleine Gehäusegröße erfordert nämlich, dass der Laser relativ nahe am Ort des Anodenanschlusses und -Endteils positioniert wird. An einer solchen nahen Stelle kann der Laser jedoch leicht von dem Draht oder dem Anoden-Endteil abgelenkt werden und mit dem festen Elektrolyten des Kondensators in Kontakt kommen. Aufgrund seiner hohen Energie kann der abgelenkte Laserstrahl die Temperatur des festen Elektrolyten erheblich erhöhen, bis zu einem Punkt, an dem er zu verkohlen beginnt. Die verkohlten Teile des festen Elektrolyten kommen in Kontakt mit einer dielektrischen Schicht und können somit zu schlechten elektrischen Eigenschaften (z. B. einem hohen Leckstrom) in dem resultierenden Kondensator führen.
Daher besteht ein Bedürfnis nach Festelektrolytkondensatoren, die durch Laserschweißen bearbeitet werden können und dennoch ausgezeichnete Eigenschaften beibehalten.
Kurzbeschreibung der Erfindung
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Festelektrolytkondensatorelement offenbart, das einen Anodenkörper, der eine Ventilmetallzusammensetzung enthält, ein über dem Anodenkörper liegendes Dielektrikum, einen über dem Dielektrikum liegenden festen Elektrolyten und eine mehrschichtige Schutzbeschichtung, die eine Lichtreflexionsschicht und eine Spannungsabbauschicht umfasst, umfasst. Die Lichtreflexionsschicht liegt über dem festen Elektrolyten, und die Spannungsabbauschicht liegt über der Lichtreflexionsschicht. Die Lichtreflexionsschicht enthält eine Vielzahl von nichtmetallischen reflektierenden Teilchen, und die Spannungsabbauschicht umfasst eine Vielzahl von Metallteilchen. In bestimmten Ausführungsformen kann das Kondensatorelement auch eine externe Beschichtung (z. B. eine kohlenstoffhaltige Schicht und eine Silberschicht) umfassen, die sich zwischen dem festen Elektrolyten und der mehrschichtigen Schutzbeschichtung befindet.
Weitere Merkmale und Aspekte der vorliegenden Erfindung sind im Folgenden ausführlicher dargelegt.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Im Rest der Beschreibung und unter Bezugnahme auf die Begleitzeichnungen ist eine vollständige und nacharbeitbare Offenbarung der vorliegenden Erfindung einschließlich ihrer besten Realisierung für den Fachmann insbesondere dargelegt; dabei sind:
1 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform des Festelektrolytkondensatorelements der vorliegenden Erfindung;
2 eine Horizontalschnittansicht des Kondensators von 1;
3 eine Horizontalschnittansicht einer anderen Ausführungsform des Festelektrolytkondensatorelements der vorliegenden Erfindung;
4 eine Horizontalschnittansicht noch einer anderen Ausführungsform des Festelektrolytkondensatorelements der vorliegenden Erfindung;
5 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform, bei der das Kondensatorelement von 1 durch Laserschweißen mit einem Anoden-Endteil verbunden wird; und
6 eine Querschnittansicht des Kondensatorelements von 1, das in einem Gehäuse eingebettet ist.
Bei mehrfacher Verwendung von Bezugszeichen in der vorliegenden Beschreibung und den Zeichnungen sollen diese dieselben oder analoge Merkmale oder Elemente der vorliegenden Erfindung repräsentieren.
Ausführliche Beschreibung von repräsentativen Ausführungsformen
Der Fachmann sollte sich darüber im Klaren sein, dass die vorliegende Diskussion nur eine Beschreibung von beispielhaften Ausführungsformen ist und die breiteren Aspekte der vorliegenden Erfindung nicht einschränken soll, wobei diese breiteren Aspekte in der beispielhaften Konstruktion verkörpert sind.
Allgemein gesagt betrifft die vorliegende Erfindung ein Festelektrolytkondensatorelement, das ohne nennenswerte Verschlechterung seiner elektrischen Eigenschaften durch Laserschweißen verarbeitet werden kann. Das Kondensatorelement enthält einen Anodenkörper, ein Dielektrikum und einen festen Elektrolyten. Um die Abschirmung des festen Elektrolyten gegenüber einer Beschädigung, die ansonsten während der Herstellung des Kondensators auftreten könnte, zu unterstützen, wird in der vorliegenden Erfindung eine mehrschichtige Schutzbeschichtung eingesetzt, die über wenigstens einem Teil des festen Elektrolyten liegt. Insbesondere umfasst die Schutzbeschichtung eine Lichtreflexionsschicht, die über dem festen Elektrolyten liegt, und eine Spannungsabbauschicht, die über der Lichtreflexionsschicht liegt. Die Lichtreflexionsschicht kann dabei helfen, jedes Licht, das sich zum Beispiel während des Laserschweißens unerwünschterweise zum Kondensator hin bewegt, zu reflektieren. Dies führt zu einem reduzierten Kontakt des festen Elektrolyten mit dem Laser und minimiert somit Mängel im Elektrolyten, die ansonsten durch Verkohlung entstanden wären. Ebenso kann die Spannungsabbauschicht dazu beitragen, im Kondensator auftretende Spannungen (z. B. während der Einbettung, dem Reflow-Löten usw.) abzubauen, so dass eine Beschädigung des festen Elektrolyten durch dieselben weniger wahrscheinlich ist. Die Spannungsabbauschicht kann auch relativ porös sein, so dass im Kondensator eingeschlossene Feuchtigkeit entweichen kann und der Druck, der ansonsten auf den festen Elektrolyten übertragen werden könnte, reduziert wird. Der resultierende Kondensator ist daher durch Leistungsmerkmale wie einen relativ niedrigen ESR und niedrige Leckströme gekennzeichnet.
Verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun ausführlicher beschrieben.
I. Anode
Die Anode des Festelektrolytkondensators kann aus einer Ventilmetallzusammensetzung gebildet werden, die eine spezifische Ladung aufweist, welche ungefähr im Bereich von etwa 2000 μF·V/g bis etwa 700 000 μF·V/g, in einigen Ausführungsformen etwa 5000 μF·V/g bis etwa 300 000 μF·V/g oder mehr und in einigen Ausführungsformen etwa 20 000 μF·V/g bis etwa 200 000 μF·V/g liegt. Die Ventilmetallzusammensetzung enthält ein Ventilmetall (d. h. ein Metall, das zur Oxidation befähigt ist) oder eine Verbindung, die auf einem Ventilmetall beruht, wie Tantal, Niob, Aluminium, Hafnium, Titan, Legierungen davon, Oxide davon, Nitride davon usw. Zum Beispiel kann die Ventilmetallzusammensetzung ein elektrisch leitfähiges Oxid von Niob enthalten, wie ein Nioboxid mit einem Atomverhältnis von Niob zu Sauerstoff von 1:1,0 ± 1,0, in einigen Ausführungsformen 1:1,0 ± 0,3, in einigen Ausführungsformen 1:1,0 ± 0,1 und in einigen Ausführungsformen 1:1,0 ± 0,05. Bei dem Nioboxid kann es sich zum Beispiel um NbO_0,7, Nb0_1,0, NbO_1,1 und NbO₂ handeln. In einer bevorzugten Ausführungsform enthält die Zusammensetzung NbO_1,0, ein leitfähiges Nioboxid, das auch nach dem Sintern bei hohen Temperaturen chemisch stabil bleiben kann. Beispiele für solche Ventilmetalloxide sind in den US-Patenten Nr. 6,322,912 (Fife), 6,391,275 (Fife et al.), 6,416,730 (Fife et al.), 6,527,937 (Fife), 6,576,099 (Kimmel et al.), 6,592,740 (Fife et al.) und 6,639,787 (Kimmel et al.) und 7,220,397 (Kimmel et al.) sowie in den US-Patentanmeldungen Veröffentlichungsnummer 2005/0019581 (Schnitter), 2005/0103638 (Schnitter et al.) und 2005/0013765 (Thomas et al.) beschrieben, auf die alle hier ausdrücklich für alle Zwecke Bezug genommen wird.
Zur Bildung des Anodenkörpers können im Allgemeinen herkömmliche Herstellungsverfahren verwendet werden. In einer Ausführungsform wird zuerst ein Tantal- oder Nioboxidpulver mit einer bestimmten Teilchengröße ausgewählt. Zum Beispiel können die Teilchen flockenartig, eckig, knotenförmig sowie Gemische oder Variationen davon sein. Die Teilchen haben auch typischerweise eine Siebgrößenverteilung von wenigstens etwa 60 mesh, in einigen Ausführungsformen etwa 60 bis etwa 325 mesh und in einigen Ausführungsformen etwa 100 bis etwa 200 mesh. Ferner beträgt die spezifische Oberfläche etwa 0,1 bis etwa 10,0 m²/g, in einigen Ausführungsformen etwa 0,5 bis etwa 5,0 m²/g und in einigen Ausführungsformen etwa 1,0 bis etwa 2,0 m²/g. Der Ausdruck ”spezifische Oberfläche” bezieht sich auf die Oberfläche, die durch das Verfahren der physikalischen Gasadsorption (B. E. T.) von Brunauer, Emmet und Teller, Journal of American Chemical Society, Band 60, 1938, S. 309, mit Stickstoff als Adsorptionsgas bestimmt wurde. Ebenso beträgt die Schüttdichte (oder Scott-Dichte) typischerweise etwa 0,1 bis etwa 5,0 g/cm³, in einigen Ausführungsformen etwa 0,2 bis etwa 4,0 g/cm³ und in einigen Ausführungsformen etwa 0,5 bis etwa 3,0 g/cm³.
Um den Bau des Anodenkörpers zu erleichtern, können noch weitere Komponenten zu dem Pulver gegeben werden. Zum Beispiel kann ein Bindemittel und/oder Gleitmittel eingesetzt werden, um zu gewährleisten, dass die Teilchen ausreichend aneinander haften, wenn sie zum Anodenkörper gepresst werden. Zu den geeigneten Bindemitteln gehören etwa Campher, Stearin- und andere Seifenfettsäuren, Carbowax (Union Carbide), Glyptal (General Electric), Polyvinylalkohole, Naphthalin, Pflanzenwachs und Mikrowachse (gereinigte Paraffine), polymere Bindemittel (zum Beispiel Polyvinylalkohol, Polyethyl-2-oxazolin usw.) usw. Das Bindemittel kann in einem Lösungsmittel gelöst und dispergiert werden. Beispielhafte Lösungsmittel sind Wasser, Alkohole usw. Wenn Bindemittel und/oder Gleitmittel verwendet werden, kann ihr Prozentanteil von etwa 0,1 bis etwa 8 Gew.-% der Gesamtmasse variieren. Man sollte sich jedoch darüber im Klaren sein, dass Bindemittel und Gleitmittel in der vorliegenden Erfindung nicht erforderlich sind.
Das resultierende Pulver kann kompaktiert werden, wobei man irgendeine herkömmliche Pulverpressform verwendet. Die Pressform kann zum Beispiel eine Einplatz-Kompaktierpresse sein, bei der eine Matrize und ein oder mehrere Stempel verwendet werden. Alternativ dazu können auch Kompaktierpressformen des Ambosstyps verwendet werden, bei denen nur eine Matrize und ein einziger Unterstempel verwendet werden. Einplatz-Kompaktierpressformen sind in mehreren Grundtypen erhältlich, wie Nocken-, Kniehebel- und Exzenter-/Kurbelpressen mit unterschiedlichen Fähigkeiten, wie einfach wirkend, doppelt wirkend, Schwebemantelmatrize, bewegliche Werkzeugaufspannplatte, Gegenstempel, Schnecke, Schlag, Heißpressen, Prägen oder Kalibrieren. Falls gewünscht, kann Bindemittel/Gleitmittel, falls vorhanden, nach dem Pressen entfernt werden, indem man den Pressling mehrere Minuten lang im Vakuum auf eine bestimmte Temperatur (z. B. etwa 150°C bis etwa 500°C) erhitzt. Alternativ dazu kann das Bindemittel/Gleitmittel auch dadurch entfernt werden, dass man den Pressling mit einer wässrigen Lösung in Kontakt bringt, wie es im US-Patent Nr. 6,197,252 (Bishop et al.) beschrieben ist, auf das hier ausdrücklich für alle Zwecke Bezug genommen wird.
Die Dicke des gepressten Anodenkörpers kann relativ gering sein, wie etwa 4 Millimeter oder weniger, in einigen Ausführungsformen etwa 0,05 bis etwa 2 Millimeter und in einigen Ausführungsformen etwa 0,1 bis etwa 1 Millimeter. Die Form der Anode kann ebenfalls so gewählt werden, dass die elektrischen Eigenschaften des resultierenden Kondensators verbessert werden. Zum Beispiel kann die Anode eine Form haben, die gekrümmt, wellenförmig, rechteckig, U-förmig, V-förmig usw. ist. Die Anode kann auch eine ”geriffelte” Form haben, indem sie eine oder mehrere Furchen, Rillen, Vertiefungen oder Einkerbungen enthält, um das Verhältnis von Oberfläche zu Volumen zu erhöhen und dadurch den äquivalenten Serienwiderstand (ESR) zu minimieren und den Frequenzgang der Kapazität auszudehnen. Solche ”geriffelten” Anoden sind zum Beispiel in den US-Patenten Nr. 6,191,936 (Webber et al.), 5,949,639 (Maeda et al.) und 3,345,545 (Bourgault et al.) sowie in der US-Patentanmeldung Veröffentlichungsnummer 2005/0270725 (Hahn et al.) beschrieben, auf die hier ausdrücklich für alle Zwecke Bezug genommen wird.
Gegebenenfalls kann auch ein Anodenanschluss an dem Anodenkörper befestigt werden. Der Anodenanschluss kann in Form eines Drahtes, Bleches usw. vorliegen und kann aus einer Ventilmetallverbindung, wie Tantal, Niob, Nioboxid usw., bestehen. Die Befestigung des Anschlusses kann mit Hilfe von bekannten Techniken erfolgen, wie etwa durch Schweißen des Anschlusses an den Körper oder Einbetten innerhalb des Anodenkörpers während der Bildung.
Die Anode wird auch mit einem Dielektrikum beschichtet. Das Dielektrikum kann durch anodisches Oxidieren (”Anodisieren”) der gesinterten Anode gebildet werden, so dass eine dielektrische Schicht auf und/oder innerhalb der Anode entsteht. Zum Beispiel kann eine Anode aus Tantal (Ta) zu Tantalpentoxid (Ta₂O₅) anodisiert werden. Typischerweise wird die Anodisierung durchgeführt, indem man zunächst eine Lösung auf die Anode aufträgt, etwa durch Eintauchen der Anode in den Elektrolyten. Im Allgemeinen wird ein Lösungsmittel, wie Wasser (z. B. deionisiertes Wasser), eingesetzt. Um die Ionenleitfähigkeit zu verstärken, kann eine Verbindung eingesetzt werden, die in dem Lösungsmittel unter Bildung von Ionen dissoziieren kann. Beispiele für solche Verbindungen sind zum Beispiel Säuren, wie sie im Folgenden in Bezug auf den Elektrolyten beschrieben werden. Zum Beispiel kann eine Säure (z. B. Phosphorsäure) etwa 0,01 Gew.-% bis etwa 5 Gew.-%, in einigen Ausführungsformen etwa 0,05 Gew.-% bis etwa 0,8 Gew.-% und in einigen Ausführungsformen etwa 0,1 Gew.-% bis etwa 0,5 Gew.-% der anodisierenden Lösung ausmachen. Falls gewünscht, können auch Gemische von Säuren eingesetzt werden.
Ein Strom wird durch die anodisierende Lösung geleitet, um die dielektrische Schicht zu bilden. Der Wert der Bildungsspannung entspricht der Dicke der dielektrischen Schicht. Zum Beispiel kann die Stromquelle zunächst im galvanostatischen Modus betrieben werden, bis die erforderliche Spannung erreicht ist. Danach kann die Stromquelle auf einen potentiostatischen Modus umgeschaltet werden, um zu gewährleisten, dass die gewünschte Dicke des Dielektrikums über der gesamten Oberfläche der Anode gebildet wird. Selbstverständlich können auch andere bekannte Verfahren eingesetzt werden, wie potentiostatische Impuls- oder Schrittverfahren. Die Spannung, bei der die anodische Oxidation erfolgt, liegt typischerweise im Bereich von etwa 4 bis etwa 250 V und in einigen Ausführungsformen etwa 9 bis etwa 200 V und in einigen Ausführungsformen etwa 20 bis etwa 150 V. Während der Oxidation kann die anodisierende Lösung auf einer erhöhten Temperatur gehalten werden, wie etwa 30°C oder mehr, in einigen Ausführungsformen etwa 40°C bis etwa 200°C und in einigen Ausführungsformen etwa 50°C bis etwa 100°C. Die anodische Oxidation kann auch bei Umgebungstemperatur oder darunter durchgeführt werden. Die resultierende dielektrische Schicht kann auf einer Oberfläche der Anode und innerhalb ihrer Poren gebildet werden.
II. Kathode
Wie bereits erwähnt, liegt ein fester Elektrolyt über dem Dielektrikum, der im Allgemeinen als Kathode für den Kondensator dient. Der feste Elektrolyt kann aus einer Vielzahl von in der Technik bekannten Materialien gebildet werden, wie anorganischen Materialien (z. B. Mangandioxid) oder organischen Materialien (z. B. leitfähigen Polymeren, 7,7',8,8'-Tetracyanochinodimethan(”TCNQ”)-Komplexen usw.). In einer besonderen Ausführungsform wird ein leitfähiges Polymer als fester Elektrolyt eingesetzt. Typischerweise sind solche leitfähigen Polymere π-konjugiert und weisen nach Oxidation oder Reduktion eine elektrische Leitfähigkeit auf, wie eine elektrische Leitfähigkeit von wenigstens etwa 1 μS·cm^–1 nach der Oxidation. Beispiele für solche π-konjugierten leitfähigen Polymere sind zum Beispiel Polyheterocyclen (z. B. Polypyrrole, Polythiophene, Polyaniline usw.), Polyacetylene, Poly-p-phenylene, Polyphenolate usw. Besonders gut geeignete leitfähige Polymere sind substituierte Polythiophene mit der folgenden allgemeinen Struktur:
wobei
T = O oder S ist;
D ein gegebenenfalls substituierter C₁- bis C₅-Alkylenrest (z. B. Methylen, Ethylen, n-Propylen, n-Butylen, n-Pentylen usw.) ist;
R₇ Folgendes ist: ein linearer oder verzweigter, gegebenenfalls substituierter C₁ bis C₁₈-Alkylrest (z. B. Methyl, Ethyl, n-Propyl oder Isopropyl, n-, iso-, sek- oder tert-Butyl, n-Pentyl, 1-Methylbutyl, 2-Methylbutyl, 3-Methylbutyl, 1-Ethylpropyl, 1,1-Dimethylpropyl, 1,2-Dimethylpropyl, 2,2-Dimethylpropyl, n-Hexyl, n-Heptyl, n-Octyl, 2-Ethylhexyl, n-Nonyl, n-Decyl, n-Undecyl, n-Dodecyl, n-Tridecyl, n-Tetradecyl, n-Hexadecyl, n-Octadecyl usw.); ein gegebenenfalls substituierter C₅- bis C₁₂-Cycloalkylrest (z. B. Cyclopentyl, Cyclohexyl, Cycloheptyl, Cyclooctyl, Cyclononyl, Cyclodecyl usw.); ein gegebenenfalls substituierter C₆- bis C₁₄-Arylrest (z. B. Phenyl, Naphthyl usw.); ein gegebenenfalls substituierter C₇- bis C₁₈-Aralkylrest (z. B. Benzyl, o-, m-, p-Tolyl, 2,3-, 2,4-, 2,5-, 2,6, 3,4-, 3,5-Xylyl, Mesityl usw.); ein gegebenenfalls substituierter C₁- bis C₄-Hydroxyalkylrest oder ein Hydroxyrest; und
q eine ganze Zahl von 0 bis 8, in einigen Ausführungsformen 0 bis 2 und in einer Ausführungsform 0 ist; und
n = 2 bis 5000, in einigen Ausführungsformen 4 bis 2000 und in einigen Ausführungsformen 5 bis 1000 ist. Beispiele für Substituenten für die Reste ”D” oder ”R₇” sind zum Beispiel Alkyl, Cycloalkyl, Aryl, Aralkyl, Alkoxy, Halogen, Ether, Thioether, Disulfid, Sulfoxid, Sulfon, Sulfonat, Amino, Aldehyd, Keto, Carbonsäureester, Carbonsäure, Carbonat, Carboxylat, Cyano, Alkylsilan- und Alkoxysilangruppen, Carboxylamidgruppen usw.
Besonders gut geeignete Thiophenpolymere sind solche, bei denen ”D” ein gegebenenfalls substituierter C₂- bis C₃-Alkylenrest ist. Zum Beispiel kann das Polymer gegebenenfalls substituiertes Poly(3,4-ethylendioxythiophen) sein, das die folgende allgemeine Struktur hat:
Verfahren zur Bildung von leitfähigen Polymeren wie den oben beschriebenen sind in der Technik wohlbekannt. Zum Beispiel beschreibt das US-Patent Nr. 6,987,663 (Merker et al.), auf das hier ausdrücklich für alle Zwecke Bezug genommen wird, verschiedene Techniken zur Bildung von substituierten Polythiophenen aus einem monomeren Vorläufer. Der monomere Vorläufer kann zum Beispiel die folgende Struktur haben:
wobei
T, D, R₇ und q wie oben definiert sind. Besonders gut geeignete Thiophenmonomere sind solche, bei denen ”D” ein gegebenenfalls substituierter C₂- bis C₃-Alkylenrest ist. Zum Beispiel können gegebenenfalls substituierte 3,4-Alkylendioxythiophene eingesetzt werden, die die folgende allgemeine Struktur haben:
wobei R₇ und q wie oben definiert sind. In einer besonderen Ausführungsform ist ”q” = 0. Ein kommerziell geeignetes Beispiel für 3,4-Ethylendioxythiophen ist von der H. C. Starck GmbH unter der Bezeichnung Clevios^TM M erhältlich. Weitere geeignete Monomere sind auch im US-Patent Nr. 5,111,327 (Blohm et al.) und 6,635,729 (Groenendahl et al.) beschrieben, auf die hier ausdrücklich für alle Zwecke Bezug genommen wird. Derivate dieser Monomere, die zum Beispiel Dimere oder Trimere der obigen Monomere sind, können ebenfalls eingesetzt werden. Höhermolekulare Derivate, d. h. Tetramere, Pentamere usw., der Monomere sind zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung geeignet. Die Derivate können aus gleichen oder verschiedenen Monomereinheiten bestehen und können in reiner Form oder in einem Gemisch miteinander und/oder mit den Monomeren verwendet werden. Oxidierte oder reduzierte Formen dieser Vorläufer können ebenfalls eingesetzt werden.
Die Thiophenmonomere werden in Gegenwart eines oxidativen Katalysators chemisch polymerisiert. Der oxidative Katalysator kann ein Übergangsmetallsalz sein, wie ein Salz einer anorganischen oder organischen Säure, das Ammonium-, Natrium-, Gold-, Eisen(III)-, Kupfer(II)-, Chrom(VI)-, Cer(IV)-, Mangan(IV)-, Mangan(VII)- oder Ruthenium(III)-Kationen enthält. Besonders gut geeignete Übergangsmetallsalze sind Halogenide (z. B. FeCl₃ oder HAuCl₄), Salze anderer anorganischer Säuren (z. B. Fe(ClO₄)₃, Fe₂(SO₄)₃, (NH₄)₂S₂O₈ oder Na₃Mo₁₂PO₄₀) und Salze organischer Säuren und anorganischer Säuren, die organische Reste umfassen. Beispiele für Salze von anorganischen Säuren mit organischen Resten sind zum Beispiel Eisen(III)-Salze von Schwefelsäuremonoestern von C₁- bis C₂₀-Alkanolen (z. B. das Eisen(III)-Salz von Laurylsulfat). Ebenso sind Beispiele für Salze von organischen Säuren zum Beispiel Eisen(III)-Salze von C₁- bis C₂₀-Alkansulfonsäuren (z. B. Methan-, Ethan-, Propan-, Butan- oder Dodecansulfonsäure); Eisen(III)-Salze von aliphatischen Perfluorsulfonsäuren (z. B. Trifluormethansulfonsäure, Perfluorbutansulfonsäure oder Perfluoroctansulfonsäure); Eisen(III)-Salze von aliphatischen C₁- bis C₂₀-Carbonsäuren (z. B. 2-Ethylhexylcarbonsäure); Eisen(III)-Salze von aliphatischen Perfluorcarbonsäuren (z. B. Trifluoressigsäure oder Perfluoroctansäure); Eisen(III)-Salze von aromatischen Sulfonsäuren, die gegebenenfalls mit C₁- bis C₂₀-Alkylgruppen substituiert sind (z. B. Benzolsulfonsäure, o-Toluolsulfonsäure, p-Toluolsulfonsäure oder Dodecylbenzolsulfonsäure); Eisen(III)-Salze von Cycloalkansulfonsäuren (z. B. Camphersulfonsäure); usw. Gemische dieser oben genannten Salze können ebenfalls verwendet werden.
Falls gewünscht, kann die Polymerisation des Monomers in einer Vorläuferlösung erfolgen. In der Lösung können Lösungsmittel (z. B. polar protische oder unpolare) eingesetzt werden, wie Wasser, Glycole (z. B. Ethylenglycol, Propylenglycol, Butylenglycol, Triethylenglycol, Hexylenglycol, Polyethylenglycole, Ethoxydiglycol, Dipropylenglycol usw.), Glycolether (z. B. Methylglycolether, Ethylglycolether, Isopropylglycolether usw.), Alkohole (z. B. Methanol, Ethanol, n-Propanol, Isopropanol und Butanol), Ketone, (z. B. Aceton, Methylethylketon und Methylisobutylketon); Ester (z. B. Ethylacetat, Butylacetat, Diethylenglycoletheracetat, Methoxypropylacetat, Ethylencarbonat, Propylencarbonat usw.), Amide (z. B. Dimethylformamid, Dimethylacetamid, Dimethylcapryl-/caprinfettsäureamid und N-Alkylpyrrolidone), Sulfoxide oder Sulfone (z. B. Dimethylsulfoxid (DMSO) und Sulfolan), phenolische Verbindungen (z. B. Toluol, Xylol usw.) usw. Wasser ist ein besonders gut geeignetes Lösungsmittel für die Reaktion. Wenn welche eingesetzt werden, beträgt die Gesamtmenge an Lösungsmitteln in der Vorläuferlösung etwa 40 Gew.-% bis etwa 90 Gew.-%, in einigen Ausführungsformen etwa 50 Gew.-% bis etwa 85 Gew.-% und in einigen Ausführungsformen etwa 60 Gew.-% bis etwa 80 Gew.-%.
Die Polymerisation des Thiophenmonomers erfolgt im Allgemeinen bei einer Temperatur von etwa 10°C bis etwa 100°C und in einigen Ausführungsformen etwa 15°C bis etwa 75°C. Nach Beendigung der Reaktion können bekannte Filtrationstechniken eingesetzt werden, um Salzverunreinigungen gegebenenfalls zu entfernen. Es können auch ein oder mehrere Waschschritte eingesetzt werden, um die Dispersion zu reinigen.
Verschiedene Verfahren können verwendet werden, um den festen Elektrolyten auf den Anodenteil aufzutragen. In einer Ausführungsform werden das Oxidationsmittel und der monomere Vorläufer entweder nacheinander oder zusammen aufgetragen, so dass die Polymerisationsreaktion in situ auf dem Teil stattfindet. Zu den geeigneten Auftragungstechniken gehören etwa Siebdruck, Tauchbeschichtung, elektrophoretische Beschichtung und Sprühbeschichtung, die verwendet werden können, um eine leitfähige Polymerbeschichtung zu bilden. Als Beispiel kann der monomere Vorläufer (z. B. 3,4-Ethylendioxythiophen) zunächst unter Bildung einer Lösung mit dem Oxidationsmittel gemischt werden. Ein geeignetes Oxidationsmittel ist CLEVIOS^TM C, bei dem es sich um Eisen(III)toluolsulfonat handelt. CLEVIOS^TM C ist ein kommerziell erhältlicher Katalysator für CLEVIOS^TM M, bei dem es sich um 3,4-Ethylendioxythiophen handelt, ein PEDT-Monomer. Sobald das Gemisch gebildet ist, kann der Anodenteil dann in die Lösung eingetaucht werden, so dass das Polymer auf der Oberfläche des Anodenteils entsteht. Alternativ dazu können das Oxidationsmittel und der Vorläufer auch getrennt auf den Anodenteil aufgetragen werden. In einer Ausführungsform wird das Oxidationsmittel zum Beispiel in einem organischen Lösungsmittel (z. B. Butanol) gelöst und dann als Tauchlösung auf den Anodenteil aufgetragen. Der Anodenteil kann dann getrocknet werden, um das Lösungsmittel davon zu entfernen. Danach kann der Anodenteil in eine Lösung, die das geeignete Monomer enthält, eingetaucht werden.
Neben der in-situ-Auftragung kann der feste Elektrolyt auch in Form einer Dispersion von vorpolymerisierten festen leitfähigen Polymerteilchen auf das Teil aufgetragen werden. Ihre Größe kann zwar variieren, doch ist es typischerweise wünschenswert, dass die Teilchen einen kleinen Durchmesser besitzen, um die für die Haftung am Anodenteil verfügbare Oberfläche zu erhöhen. Zum Beispiel können die Teilchen eine mittlere Größe von etwa 1 bis etwa 200 Nanometer, in einigen Ausführungsformen etwa 2 bis etwa 100 Nanometer und in einigen Ausführungsformen etwa 4 bis etwa 50 Nanometer aufweisen. Der Durchmesser der Teilchen kann mit Hilfe bekannter Techniken, wie mittels Ultrazentrifuge, Laserbeugung usw., bestimmt werden. Die Form der Teilchen kann ebenfalls variieren. In einer bestimmten Ausführungsform sind die Teilchen zum Beispiel kugelförmig. Man sollte sich jedoch darüber im Klaren sein, dass in der vorliegenden Erfindung auch andere Formen in Betracht gezogen werden, wie Plättchen, Stäbchen, Scheiben, Stangen, Rohre, unregelmäßige Formen usw. Die Konzentration der Teilchen in der Dispersion kann je nach der gewünschten Viskosität der Dispersion und der besonderen Weise, in der die Dispersion auf den Kondensator aufgetragen wird, variieren. Typischerweise bilden die Teilchen jedoch etwa 0,1 bis etwa 10 Gew.-%, in einigen Ausführungsformen etwa 0,4 bis etwa 5 Gew.-% und in einigen Ausführungsformen etwa 0,5 bis etwa 4 Gew.-% der Dispersion.
Falls gewünscht, kann die Verarbeitung des leitfähigen Polymers zu einer Teilchenform verstärkt werden, indem man ein getrenntes Gegenion verwendet, das einem geladenen leitfähigen Polymer (z. B. Polythiophen) entgegenwirken soll. Das heißt, das in dem festen Elektrolyten verwendete leitfähige Polymer (z. B. Polythiophen oder ein Derivat davon) trägt typischerweise eine Ladung auf der Hauptpolymerkette, die neutral oder positiv (kationisch) ist.
Polythiophen-Derivate tragen zum Beispiel typischerweise eine positive Ladung in der Hauptpolymerkette. In einigen Fällen kann das Polymer positive und negative Ladungen in der Struktureinheit besitzen, wobei sich die positive Ladung auf der Hauptkette und die negative Ladung gegebenenfalls auf den Substituenten des Restes ”R”, wie Sulfonat- oder Carboxylatgruppen, befindet. Die positiven Ladungen der Hauptkette können teilweise oder zur Gänze mit den gegebenenfalls vorhandenen anionischen Gruppen an den Resten ”R” gesättigt sein. Insgesamt gesehen können die Polythiophene in diesen Fällen kationisch, neutral oder sogar anionisch sein. Dennoch werden sie alle als kationische Polythiophene angesehen, da die Polythiophen-Hauptkette eine positive Ladung trägt.
Das Gegenion kann ein monomeres oder polymeres Anion sein. Polymere Anionen können zum Beispiel Anionen von polymeren Carbonsäuren (z. B. Polyacrylsäuren, Polymethacrylsäure, Polymaleinsäuren usw.), polymeren Sulfonsäuren (z. B. Polystyrolsulfonsäuren (”PSS”), Polyvinylsulfonsäuren usw.) usw. sein. Die Säuren können auch Copolymere, wie Copolymere von Vinylcarbon- und Vinylsulfonsäure mit anderen polymerisierbaren Monomeren, wie Acrylsäureestern und Styrol, sein. Ebenso sind geeignete monomere Anionen zum Beispiel Anionen von C₁- bis C₂₀-Alkansulfonsäuren (z. B. Dodecansulfonsäure); aliphatischen Perfluorsulfonsäuren (z. B. Trifluormethansulfonsäure, Perfluorbutansulfonsäure oder Perfluoroctansulfonsäure); aliphatischen C₁- bis C₂₀-Carbonsäuren (z. B. 2-Ethylhexylcarbonsäure); aliphatischen Perfluorcarbonsäuren (z. B. Trifluoressigsäure oder Perfluoroctansäure); aromatischen Sulfonsäuren, die gegebenenfalls mit C₁- bis C₂₀-Alkylgruppen substituiert sind (z. B. Benzolsulfonsäure, o-Toluolsulfonsäure, p-Toluolsulfonsäure oder Dodecylbenzolsulfonsäure); Cycloalkansulfonsäuren (z. B. Kamphersulfonsäure oder Tetrafluoroborate, Hexafluorophosphate, Perchlorate, Hexafluoroantimonate, Hexafluoroarsenate oder Hexachloroantimonate); usw. Besonders gut geeignete Gegenionen sind polymere Anionen, wie eine polymere Carbon- oder Sulfonsäure (z. B. Polystyrolsulfonsäure (”PSS”)). Das Molekulargewicht solcher polymeren Anionen liegt typischerweise im Bereich von etwa 1000 bis etwa 2 000 000 und in einigen Ausführungsformen etwa 2000 bis etwa 500 000.
Wenn sie eingesetzt werden, beträgt das Gewichtsverhältnis solcher Gegenionen zu leitfähigen Polymeren in einer gegebenen Schicht des festen Elektrolyten typischerweise etwa 0,5:1 bis etwa 50:1, in einigen Ausführungsformen etwa 1:1 bis etwa 30:1 und in einigen Ausführungsformen etwa 2:1 bis etwa 20:1. Das Gewicht der elektrisch leitfähigen Polymere, von dem bei den oben genannten Gewichtsverhältnissen die Rede ist, bezieht sich auf den eingewogenen Anteil der verwendeten Monomere, wenn man annimmt, dass während der Polymerisation eine vollständige Umsetzung stattfindet.
Neben leitfähigen Polymeren und wahlfreien Gegenionen kann die Dispersion auch ein oder mehrere Bindemittel enthalten, um die adhäsive Natur der polymeren Schicht weiter zu verstärken und auch die Stabilität der Teilchen innerhalb der Dispersion zu erhöhen. Die Bindemittel können organischer Natur sein, wie Polyvinylalkohole, Polyvinylpyrrolidone, Polyvinylchloride, Polyvinylacetate, Polyvinylbutyrate, Polyacrylsäureester, Polyacrylsäureamide, Polymethacrylsäureester, Polymethacrylsäureamide, Polyacrylnitrile, Styrol/Acrylsäureester, Vinylacetat/Acrylsäureester und Ethylen/Vinylacetat-Copolymere, Polybutadiene, Polyisoprene, Polystyrole, Polyether, Polyester, Polycarbonate, Polyurethane, Polyamide, Polyimide, Polysulfone, Melamin-Formaldehyd-Harze, Epoxyharze, Silikonharze oder Cellulosen. Es können auch Vernetzungsmittel eingesetzt werden, um die Adhäsionsfähigkeit der Bindemittel zu erhöhen. Solche Vernetzungsmittel sind zum Beispiel Melaminverbindungen, maskierte Isocyanate oder funktionelle Silane, wie 3-Glycidoxypropyltrialkoxysilan, Tetraethoxysilan und Tetraethoxysilan-Hydrolysat oder vernetzbare Polymere, wie Polyurethane, Polyacrylate oder Polyolefine, und anschließende Vernetzung.
Es können auch Dispersionsmittel eingesetzt werden, um die Bildung des festen Elektrolyten zu erleichtern und seine Auftragbarkeit auf den Anodenteil zu verbessern. Zu den geeigneten Dispersionsmitteln gehören Lösungsmittel, wie aliphatische Alkohole (z. B. Methanol, Ethanol, Isopropanol und Butanol), aliphatische Ketone (z. B. Aceton und Methylethylketone), aliphatische Carbonsäureester (z. B. Ethylacetat und Butylacetat), aromatische Kohlenwasserstoffe (z. B. Toluol und Xylol), aliphatische Kohlenwasserstoffe (z. B. Hexan, Heptan und Cyclohexan), chlorierte Kohlenwasserstoffe (z. B. Dichlormethan und Dichlorethan), aliphatische Nitrile (z. B. Acetonitril), aliphatische Sulfoxide und Sulfone (z. B. Dimethylsulfoxid und Sulfolan), aliphatische Carbonsäureamide (z. B. Methylacetamid, Dimethylacetamid und Dimethylformamid), aliphatische und araliphatische Ether (z. B. Diethylether und Anisol), Wasser sowie Gemische irgendwelcher der obigen Lösungsmittel. Ein besonders gut geeignetes Dispersionsmittel ist Wasser.
Außer den oben genannten können auch noch andere Bestandteile in der Dispersion verwendet werden. Zum Beispiel können herkömmliche Füllstoffe verwendet werden, die eine Größe von etwa 10 Nanometer bis etwa 100 Mikrometer, in einigen Ausführungsformen etwa 50 Nanometer bis etwa 50 Mikrometer und in einigen Ausführungsformen etwa 100 Nanometer bis etwa 30 Mikrometer aufweisen. Beispiele für solche Füllstoffe sind Calciumcarbonat, Silicate, Siliciumoxid, Calcium- oder Bariumsulfat, Aluminiumhydroxid, Glasfasern oder -kugeln, Holzmehl, Cellulosepulver, Ruß, elektrisch leitfähige Polymere usw. Die Füllstoffe können in Pulverform in die Dispersion eingeführt werden, können jedoch auch in einer anderen Form, etwa als Fasern, vorliegen.
Grenzflächenaktive Substanzen, wie ionische oder nichtionische Tenside, können ebenfalls in der Dispersion eingesetzt werden. Weiterhin können Kleber eingesetzt werden, wie organofunktionelle Silane oder ihre Hydrolysate, zum Beispiel 3-Glycidoxypropyltrialkoxysilan, 3-Aminopropyltriethoxysilan, 3-Mercaptopropyltrimethoxysilan, 3-Methacryloxypropyltrimethoxysilan, Vinyltrimethoxysilan oder Octyltriethoxysilan. Die Dispersion kann auch Additive enthalten, die die Leitfähigkeit erhöhen, wie Ethergruppen enthaltende Verbindungen (z. B. Tetrahydrofuran), Lactongruppen enthaltende Verbindungen (z. B. γ-Butyrolacton oder γ-Valerolacton), Amid- oder Lactamgruppen enthaltende Verbindungen (z. B. Caprolactam, N-Methylcaprolactam, N,N-Dimethylacetamid, N-Methylacetamid, N,N-Dimethylformamid (DMF), N-Methylformamid, N-Methylformanilid, N-Methylpyrrolidon (NMP), N-Octylpyrrolidon oder Pyrrolidon), Sulfone und Sulfoxide (z. B. Sulfolan (Tetramethylensulfon) oder Dimethylsulfoxid (DMSO)), Zucker oder Zuckerderivate (z. B. Saccharose, Glucose, Fructose oder Lactose), Zuckeralkohole (z. B. Sorbit oder Mannit), Furanderivate (z. B. 2-Furancarbonsäure oder 3-Furancarbonsäure) und Alkohole (z. B. Ethylenglycol, Glycerin, Di- oder Triethylenglycol).
Die polymere Dispersion kann mit Hilfe einer Vielzahl von bekannten Techniken auf das Teil aufgetragen werden, wie durch Schleuderbeschichtung, Imprägnierung, Gießen, tropfenweise Auftragung, Spritzen, Sprühen, Rakeln, Bürsten, Drucken (z. B. Tintenstrahl-, Sieb- oder Blockdruck) oder Tauchen. Obwohl sie je nach der eingesetzten Auftragungstechnik variieren kann, beträgt die Viskosität der Dispersion typischerweise etwa 0,1 bis etwa 100 000 mPa·s (gemessen bei einer Scherrate von 100 s^–1), in einigen Ausführungsformen etwa 1 bis etwa 10 000 mPa·s, in einigen Ausführungsformen etwa 10 bis etwa 1500 mPa·s und in einigen Ausführungsformen etwa 100 bis etwa 1000 mPa·s. Einmal aufgetragen, kann die Schicht getrocknet und gewaschen werden.
Ein Vorteil der Verwendung einer Dispersion von leitfähigen Polymerteilchen, wie sie oben beschrieben ist, besteht darin, dass sie in den Randbereich des Kondensatorkörpers eindringen kann, um mit dem Dielektrikum in Kontakt zu kommen und die Haftung an demselben zu erhöhen. Dies führt zu einem mechanisch robusteren Teil, das einen reduzierten äquivalenten Serienwiderstand und Leckstrom aufweisen kann. Solche Dispersionen können auch die Anwesenheit von während der in-situ-Polymerisation erzeugten ionischen Spezies (z. B. Fe²⁺ oder Fe³⁺), was unter einem hohen elektrischen Feld einen dielektrischen Durchschlag aufgrund von Ionenwanderung verursachen kann, minimieren. Indem man also die leitfähige Polymerbeschichtung als Dispersion und nicht durch in-situ-Polymerisation aufträgt, kann der resultierende Kondensator eine relativ hohe ”Durchschlagsspannung” (Spannung, bei der der Kondensator versagt), wie etwa 60 Volt oder mehr, in einigen Ausführungsformen etwa 80 Volt oder mehr, in einigen Ausführungsformen etwa 100 Volt oder mehr und in einigen Ausführungsformen etwa 120 Volt bis etwa 200 Volt aufweisen, die bestimmt wird, indem man die angelegte Spannung in Schritten von 3 Volt erhöht, bis der Leckstrom 1 mA erreicht.
Falls gewünscht, kann der feste Elektrolyt aus einer oder mehreren Schichten gebildet werden. Wenn mehrere Schichten eingesetzt werden, können eine oder mehrere der Schichten ein leitfähiges Polymer umfassen, das durch in-situ-Polymerisation gebildet wird, und/oder als Dispersion eingesetzt werden. Wenn man jedoch sehr hohe Durchschlagsspannungen (z. B. etwa 120 bis 200 Volt) erreichen möchte, wird der feste Elektrolyt typischerweise primär aus den oben beschriebenen Polymerdispersionen gebildet und ist im Allgemeinen frei von leitfähigen Polymeren, die durch in-situ-Polymerisation gebildet werden. Unabhängig von der Zahl der eingesetzten Schichten hat der resultierende feste Elektrolyt typischerweise eine Gesamtdicke von etwa 1 Mikrometer (um) bis etwa 200 μm, in einigen Ausführungsformen etwa 2 μm bis etwa 50 μm und in einigen Ausführungsformen etwa 5 μm bis etwa 30 μm.
Nach Auftragung auf den Anodenteil kann der feste Elektrolyt gegebenenfalls geflickt werden. Das Flicken kann nach jeder Auftragung einer festen Elektrolytschicht erfolgen, oder es kann nach der Auftragung der gesamten Beschichtung erfolgen, wenn mehrere Schichten eingesetzt werden. In einigen Ausführungsformen kann der feste Elektrolyt zum Beispiel geflickt werden, indem man den Pressling in eine Elektrolytlösung, wie eine Säurelösung, eintaucht und danach eine konstante Spannung an die Lösung anlegt, bis die Stromstärke auf ein vorgewähltes Niveau reduziert ist. Falls gewünscht, kann dieses Flicken auch in mehreren Schritten bewerkstelligt werden. Nach dem Auftragen einiger oder aller oben beschriebenen Schichten kann der resultierende Teil dann gegebenenfalls gewaschen werden, um verschiedene Nebenprodukte, überschüssige Oxidationsmittel usw. zu entfernen. Weiterhin kann in einigen Fällen nach einem Teil oder allen oben beschriebenen Eintauchvorgängen getrocknet werden. Ein Trocknen kann zum Beispiel wünschenswert sein, nachdem das Oxidationsmittel aufgetragen und/oder nachdem der Pressling gewaschen wurde, um die Poren des Teils zu öffnen, so dass es bei anschließenden Tauchschritten eine Flüssigkeit aufnehmen kann.
Neben dem festen Elektrolyten können für die Kathode auch verschiedene andere Schichten eingesetzt werden, wie in der Technik wohlbekannt ist. Zum Beispiel kann für den Kondensator eine Metallschicht eingesetzt werden, die über dem festen Elektrolyten liegt. Die Metallschicht kann als lötbarer Leiter, Kontaktschicht und/oder Ladungssammler für den Kondensator wirken und kann aus einem leitfähigen Metall bestehen, wie Kupfer, Nickel, Silber, Zink, Zinn, Palladium, Blei, Aluminium, Molybdän, Titan, Eisen, Zirconium, Magnesium und Legierungen davon. Silber ist ein besonders gut geeignetes leitfähiges Metall zur Verwendung in der Schicht. Falls gewünscht, kann eine kohlenstoffhaltige Schicht in der Kathode enthalten sein; sie befindet sich dann zwischen dem festen Elektrolyten und der Metallschicht, um den Kontakt zwischen der Metallschicht und dem festen Elektrolyten zu begrenzen, was ansonsten den Widerstand des Kondensators erhöhen würde. Die kohlenstoffhaltige Schicht kann aus einer Vielzahl von bekannten kohlenstoffhaltigen Materialien, wie Graphit, Aktivkohle, Ruß usw., gebildet werden. Die Dicke der kohlenstoffhaltigen Schicht liegt typischerweise im Bereich von etwa 1 μm bis etwa 50 μm, in einigen Ausführungsformen etwa 2 μm bis etwa 30 μm und in einigen Ausführungsformen etwa 5 μm bis etwa 10 μm. Ebenso liegt die Dicke der Metallschicht typischerweise im Bereich von etwa 1 μm bis etwa 100 μm, in einigen Ausführungsformen etwa 5 μm bis etwa 50 μm und in einigen Ausführungsformen etwa 10 μm bis etwa 25 μm.
III. Mehrschichtige Schutzbeschichtung
Der Kondensator der vorliegenden Erfindung umfasst auch eine mehrschichtige Schutzbeschichtung, die wenigstens eine Lichtreflexionsschicht und wenigstens eine Spannungsabbauschicht umfasst. Die Lichtreflexionsschicht liegt über dem festen Elektrolyten, und die Spannungsabbauschicht liegt über der Lichtreflexionsschicht. Man sollte sich darüber im Klaren sein, dass die Verwendung des Ausdrucks ”liegt über” hier einfach bedeutet, dass die betreffende Beschichtung oder Schicht nach der vorherigen Schicht aufgetragen wird. Irgendein Teil der Beschichtung oder Schicht kann sich jedoch mit der vorherigen Schicht vermischen oder durch diese fließen, so dass die Beschichtung oder Schicht nicht im strengen Sinne die gesamte vorherige Beschichtung oder Schicht bedeckt. Zum Beispiel kann ein Teil der Lichtreflexionsschicht in die Poren des Anodenkörpers treten, wo sich kein fester Elektrolyt befindet. Dennoch liegt die Lichtreflexionsschicht immer noch über dem festen Elektrolyten. Weiterhin schließt der Ausdruck ”liegt über” nicht die Verwendung zusätzlicher Schichten zwischen der betreffenden Schicht und der vorherigen Schicht aus. Zum Beispiel können eine oder mehrere Schichten zwischen dem festen Elektrolyten und der Schutzbeschichtung aufgetragen werden, und dennoch wird davon ausgegangen, dass die Beschichtung über dem festen Elektrolyten liegt. In einer besonderen Ausführungsform, wie sie oben beschrieben ist, befindet sich eine externe Beschichtung (z. B. kohlenstoffhaltige und Metallschicht) zwischen dem festen Elektrolyten und der Schutzbeschichtung.
A. Lichtreflexionsschicht
Die Lichtreflexionsschicht ist so konfiguriert, dass sie bestimmte Typen von einfallendem Licht (z. B. Laserlicht) reflektiert, so dass dieses im Wesentlichen nicht mit dem festen Elektrolyten in Kontakt kommt, was die potentielle Verkohlung einschränkt. Die Lichtreflexionsschicht enthält im Allgemeinen Teilchen mit einem relativ hohen Brechungsindex, wie etwa 1,7 oder mehr, in einigen Ausführungsformen etwa 2,0 oder mehr, in einigen Ausführungsformen etwa 2,2 oder mehr und in einigen Ausführungsformen etwa 2,4 oder mehr. Um die elektrischen Eigenschaften des Kondensators zu optimieren, ist es typischerweise auch wünschenswert, dass die Lichtreflexionsschicht nichtmetallisch und gegebenenfalls nichtleitend ist. In dieser Hinsicht bestehen die reflektierenden Teilchen typischerweise aus einem dielektrischen Material, wie anorganischen Teilchen, zum Beispiel Calciumcarbonat, Magnesiumcarbonat, Bariumcarbonat, Magnesiumsulfat, Bariumsulfat, Calciumsulfat, Zinkoxid, Zinksulfid, Magnesiumoxid, Calciumoxid, Titanoxid, Aluminiumoxid, Aluminiumhydroxid, Hydroxyapatit, Siliciumoxid, Glimmer, Talk, Kaolin, Ton, Glaspulver, Zeolith usw., organischen Teilchen usw. Zu den besonders gut geeigneten dielektrischen Teilchen zur Verwendung in der Lichtreflexionsschicht gehören Rutil-Titandioxid (Brechungsindex etwa 2,73), Anatas-Titandioxid (Brechungsindex etwa 2,55), Zinksulfid (Brechungsindex etwa 2,32) und Zinkoxid (Brechungsindex 2,0).
Die reflektierenden Teilchen besitzen typischerweise einen geringen Gehalt an farbgebenden Elementen, wie Vanadium, Eisen, Niob, Kupfer und Mangan, um ihre Lichtabsorptionsfähigkeit zu minimieren: Zum Beispiel kann Titandioxid mit einem Vanadiumgehalt von 5 ppm oder weniger eingesetzt werden. Solche Teilchen können durch ein Chlorverfahren hergestellt werden, bei dem Rutilerz, das hauptsächlich aus Titanoxid besteht, in einem Hochtemperaturofen bei etwa 1000°C mit Chlorgas umgesetzt wird, wobei Titantetrachlorid entsteht. Dann wird das Titantetrachlorid mit Sauerstoff unter Bildung von hochreinem Titanoxid verbrannt. Obwohl sie typischerweise einen geringen Gehalt an farbgebenden Elementen besitzen, können die Teilchen dennoch einer Behandlung unterzogen werden, um andere Eigenschaften (z. B. Dispergierbarkeit) zu verbessern. Beispiele für solche Behandlungen sind Fettsäuren (z. B. Stearinsäure), Fettsäureester usw.
Die Teilchengröße der reflektierenden Teilchen kann so gewählt werden, dass die Lichtstreuung der Schicht optimiert wird. Zum Beispiel kann die Teilchengröße (D), bei der die maximale Streukraft beobachtet wird, für ein Teilchen mit hohem Brechungsindex durch die folgende Formel abgeschätzt werden:
wobei
λ die Wellenlänge des einfallenden Lichts ist,
n₁ der Brechungsindex des Teilchens ist und
n₂ der Brechungsindex der kontinuierlichen Phase der Schicht ist (z. B. beträgt der Brechungsindex von Wasser etwa 1,33). Nd: YAG-Laser emittieren zum Beispiel typischerweise Licht mit einer Wellenlänge von 1064 nm im infraroten Spektrum. Bei dieser Wellenlänge betragen die geschätzten Teilchengrößen für optimale Streuung für Rutil- und Anatas-Titandioxid etwa 0,47 μm bzw. etwa 0,55 μm. Vor diesem Hintergrund können die reflektierenden Teilchen der vorliegenden Erfindung so gewählt werden, dass sie eine mittlere Teilchengröße im Bereich von etwa 0,01 bis etwa 5 μm, in einigen Ausführungsformen etwa 0,05 bis etwa 2 μm und in einigen Ausführungsformen etwa 0,1 bis etwa 1 μm aufweisen.
Zur Bildung der Lichtreflexionsschicht werden die reflektierenden Teilchen im Allgemeinen in einem Lösungsmittel dispergiert. Eine Vielzahl von Lösungsmitteln kann eingesetzt werden, wie Wasser, Glycole (z. B. Propylenglycol, Butylenglycol, Triethylenglycol, Hexylenglycol, Polyethylenglycole, Ethoxydiglycol und Dipropylenglycol), Glycolether (z. B. Methylglycolether, Ethylglycolether und Isopropylglycolether), Ether (z. B. Diethylether und Tetrahydrofuran), Alkohole (z. B. Methanol, Ethanol, n-Propanol, Isopropanol und Butanol), Triglyceride, Ketone (z. B. Aceton, Methylethylketon und Methylisobutylketon), Ester (z. B. Ethylacetat, Butylacetat, Diethylenglycoletheracetat und Methoxypropylacetat), Amide (z. B. Dimethylformamid, Dimethylacetamid, Dimethylcapryl-/caprinfettsäureamid und N-Alkylpyrrolidone), Nitrile (z. B. Acetonitril, Propionitril, Butyronitril und Benzonitril), Sulfoxide oder Sulfone (z. B. Dimethylsulfoxid (DMSO) und Sulfolan) usw. Ein besonderer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass wässrige Lösungsmittel (z. B. Wasser) eingesetzt werden können. Tatsächlich kann Wasser etwa 20 Gew.-% oder mehr, in einigen Ausführungsformen etwa 50 Gew.-% oder mehr und in einigen Ausführungsformen etwa 75 Gew.-% bis 100 Gew.-% des bzw. der in der Beschichtungszubereitung verwendeten Lösungsmittel ausmachen.
Die Gesamtkonzentration des bzw. der in der Beschichtungszubereitung verwendeten Lösungsmittel kann variieren, beträgt jedoch typischerweise etwa 10 Gew.-% bis etwa 90 Gew.-%, in einigen Ausführungsformen etwa 20 Gew.-% bis etwa 85 Gew.-% und in einigen Ausführungsformen etwa 40 Gew.-% bis etwa 80 Gew.-% der Beschichtungszubereitung. Selbstverständlich hängt die spezielle Menge des bzw. der eingesetzten Lösungsmittel zum Teil von dem gewünschten Feststoffgehalt und/oder der gewünschten Viskosität der Beschichtungszubereitung ab. Zum Beispiel kann der Feststoffgehalt im Bereich von etwa 10 bis etwa 90 Gew.-%, insbesondere etwa 15 bis etwa 80 Gew.-% und insbesondere etwa 20 bis etwa 60 Gew.-% liegen. Durch Variieren des Feststoffgehalts der Beschichtungszubereitung kann die Anwesenheit der lichtreflektierenden Teilchen in der Beschichtungszubereitung gesteuert werden. Zur Bildung einer Beschichtungszubereitung mit einem höheren Anteil an lichtreflektierenden Teilchen kann die Zubereitung zum Beispiel mit einem relativ hohen Feststoffgehalt versehen werden, so dass ein größerer Prozentanteil der Teilchen in die Schicht eingebaut wird. Außerdem kann auch die Viskosität der Beschichtungszubereitung je nach Auftragungsverfahren und/oder Art des eingesetzten Lösungsmittels variieren. Die Viskosität beträgt jedoch typischerweise etwa 5 bis etwa 500 Centipoise, in einigen Ausführungsformen etwa 10 bis etwa 450 Centipoise und in einigen Ausführungsformen etwa 50 bis etwa 400 Centipoise, gemessen mit einem Brookfield-DV-1-Viskometer unter Verwendung einer Spindel Nr. 2, die mit 30 U/min und bei 25°C arbeitet. Falls gewünscht, können Verdickungsmittel oder andere Viskositätsmodifikatoren in der Beschichtungszubereitung eingesetzt werden, um die Viskosität zu erhöhen oder zu senken.
In der Beschichtungszubereitung kann auch ein Bindemittel eingesetzt werden, um dabei zu helfen, die lichtreflektierenden Teilchen auf dem Kondensator zurückzuhalten, nachdem das Lösungsmittel aus der Beschichtungszubereitung entfernt ist. Obwohl jedes beliebige Bindemittel eingesetzt werden kann, sind organische Bindemittel zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung besonders gut geeignet. Beispiele für solche Bindemittel sind zum Beispiel Polyvinylbutyral, Polyvinylacetat, Polyvinylalkohol, Polyvinylpyrrolidon, Cellulosepolymere, wie Carboxymethylcellulose, Methylcellulose, Ethylcellulose, Hydroxyethylcellulose und Methylhydroxyethylcellulose, ataktisches Polypropylen, Polyethylen, Polyethylenglycol (z. B. Carbowax von Dow Chemical Co.), Silikonpolymere, wie Polymethylsiloxan, Polymethylphenylsiloxan, Polystyrol, Poly(butadien/styrol); Polyamide, Polyimide und Polyacrylamide, hochmolekulare Polyether; Copolymere von Ethylenoxid und Propylenoxid; Fluorpolymere, wie Polytetrafluorethylen, Polyvinylidenfluorid und Fluorolefin-Copolymere, Acrylpolymere, wie Natriumpolyacrylat, Poly(niederalkylacrylate), Poly(niederalkylmethacrylate) und Copolymere von Niederalkylacrylaten und -methacrylaten. Besonders gut geeignete Bindemittel zur Verwendung in der Beschichtungszubereitung sind Latexpolymerbindemittel mit einer Glasübergangstemperatur von etwa 50°C oder weniger, so dass die Flexibilität der resultierenden Beschichtungszubereitung nicht wesentlich eingeschränkt wird. Außerdem hat das Latexpolymer typischerweise auch eine Glasübergangstemperatur von etwa –35°C oder mehr, um seine Klebrigkeit zu minimieren. Einige geeignete Polymerlatices, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, können auf Polymeren beruhen wie unter Anderem Styrol-Butadien-Polymeren, Polyvinylacetat-Homopolymeren, Vinylacetat-Ethylen-Copolymeren, Vinylacetat-Acryl- oder -Methacrylpolymeren, Ethylen-Vinylchlorid-Polymeren, Ethylen-Vinylchlorid-Vinylacetat-Polymeren, Polyvinylchlorid-Polymeren, Nitrilpolymeren und irgendeinem anderen geeigneten Latexpolymer, das in der Technik bekannt ist.
Neben Bindemitteln kann die Beschichtungszubereitung auch andere Komponenten enthalten, die die Auftragung der lichtreflektierenden Teilchen auf den Kondensator erleichtern. Zum Beispiel können in der Beschichtungszubereitung ein oder mehrere Dispergiermittel eingesetzt werden, um die Oberflächenspannung der Suspension zu reduzieren. Eine Klasse geeigneter Dispergiermittel umfasst anionische Polymere, die Säuregruppen oder Salze davon aufweisen. Solche Polymere enthalten zum Beispiel typischerweise wenigstens ein ethylenisch ungesättigtes säurehaltiges Monomer und gegebenenfalls wenigstens ein ethylenisch ungesättigtes nichtionisches Monomer. Zu den geeigneten Säuremonomeren gehören Monomere mit Carbonsäuregruppen, wie Acrylsäure, Methacrylsäure, Itaconsäure, Fumarsäure, Krotonsäure, Maleinsäure, Monomethylitaconat, Monomethylfumarat und Monobutylfumarat, Anhydride, wie Maleinsäureanhydrid und Itaconsäureanhydrid, oder Kombinationen davon. Zu den geeigneten ethylenisch ungesättigten Monomeren gehören Alkylester von (Meth)acrylsäure, wie Ethylacrylat, Butylacrylat und Methylmethacrylat, Hydroxyester von (Meth)acrylsäure, wie Hydroxyethylmethacrylat, Hydroxyethylacrylat, Hydroxypropylacrylat und Hydroxypropylmethacrylat, aromatische Monomere, wie Styrol und α-Methylstyrol, und Alkene, wie Diisobutylen.
Ein Netzmittel oder Tensid kann ebenfalls in der Beschichtungszubereitung eingesetzt werden, um die Bildung von homogen gleichmäßigen Beschichtungszubereitungen mit wünschenswerter Streichfähigkeit zu erleichtern. Zu den geeigneten Tensiden gehören etwa kationische Tenside, nichtionische Tenside, anionische Tenside, amphotere Tenside usw. Zum Beispiel können nichtionische Tenside eine hydrophobe Basis, wie eine langkettige Alkylgruppe oder eine alkylierte Arylgruppe, und eine hydrophile Kette, die eine bestimmte Zahl (z. B. 1 bis etwa 30) an Ethoxy- und/oder Propoxy-Struktureinheiten umfasst, aufweisen. Beispiele für einige Klassen von nichtionischen Tensiden, die verwendet werden können, sind unter Anderem ethoxylierte Alkylphenole, ethoxylierte und propoxylierte Fettalkohole, Polyethylenglycolether von Methylglucose, Polyethylenglycolether von Sorbit, Ethylenoxid-Propylenoxid-Blockcopolymere, ethoxylierte Ester von Fett(C₈-C₁₈)säuren, Kondensationsprodukte von Ethylenoxid mit langkettigen Aminen oder Amiden, Kondensationsprodukte von Ethylenoxid mit Alkoholen und Gemische davon. Zu den besonders gut geeigneten nichtionischen Tensiden gehören etwa die Polyethylenoxid-Kondensate von 1 mol Alkylphenol, das etwa 8 bis 18 Kohlenstoffatome in einer geradkettigen oder verzweigten Alkylgruppe enthält, mit etwa 5 bis 30 mol Ethylenoxid. Spezielle Beispiele für Alkylphenolethoxylate sind Nonylphenol, das mit etwa 9,5 mol Ethylenoxid pro Mol Nonylphenol kondensiert ist, Dinonylphenol, das mit etwa 12 mol Ethylenoxid pro Mol Phenol kondensiert ist, Dinonylphenol, das mit etwa 15 mol Ethylenoxid pro Mol Phenol kondensiert ist, und Diisooctylphenol, das mit etwa 15 mol Ethylenoxid pro Mol Phenol kondensiert ist. Solche Verbindungen sind unter dem Handelsnamen Triton^TM CF-100 von der Dow Chemical Co. in Midland, Michigan, kommerziell erhältlich.
In der Beschichtungszubereitung können auch Weichmacher eingesetzt werden, um die Filmbildungseigenschaften der Beschichtungszubereitung zu verstärken. Weichmacher sind wohlbekannt, und es kann ein breites Spektrum von Weichmachern eingesetzt werden. Beispiele für typische Weichmacher sind Mineralöl, Glycole, wie Propylenglycol, Phthalsäureester, wie Dioctylphthalat und Benzylbutylphthalat, und langkettige aliphatische Säuren, wie Ölsäure und Stearinsäure, sowie Gemische davon.
Die Konzentration jeder Komponente der Beschichtungszubereitung kann je nach der gewünschten Wärmemenge, der Nassaufnahmemenge des verwendeten Auftragungsverfahrens usw. variieren. Zum Beispiel kann die Menge der lichtreflektierenden Teilchen in der Beschichtungszubereitung im Bereich von etwa 10 Gew.-% bis etwa 80 Gew.-%, in einigen Ausführungsformen etwa 20 Gew.-% bis etwa 75 Gew.-% und in einigen Ausführungsformen etwa 25 Gew.-% bis etwa 50 Gew.-% liegen. Bindemittel können auch etwa 0,01 Gew.-% bis etwa 20 Gew.-%, in einigen Ausführungsformen etwa 0,1 Gew.-% bis etwa 15 Gew.-% und in einigen Ausführungsformen etwa 0,5 Gew.-% bis etwa 10 Gew.-% der Beschichtungszubereitung ausmachen. Andere Komponenten, wie Dispergiermittel, Tenside, Weichmacher usw., können jeweils etwa 0,001 Gew.-% bis etwa 10 Gew.-%, in einigen Ausführungsformen etwa 0,01 Gew.-% bis etwa 5 Gew.-% und in einigen Ausführungsformen etwa 0,1 Gew.-% bis etwa 3 Gew.-% der Beschichtungszubereitung ausmachen.
Unabhängig von der besonderen Art und Weise, in der sie gebildet wurde, wird die Beschichtungszubereitung mit Hilfe bekannter Verfahren, wie Tauchen, Sprühen, Drucken, Formen, Extrusion usw., auf einer Fläche des Kondensators abgelagert. Zum Beispiel kann der Kondensator einfach bis zum gewünschten Niveau in die Beschichtungszubereitung eingetaucht werden. Dann kann der beschichtete Kondensator entweder unter Umgebungsbedingungen oder in einem Schritt des Erhitzens trocknen gelassen werden, so dass der größte Teil des Lösungsmittels, wenn nicht das ganze Lösungsmittel, entfernt wird. Zum Beispiel kann der Kondensator in einem oder mehreren Schritten auf eine Temperatur von etwa 50°C bis etwa 300°C, in einigen Ausführungsformen etwa 60 Gew.-% bis etwa 200°C und in einigen Ausführungsformen etwa 70°C bis etwa 150°C erhitzt werden. Das Erhitzen kann an der Luft oder unter einer kontrollierten Atmosphäre (z. B. im Vakuum) erfolgen. Die fertige getrocknete Beschichtung enthält die reflektierenden Teilchen typischerweise in einer Menge von etwa 80 Gew.-% bis 100 Gew.-%, in einigen Ausführungsformen etwa 85 Gew.-% bis etwa 99,9 Gew.-% und in einigen Ausführungsformen etwa 90 Gew.-% bis etwa 99 Gew.-%. Um ihr Reflexionsvermögen zu optimieren, hat die Beschichtung typischerweise auch eine relativ geringe Dicke, wie etwa 100 μm oder weniger, in einigen Ausführungsformen etwa 20 bis etwa 80 μm und in einigen Ausführungsformen etwa 30 bis etwa 60 μm.
B. Spannungsabbauschicht
Die Spannungsabbauschicht der Schutzbeschichtung kann unter Anderem dazu beitragen, Spannungen, denen der Kondensator ausgesetzt ist (z. B. während der Einbettung, dem Reflow-Löten usw.), abzubauen, so dass eine Beschädigung des festen Elektrolyten durch dieselben weniger wahrscheinlich ist. Die Spannungsabbauschicht kann auch relativ porös sein, so dass im Kondensator (z. B. im festen Elektrolyten) eingeschlossene Feuchtigkeit entweichen kann und der Druck, der ansonsten auf den festen Elektrolyten übertragen werden könnte, reduziert wird. Typischerweise ist es wünschenswert, dass die Spannungsabbauschicht ebenfalls elektrisch leitend ist, um die leitende Verbindung mit einem Endteil, einem anderen Kondensatorelement usw. zu verstärken. Um diese und andere Funktionen zu erfüllen, umfasst die Spannungsabbauschicht im Allgemeinen eine Vielzahl von elektrisch leitfähigen Metallteilchen. Beispiele für geeignete Metalle zur Verwendung bei der Bildung der Teilchen umfassen zum Beispiel Nickel, Kupfer, Gold, Silber, versilbertes Kupfer, versilbertes Nickel, Zinn, Blei, Palladium, Aluminium usw. sowie Legierungen davon. Silber ist für die Verwendung in der vorliegenden Erfindung besonders gut geeignet. Die Teilchen können mit Hilfe von jeder in der Technik bekannten Methode auf das Kondensatorelement aufgetragen werden, wie etwa in Form einer Paste, die auf eine Fläche des Kondensatorelements aufgetragen wird (z. B. durch Beschichtung, Tauchen, Sprühen, Drucken usw.). Dann kann die Paste gehärtet oder getrocknet werden, um gegebenenfalls darin vorhandenes Lösungsmittel zu entfernen.
Die Metallteilchen können klein genug sein, so dass sie die volumetrische Effizienz des Kondensators nicht beeinträchtigen, doch groß genug, um zu gewährleisten, dass die Schichten die minimale Dicke erreichen, die benötigt wird, um den gewünschten Spannungsabbau zu erreichen und dazu beizutragen, eine zuverlässige mechanische Verbindung mit einem anderen Teil zu gewährleisten. In den meisten Ausführungsformen haben die Metallteilchen somit einen Medianwert des Durchmessers von etwa 0,1 μm bis etwa 50 μm, in einigen Ausführungsformen etwa 0,2 μm bis etwa 10 μm und in einigen Ausführungsformen etwa 0,5 μm bis etwa 5 μm. Der hier verwendete Ausdruck ”Medianwert” der Teilchengröße bezieht sich auf die ”D₅₀”-Teilchengrößenverteilung der Teilchen. Wie in der Technik wohlbekannt ist, bedeutet die Bezeichnung ”D₅₀”, dass wenigstens 50% der Teilchen die angegebene Größe haben. Die Dicke der resultierenden Spannungsabbauschicht beträgt ebenso typischerweise etwa 1 bis etwa 100 μm, in einigen Ausführungsformen etwa 10 bis etwa 70 μm und in einigen Ausführungsformen etwa 20 bis etwa 50 μm. Die Gesamtdicke der mehrschichtigen Schutzbeschichtung kann auch im Bereich von etwa 10 μm bis etwa 300 μm, in einigen Ausführungsformen etwa 30 bis etwa 200 μm und in einigen Ausführungsformen etwa 50 bis etwa 150 μm liegen.
Allgemein gesagt, kann die mehrschichtige Schutzbeschichtung auf eine beliebige Fläche des Kondensators aufgetragen werden, so dass sie den Kontakt des festen Elektrolyten mit einfallendem Licht (z. B. Laser) reduzieren kann. Die Schutzbeschichtung kann sich zum Beispiel auf der oberen, unteren und/oder auf den Seitenflächen des Kondensators befinden. Ebenso kann sich die Schutzbeschichtung auf der vorderen und/oder hinteren Fläche des Kondensators befinden. Die lichtreflektierende Schicht kann den gesamten Bereich oder nur einen Teil des Bereichs der Fläche, auf den sie aufgetragen wird, bedecken. In einer Ausführungsform bedeckt die Schutzbeschichtung zum Beispiel etwa 30% oder mehr, in einigen Ausführungsformen etwa 40% oder mehr und in einigen Ausführungsformen etwa 50% oder mehr einer Fläche des Kondensators, auf die sie aufgetragen wird.
In den 1–2 ist zum Beispiel eine Ausführungsform eines Kondensators 30 gezeigt, der eine im Wesentlichen rechteckige Form aufweist und eine vordere Fläche 36, eine hintere Fläche 38, eine obere Fläche 37, eine untere Fläche 39, eine erste Seitenfläche 32a und eine zweite Seitenfläche 32b enthält. Ein Anodendraht 34 erstreckt sich von der vorderen Fläche 36 des Kondensators 30 ausgehend in Längsrichtung (”y”-Richtung). Obwohl es nicht ausdrücklich gezeigt ist, enthält der Kondensator 30 einen anodisch oxidierten Anodenkörper und eine Kathode, die einen festen Elektrolyten, eine über dem festen Elektrolyten liegende Graphitschicht und eine über der Graphitschicht liegende Silberschicht umfasst. Typischerweise liegt der feste Elektrolyt auf jeder Fläche des Kondensators 30 über dem Anodenkörper, d. h. auf der vorderen Fläche 36, der hinteren Fläche 38, der oberen Fläche 37, der unteren Fläche 39 und den Seitenflächen 32a und 32b. Weiterhin liegen die Graphit- und die Silberschicht typischerweise auf jeder Fläche des Kondensators 30 außer der vorderen Fläche 36 über dem festen Elektrolyten. In dieser Ausführungsform enthält die vordere Fläche 36 also den festen Elektrolyten, ist aber im Wesentlichen frei von der Graphit- und Silberschicht. Selbstverständlich sollte man sich darüber im Klaren sein, dass solche Schichten auf jede beliebige Fläche des Kondensators aufgetragen werden können und nicht in der gezeigten Weise aufgetragen zu werden brauchen.
Der Kondensator 30 enthält auch eine Schutzbeschichtung 63, die gemäß der vorliegenden Erfindung gebildet ist und die eine Lichtreflexionsschicht 60 und eine Spannungsabbauschicht 65 umfasst. In dieser besonderen Ausführungsform liegt die Schutzbeschichtung 63 auf der hinteren Fläche 38, der oberen Fläche 37, der unteren Fläche 39, der ersten Seitenfläche 32a und der zweiten Seitenfläche 32b über dem festen Elektrolyten. Selbstverständlich sollte man sich darüber im Klaren sein, dass sich die Schutzbeschichtung 63 nicht auf solchen Flächen des Kondensators 30 zu befinden braucht. In 3 ist zum Beispiel ein Kondensator 130 gezeigt, der eine Schutzbeschichtung 163 umfasst, die aus einer Lichtreflexionsschicht 160 und einer Spannungsabbauschicht 165 gebildet wird. In dieser besonderen Ausführungsform befindet sich die Schutzbeschichtung 163 nur auf der ersten Seitenfläche 32a und zweiten Seitenfläche 32b des Kondensators 130.
Unabhängig davon, wo sie sich befindet, kann die Schutzbeschichtung jeden beliebigen Teil der Oberfläche bedecken. In den Ausführungsformen der 1–3 bedecken die Schutzbeschichtungen 63 und 163 zum Beispiel im Wesentlichen die gesamten Flächen, auf denen sie sich befinden, wie etwa 90% oder mehr und in einigen Ausführungsformen etwa 95% oder mehr. Wiederum ist dies jedoch nur optional, und die Beschichtung braucht einen solchen wesentlichen Anteil der Oberfläche nicht zu bedecken. In 4 ist zum Beispiel eine Ausführungsform eines Kondensators 230 gezeigt, die eine Schutzbeschichtung 263 umfasst, die aus einer Lichtreflexionsschicht 260 und einer Spannungsabbauschicht 265 gebildet wird. In dieser besonderen Ausführungsform bedeckt die Beschichtung 263 nur etwa 40% des Bereichs jeder der Seitenflächen 32a und 32b. Die Erfinder haben Folgendes herausgefunden: Selbst wenn man nur einen Teil der Fläche beschichtet, kann die Schutzbeschichtung doch dazu beitragen, dem Kondensator die gewünschten Eigenschaften zu verleihen.
Während die mehrschichtige Schutzbeschichtung auf wenigstens einer Fläche des Kondensators eingesetzt wird, sollte man sich darüber im Klaren sein, dass an anderen Stellen des Kondensators auch eine individuelle Schicht der Beschichtung separat eingesetzt werden kann. Zum Beispiel kann in bestimmten Ausführungsformen eine lichtreflektierende Schicht ohne die Spannungsabbauschicht eingesetzt werden. Dies kann in denjenigen Bereichen des Kondensators nützlich sein, wo die Lichtreflexion problematischer ist als die Probleme, die von der gesamten Schutzbeschichtung gelöst werden sollen, wie Spannungsabbau, Feuchtigkeitseinschluss usw. In den Ausführungsformen, die in den 2–4 gezeigt sind, wird zum Beispiel auch eine zweite Lichtreflexionsschicht 91 eingesetzt, die sich auf der vorderen Fläche 36 des Kondensators befindet. Typischerweise bedeckt die Lichtreflexionsschicht 91 im Wesentlichen die gesamte vordere Fläche 36, wie etwa 90% oder mehr und in einigen Ausführungsformen etwa 95% oder mehr der vorderen Fläche 36. In der in 4 gezeigten Ausführungsform können auch die Lichtreflexionsschichten 92 und 93 auf den Seitenflächen 32a bzw. 32b an solchen Stellen eingesetzt werden, wo sich die gesamte Schutzbeschichtung 263 nicht befindet. Falls gewünscht, kann die in der Schutzbeschichtung verwendete Spannungsabbauschicht auch als individuelle Schicht ohne die Lichtreflexionsschicht eingesetzt werden. Da die hintere Fläche zum Beispiel während der Herstellung im Allgemeinen nicht mit einfallendem Licht in Kontakt kommt, ist vielleicht keine Lichtreflexionsschicht notwendig. Dennoch können die Eigenschaften, die die Spannungsabbauschicht verleiht (z. B. Spannungsabbau), wünschenswert sein. In den Ausführungsformen, die in den 3–4 gezeigt sind, kann sich also eine zweite Spannungsabbauschicht 95 auf der hinteren Fläche 38 des Kondensators direkt an die Kathode angrenzend befinden.
Unabhängig von der besonderen Art und Weise, in der der Kondensator gebildet wird, kann er mit Endteilen verbunden werden, wie in der Technik wohlbekannt ist. Zum Beispiel können ein Anoden- und ein Kathoden-Endteil elektrisch mit dem Anodendraht bzw. der Kathode verbunden werden. Die spezielle Konfiguration der Endteile kann variieren, wie in der Technik wohlbekannt ist. In 5 ist zum Beispiel eine Ausführungsform gezeigt, die ein Anoden-Endteil 70 und ein Kathoden-Endteil 80 umfasst. In dieser besonderen Ausführungsform enthält das Kathoden-Endteil einen ersten Teil 82, der sich im Wesentlichen senkrecht zu einem zweiten Teil 84 befindet. Der erste Teil 82 steht in elektrischem Kontakt mit der unteren Fläche 39 des Kondensators 30 (1), und der zweite Teil 84 steht in elektrischem Kontakt mit der hinteren Fläche 38 des Kondensators 30. Um den Kondensator 30 am Kathoden-Endteil 80 zu befestigen, kann ein leitfähiger Kleber eingesetzt werden, wie in der Technik bekannt ist. Der leitfähige Kleber kann zum Beispiel leitfähige Metallteilchen umfassen, die in einer Harzzusammensetzung enthalten sind. Bei den Metallteilchen kann es sich um Silber, Kupfer, Gold, Platin, Nickel, Zink, Bismut usw. handeln. Die Harzzusammensetzung kann ein duroplastisches Harz (z. B. Epoxidharz), Härtungsmittel (z. B. Säureanhydrid) und Kopplungsmittel (z. B. Silan-Kopplungsmittel) umfassen. Geeignete leitfähige Kleber sind in der US-Patentanmeldung Veröffentlichungsnummer 2006/0038304 (Osako et al.) beschrieben, auf die hier ausdrücklich für alle Zwecke Bezug genommen wird.
Das Anoden-Endteil 70 enthält einen ersten Teil 76, der sich im Wesentlichen senkrecht zu einem zweiten Teil 74 befindet. Der zweite Teil 74 enthält einen Bereich, der den Anodendraht 34 trägt. In der gezeigten Ausführungsform weist der Bereich 51 eine ”U-Form” auf, um den Oberflächenkontakt und die mechanische Stabilität des Drahtes 34 weiter zu verstärken. Dann wird der Anodendraht 34 mit Hilfe eines Lasers 90 mit dem Bereich 51 verschweißt. Wie in 5 gezeigt ist, kann der Kontakt des Laserstrahls zur Reflexion von Licht zum Kondensator 30 hin führen. Aufgrund der Anwesenheit der Schutzbeschichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann das Licht jedoch den festen Elektrolyten nicht wesentlich beschädigen oder verkohlen.
Sobald der Kondensator an den Endteilen befestigt ist, wird er in einem Harzgehäuse eingeschlossen, das dann mit Siliciumoxid oder irgendeinem anderen bekannten Einbettungsmaterial gefüllt werden kann. Die Breite und Länge des Gehäuses kann je nach Verwendungszweck variieren. Die Gesamtdicke des Gehäuses ist jedoch typischerweise gering, so dass die resultierende Baugruppe leicht in Produkte mit geringem Profil (z. B. Chipkarten) eingebaut werden kann. Zum Beispiel kann die Dicke des Gehäuses im Bereich von etwa 4,0 Millimeter oder weniger, in einigen Ausführungsformen etwa 0,1 bis etwa 2,5 Millimeter und in einigen Ausführungsformen etwa 0,15 bis etwa 2,0 Millimeter liegen. Zu den geeigneten Gehäusen gehören zum Beispiel etwa die Gehäuse ”A”, ”B”, ”H” oder ”T” (AVX Corporation). 6 zeigt zum Beispiel eine besondere Ausführungsform eines solchen Einbettungsgehäuses für eine Kondensatorbaugruppe 100 als Element 88. Das Einbettungsgehäuse 88 sorgt für zusätzlichen strukturellen und thermischen Schutz für die Kondensatorbaugruppe 100. Nach der Einbettung können die exponierten Teile des jeweiligen Anoden- und Kathoden-Endteils altern gelassen, überprüft und zurechtgeschnitten werden. Falls gewünscht, können die exponierten Teile gegebenenfalls zweimal entlang der Außenseite des Gehäuses 88 (z. B. unter einem Winkel von ungefähr 90°) gebogen werden.
Als Ergebnis der vorliegenden Erfindung kann ein Kondensator gebildet werden, der ausgezeichnete elektrische Eigenschaften aufweist. Zum Beispiel weist der Kondensator der vorliegenden Erfindung typischerweise einen ESR von weniger als etwa 1000 Milliohm (mOhm), in einigen Ausführungsformen weniger als etwa 500 Milliohm und in einigen Ausführungsformen weniger als etwa 100 Milliohm auf. Der äquivalente Serienwiderstand eines Kondensators bezieht sich allgemein auf das Ausmaß, in dem der Kondensator beim Aufladen und Entladen in einer elektronischen Schaltung wie ein Widerstand wirkt, und wird gewöhnlich als mit dem Kondensator in Reihe geschalteter Widerstand ausgedrückt. Außerdem kann der resultierende Leckstrom, der sich im Allgemeinen auf den Strom bezieht, der von einem Leiter über einen Isolator zu einem benachbarten Leiter fließt, auf relativ niedrigen Niveaus gehalten werden. Zum Beispiel ist der Zahlenwert des normierten Leckstroms eines Kondensators der vorliegenden Erfindung in einigen Ausführungsformen kleiner als etwa 0,1 μA/μFF·V, in einigen Ausführungsformen kleiner als etwa 0,01 μA/μF·V und in einigen Ausführungsformen kleiner als etwa 0,001 μA/μF·V, wobei ”μA” Mikroampère bedeutet und ”μF·V” das Produkt aus der Kapazität und der Nennspannung ist.
Die vorliegende Erfindung wird anhand der folgenden Beispiele besser verständlich.
Testverfahren
Leckstrom:
Der Leckstrom (”DCL”) wurde mit einem Lecktestsatz gemessen, der den Leckstrom bei einer Temperatur von 25°C und der Nennspannung nach mindestens 60 Sekunden misst. Der Leckstrom wurde auch nach Durchführung eines herkömmlichen bleifreien Reflow-Lötprofils gemessen und nach 30 Minuten Entspannung bei einer Temperatur von 25°C und der Nennspannung gemessen.
Beispiel 1
Eine Tantalanode mit einer Größe von 1,8 mm × 2,4 mm × 1,2 mm wurde bei 16 V in einem flüssigen Elektrolyten auf 150 μF anodisiert. Dann wurde eine leitfähige Polymerbeschichtung gebildet, indem man die Anode 5 Minuten lang in eine Butanollösung von Eisen(III)toluolsulfonat (CLEVIOS^TM C, H. C. Starck) und anschließend 1 Minute lang in 3,4-Ethylendioxythiophen (CLEVIOS^TM M, H. C. Starck) eintauchte. Nach 45 Minuten Polymerisation war eine dünne Schicht von Poly(3,4-ethylendioxythiophen) auf der Oberfläche des Dielektrikums entstanden. Die Teile wurden in Methanol gewaschen, um Nebenprodukte der Reaktion zu entfernen, in einem flüssigen Elektrolyten anodisiert und wiederum in Methanol gewaschen. Der Polymerisationszyklus wurde 12-mal wiederholt. Dann wurden die Teile mit Graphit und Silber beschichtet und zusammengesetzt, indem man die Anode in eine Leiterrahmentasche klebte, den Anodendraht abschnitt und durch Laserschweißen im Leiterrahmenaufsatz befestigte und den Kondensator formte.
Beispiel 2
Eine Tantalanode mit einer Größe von 1,8 mm × 2,4 mm × 1,2 mm wurde bei 16 V in einem flüssigen Elektrolyten auf 150 μF anodisiert. Dann wurde eine leitfähige Polymerbeschichtung gebildet, indem man die Anode 5 Minuten lang in eine Butanollösung von Eisen(III)toluolsulfonat (CLEVIOS^TM C, H. C. Starck) und anschließend 1 Minute lang in 3,4-Ethylendioxythiophen (CLEVIOS^TM M, H. C. Starck) eintauchte. Nach 45 Minuten Polymerisation war eine dünne Schicht von Poly(3,4-ethylendioxythiophen) auf der Oberfläche des Dielektrikums entstanden. Die Teile wurden in Methanol gewaschen, um Nebenprodukte der Reaktion zu entfernen, in einem flüssigen Elektrolyten anodisiert und wiederum in Methanol gewaschen. Der Polymerisationszyklus wurde 12-mal wiederholt. Dann wurden die Teile mit Graphit und Silber beschichtet.
Dann wurden die Teile mit einer mehrschichtigen Schutzbeschichtung beschichtet. Zur Bildung der Lichtreflexionsschicht wurde eine Zusammensetzung von Primalex a. s. (Tschechische Republik) erhalten, die 58,5 Gew.-% Wasser, 38,5 Gew.-% Titandioxid, 0,31 Gew.-% Hydroxyethylcellulose, 1,24 Gew.-% Polyvinylacetat-Dispersion, 0,12 Gew.-% Natriumpolysulfat, 0,87 Gew.-% Polyacrylsäuresalze, 0,3 Gew.-% Stabilisatoren und 0,19 Gew.-% Schaumverhütungsmittel enthielt. Die Teile wurden bis über ihre Schulter in die Zusammensetzung eingetaucht, um die obere Fläche vollständig zu bedecken. Innerhalb von zwei Minuten nach der Auftragung der Reflexionsbeschichtung wurden die Teile dreimal auf das Papier getupft und 30 Minuten lang bei 125°C getrocknet. Zur Bildung der Spannungsabbauschicht wurde eine Zusammensetzung von Thermoset^TM K611-14, die 72 Gew.-% Silber, 10 Gew.-% Acrylharz und 18 Gew.-% Butylacetat enthielt (Viskosität 500 cP bei 25°C und spezifischer Volumenwiderstand 1·10^–4 bei 25°C), von Lord Co. (USA) erhalten. Die Teile wurden in die Zusammensetzung eingetaucht, 60 Minuten lang bei Umgebungstemperatur gehalten und 30 Minuten lang bei 125°C fertiggetrocknet. Dann wurden die Teile zusammengesetzt, indem man die Anode in eine Leiterrahmentasche klebte, den Anodendraht abschnitt und durch Laserschweißen im Leiterrahmenaufsatz befestigte und den Kondensator formte.

Dann wurden die fertigen Kondensatoren der Beispiele 1 und 2 auf die elektrische Eigenschaft des Leckstroms getestet. Außerdem wurden die Messungen des Leckstroms zur Bestimmung der Qualität der elektrischen Eigenschaften nach dem Reflow-Löten wiederholt. Die Medianwerte der Ergebnisse für den Leckstrom (vor und nach dem Formen) sind im Folgenden dargelegt.

	DCL [μA] vor dem Formen	DCL [μA] nach dem Formen und Tempern	Zahl der versagenden Teile nach 1. Reflow (DCL > 180 μA) [ppm]	Zahl der versagenden Teile nach 2. Reflow (DCL > 180 μA) [ppm]
Beispiel 1	2,2	6,8	> 500	> 500
Beispiel 2	2,3	5,5	< 100	< 10

Diese und andere Modifikationen und Variationen der vorliegenden Erfindung können vom Fachmann praktisch umgesetzt werden, ohne vom Wesen und Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Außerdem sollte man sich darüber im Klaren sein, dass Aspekte der verschiedenen Ausführungsformen ganz oder teilweise gegeneinander ausgetauscht werden können. Weiterhin wird der Fachmann anerkennen, dass die obige Beschreibung nur beispielhaften Charakter hat und die Erfindung, die in den beigefügten Ansprüchen näher beschrieben ist, nicht einschränken soll.

1. Festelektrolytkondensatorelement, umfassend: einen Anodenkörper, der eine Ventilmetallzusammensetzung enthält; ein über dem Anodenkörper liegendes Dielektrikum; einen über dem Dielektrikum liegenden festen Elektrolyten; und eine mehrschichtige Schutzbeschichtung, die eine Lichtreflexionsschicht und eine Spannungsabbauschicht umfasst, wobei die Lichtreflexionsschicht über dem festen Elektrolyten liegt und die Spannungsabbauschicht über der Lichtreflexionsschicht liegt, wobei die Lichtreflexionsschicht eine Vielzahl von nichtmetallischen reflektierenden Teilchen enthält und wobei die Spannungsabbauschicht eine Vielzahl von Metallteilchen umfasst.
2. Festelektrolytkondensatorelement gemäß dem obigen Punkt 1, wobei die Teilchen einen Brechungsindex von etwa 1,7 oder mehr haben.
3. Festelektrolytkondensatorelement gemäß dem obigen Punkt 1, wobei die Teilchen anorganische Teilchen umfassen.
4. Festelektrolytkondensatorelement gemäß dem obigen Punkt 3, wobei die anorganischen Teilchen Titandioxid umfassen.
5. Festelektrolytkondensatorelement gemäß dem obigen Punkt 4, wobei es sich bei dem Titandioxid um Rutil-Titandioxid, Anatas-Titandioxid oder ein Gemisch davon handelt.
6. Festelektrolytkondensatorelement gemäß dem obigen Punkt 1, wobei die reflektierenden Teilchen eine mittlere Größe von etwa 0,1 bis etwa 1 μm aufweisen.
7. Festelektrolytkondensatorelement gemäß dem obigen Punkt 1, wobei die reflektierenden Teilchen etwa 80 Gew.-% bis 100 Gew.-% der Lichtreflexionsschicht ausmachen.
8. Festelektrolytkondensatorelement gemäß dem obigen Punkt 1, wobei die Lichtreflexionsschicht eine Dicke von etwa 20 bis etwa 80 μm aufweist.
9. Festelektrolytkondensatorelement gemäß dem obigen Punkt 1, wobei die Spannungsabbauschicht eine Dicke von etwa 1 bis etwa 100 μm aufweist.
10. Festelektrolytkondensatorelement gemäß dem obigen Punkt 1, wobei die Metallteilchen Silber umfassen.
11. Festelektrolytkondensatorelement gemäß dem obigen Punkt 10, wobei die Metallteilchen eine mittlere Größe von etwa 0,1 bis etwa 50 μm aufweisen.
12. Festelektrolytkondensatorelement gemäß dem obigen Punkt 1, das weiterhin eine externe Beschichtung umfasst, die sich zwischen dem festen Elektrolyten und der mehrschichtigen Schutzbeschichtung befindet, wobei die externe Beschichtung eine kohlenstoffhaltige Schicht, die über dem festen Elektrolyten liegt, und eine Metallschicht, die über der kohlenstoffhaltigen Schicht liegt, umfasst.
13. Festelektrolytkondensatorelement gemäß dem obigen Punkt 12, wobei die Metallschicht Silberteilchen umfasst.
14. Festelektrolytkondensatorelement gemäß dem obigen Punkt 1, wobei das Kondensatorelement eine vordere Fläche, eine hintere Fläche und wenigstens eine Seitenfläche, die sich zwischen der vorderen Fläche und der hinteren Fläche erstreckt, umfasst.
15. Festelektrolytkondensatorelement gemäß dem obigen Punkt 14, wobei sich die Schutzbeschichtung auf der Seitenfläche befindet.
16. Festelektrolytkondensatorelement gemäß dem obigen Punkt 15, wobei die Schutzbeschichtung im Wesentlichen die gesamte Seitenfläche bedeckt.
17. Festelektrolytkondensatorelement gemäß dem obigen Punkt 15, wobei die Schutzbeschichtung nur einen Teil der Seitenfläche bedeckt.
18. Festelektrolytkondensatorelement gemäß dem obigen Punkt 14, wobei sich eine zusätzliche Lichtreflexionsschicht auf der vorderen Fläche des Kondensatorelements befindet.
19. Festelektrolytkondensatorelement gemäß dem obigen Punkt 14, wobei sich eine zusätzliche Spannungsabbauschicht auf der hinteren Fläche des Kondensatorelements befindet.
20. Festelektrolytkondensatorelement gemäß dem obigen Punkt 14, wobei ein Anodenanschluss aus der vorderen Fläche des Kondensatorelements herausragt.
21. Festelektrolytkondensatorelement gemäß dem obigen Punkt 20, wobei ein Anoden-Endteil durch Laserschweißen mit dem Anodenanschluss verbunden wird.
22. Festelektrolytkondensatorelement gemäß dem obigen Punkt 1, wobei die Ventilmetallzusammensetzung Tantal, Niob oder ein elektrisch leitfähiges Oxid davon enthält.
23. Festelektrolytkondensatorelement gemäß dem obigen Punkt 1, wobei der feste Elektrolyt ein leitfähiges Polymer enthält.
24. Festelektrolytkondensatorelement gemäß dem obigen Punkt 23, wobei das leitfähige Polymer ein substituiertes Polythiophen ist.
25. Festelektrolytkondensatorelement gemäß dem obigen Punkt 24, wobei es sich bei dem substituierten Polythiophen um Poly(3,4-ethylendioxythiophen) handelt.
26. Festelektrolytkondensatorelement gemäß dem obigen Punkt 23, wobei der feste Elektrolyt aus einer Dispersion von vorpolymerisierten leitfähigen Polymerteilchen gebildet wird.
27. Festelektrolytkondensatorelement gemäß dem obigen Punkt 26, wobei der feste Elektrolyt weiterhin ein Gegenion umfasst.
28. Festelektrolytkondensatorelement gemäß dem obigen Punkt 26, wobei sich die leitfähigen Polymerteilchen in Kontakt mit dem Dielektrikum befinden.
29. Festelektrolytkondensatorelement, umfassend: einen Anodenkörper, der eine Ventilmetallzusammensetzung enthält, wobei die Ventilmetallzusammensetzung Tantal, Niob oder ein elektrisch leitfähiges Oxid davon enthält; ein über dem Anodenkörper liegendes Dielektrikum; einen über dem Dielektrikum liegenden festen Elektrolyten, wobei der feste Elektrolyt ein substituiertes Polythiophen umfasst; und eine Schutzbeschichtung, die eine Lichtreflexionsschicht und eine Spannungsabbauschicht umfasst, wobei die Lichtreflexionsschicht über dem festen Elektrolyten liegt und die Spannungsabbauschicht über der Lichtreflexionsschicht liegt, wobei die Lichtreflexionsschicht eine Vielzahl von Teilchen aus anorganischem Oxid enthält und wobei die Spannungsabbauschicht eine Vielzahl von Metallteilchen umfasst.
30. Festelektrolytkondensatorelement gemäß dem obigen Punkt 29, wobei es sich bei dem substituierten Polythiophen um Poly(3,4-ethylendioxythiophen) handelt.
31. Festelektrolytkondensatorelement gemäß dem obigen Punkt 29, wobei der feste Elektrolyt aus einer Dispersion von vorpolymerisierten Teilchen aus substituiertem Polythiophen gebildet wird.
32. Festelektrolytkondensatorelement gemäß dem obigen Punkt 29, wobei die Teilchen aus anorganischem Oxid Titandioxid umfassen.
33. Festelektrolytkondensatorelement gemäß dem obigen Punkt 29, wobei die Metallteilchen Silberteilchen sind.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

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Zitierte Nicht-Patentliteratur

Brunauer, Emmet und Teller, Journal of American Chemical Society, Band 60, 1938, S. 309 [0017]

Claims

Festelektrolytkondensatorelement, umfassend: einen Anodenkörper, der eine Ventilmetallzusammensetzung enthält; ein über dem Anodenkörper liegendes Dielektrikum; einen über dem Dielektrikum liegenden festen Elektrolyten; und eine mehrschichtige Schutzbeschichtung, die eine Lichtreflexionsschicht und eine Spannungsabbauschicht umfasst, wobei die Lichtreflexionsschicht über dem festen Elektrolyten liegt und die Spannungsabbauschicht über der Lichtreflexionsschicht liegt, wobei die Lichtreflexionsschicht eine Vielzahl von nichtmetallischen reflektierenden Teilchen enthält und wobei die Spannungsabbauschicht eine Vielzahl von Metallteilchen umfasst.
Festelektrolytkondensatorelement gemäß Anspruch 1, wobei die Teilchen einen Brechungsindex von etwa 1,7 oder mehr haben.
Festelektrolytkondensatorelement gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Teilchen anorganische Teilchen umfassen.
Festelektrolytkondensatorelement gemäß Anspruch 3, wobei die anorganischen Teilchen Titandioxid, wie Rutil-Titandioxid, Anatas-Titandioxid oder ein Gemisch davon, umfassen.
Festelektrolytkondensatorelement gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die reflektierenden Teilchen eine mittlere Größe von etwa 0,1 bis etwa 1 μm aufweisen.
Festelektrolytkondensatorelement gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die reflektierenden Teilchen etwa 80 Gew.-% bis 100 Gew.-% der Lichtreflexionsschicht ausmachen.
Festelektrolytkondensatorelement gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Metallteilchen Silber umfassen.
Festelektrolytkondensatorelement gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Metallteilchen eine mittlere Größe von etwa 0,1 bis etwa 50 μm aufweisen.
Festelektrolytkondensatorelement gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, das weiterhin eine externe Beschichtung umfasst, die sich zwischen dem festen Elektrolyten und der mehrschichtigen Schutzbeschichtung befindet, wobei die externe Beschichtung eine kohlenstoffhaltige Schicht, die über dem festen Elektrolyten liegt, und eine Metallschicht, die über der kohlenstoffhaltigen Schicht liegt, umfasst.
Festelektrolytkondensatorelement gemäß Anspruch 9, wobei die Metallschicht Silberteilchen umfasst.
Festelektrolytkondensatorelement gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Kondensatorelement eine vordere Fläche, eine hintere Fläche und wenigstens eine Seitenfläche, die sich zwischen der vorderen Fläche und der hinteren Fläche erstreckt, umfasst, wobei sich die Schutzbeschichtung auf der Seitenfläche befindet.
Festelektrolytkondensatorelement gemäß Anspruch 11, wobei die Schutzbeschichtung im Wesentlichen die gesamte Seitenfläche bedeckt.
Festelektrolytkondensatorelement gemäß Anspruch 11, wobei die Schutzbeschichtung nur einen Teil der Seitenfläche bedeckt.
Festelektrolytkondensatorelement gemäß Anspruch 11, wobei sich eine zusätzliche Lichtreflexionsschicht auf der vorderen Fläche des Kondensatorelements befindet.
Festelektrolytkondensatorelement gemäß Anspruch 11, wobei sich eine zusätzliche Spannungsabbauschicht auf der hinteren Fläche des Kondensatorelements befindet.
Festelektrolytkondensatorelement gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Ventilmetallzusammensetzung Tantal, Niob oder ein elektrisch leitfähiges Oxid davon enthält.
Festelektrolytkondensatorelement gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der feste Elektrolyt ein leitfähiges Polymer, wie Poly(3,4-ethylendioxythiophen), enthält.
Festelektrolytkondensatorelement gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der feste Elektrolyt aus einer Dispersion von vorpolymerisierten leitfähigen Polymerteilchen gebildet wird.
Festelektrolytkondensatorelement gemäß Anspruch 18, wobei sich die leitfähigen Polymerteilchen in Kontakt mit dem Dielektrikum befinden.