DE102013213723A1 - Festelektrolytkondensator mit erhöhter Feucht-zu-Trocken-Kapazität - Google Patents

Festelektrolytkondensator mit erhöhter Feucht-zu-Trocken-Kapazität Download PDF

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Jan Petrzilek
Martin Biler
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Abstract

Ein Kondensator zur Verwendung in Umgebungen mit relativ hoher Spannung wird bereitgestellt. Während der Bildung kann die Anodisierung in einer solchen Weise durchgeführt werden, dass die dielektrische Schicht einen relativ dicken Teil, der eine äußere Fläche der Anode bedeckt, und einen relativ dünnen Teil, der eine innere Fläche der Anode bedeckt, besitzt. Außer der Tatsache, dass eine dielektrische Schicht mit einer differentiellen Dicke verwendet wird, wird auch der feste Elektrolyt aus der Kombination von vorpolymerisierten leitfähigen Polymerteilchen und einem hydroxyfunktionellen nichtionischen Polymer gebildet.

Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • Festelektrolytkondensatoren (z. B. Tantalkondensatoren) werden typischerweise dadurch gebildet, dass man ein Metallpulver (z. B. Tantal) um einen Metallanschlussdraht herum presst, den gepressten Teil sintert, die gesinterte Anode anodisiert und danach einen festen Elektrolyten aufträgt. Aufgrund ihres vorteilhaften niedrigen Äquivalentserienwiderstands (”ESR”) und des ”nichtbrennenden/nichtentzündlichen” Fehlermechanismus werden häufig intrinsisch leitfähige Polymere als fester Elektrolyt eingesetzt. Solche Elektrolyte können durch chemische in-situ-Polymerisation des Monomers in Gegenwart eines Katalysators und eines Dotierungsmittels gebildet werden. Eines der Probleme bei herkömmlichen Kondensatoren, bei denen in-situ-polymerisierte Polymere eingesetzt werden, besteht darin, dass sie bei hohen Spannungen, wie sie während eines schnellen Anschaltens oder als Betriebsstromspitzen auftreten, häufig versagen. In einem Versuch, einige dieser Probleme zu lösen, wurden in bestimmten Anwendungen auch Aufschlämmungen eines vorgefertigten leitfähigen Polymers als alternatives festes Elektrolytmaterial eingesetzt. Mit diesen Kondensatoren wurden in Umgebungen mit hohen Spannungen zwar einige Vorteile erreicht, doch bleiben dennoch Probleme. Ein Problem bei Kondensatoren auf der Basis von Polymeraufschlämmungen besteht zum Beispiel darin, dass sie nur einen relativ geringen Prozentsatz ihrer Feuchtkapazität erreichen können, was bedeutet, dass sie in Gegenwart von Luftfeuchtigkeit einen relativ großen Kapazitätsverlust und/oder -schwankungen aufweisen.
  • Daher besteht zurzeit ein Bedürfnis nach einem Festelektrolytkondensator, der verbesserte Eigenschaften in Hochspannungsumgebungen aufweist.
  • Kurzbeschreibung der Erfindung
  • Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Festelektrolytkondensator offenbart, der eine gesinterte poröse Anode mit einer äußeren Oberfläche und einer inneren Oberfläche umfasst. Eine dielektrische Schicht bedeckt die Anode, wobei ein erster Teil der dielektrischen Schicht die äußere Oberfläche der Anode bedeckt und ein zweiter Teil der dielektrischen Schicht die innere Oberfläche der Anode bedeckt. Der erste Teil hat eine größere Dicke als der zweite Teil. Ein fester Elektrolyt bedeckt die dielektrische Schicht, wobei der feste Elektrolyt eine Vielzahl von vorpolymerisierten leitfähigen Polymerteilchen und ein hydroxyfunktionelles nichtionisches Polymer umfasst.
  • Gemäß einer anderen Ausführungsform wird ein Verfahren zur Bildung eines Festelektrolytkondensators offenbart. Das Verfahren umfasst das Bilden einer dielektrischen Schicht auf einer gesinterten porösen Anode durch ein mehrstufiges Verfahren, das eine erste Stufe, in der die Anode bei einer ersten Formierungsspannung anodisch oxidiert wird, und eine zweite Stufe, in der die Anode bei einer zweiten Formierungsspannung, die größer ist als die erste Formierungsspannung, anodisch oxidiert wird, umfasst. Ein fester Elektrolyt wird über der dielektrischen Schicht gebildet, und zwar durch ein Verfahren, das das Beschichten der dielektrischen Schicht mit einer Dispersion, die eine Vielzahl von vorpolymerisierten leitfähigen Polymerteilchen umfasst, und danach das Auftragen eines hydroxyfunktionellen nichtionischen Polymers umfasst.
  • Weitere Merkmale und Aspekte der vorliegenden Erfindung sind im Folgenden ausführlicher dargelegt.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnung
  • 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 schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Kondensators, der gemäß der vorliegenden Erfindung gebildet werden kann; und
  • 2 eine schematische Darstellung einer dielektrischen Schicht mit einer differentiellen Dicke gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 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 einen Kondensator zur Verwendung in Umgebungen mit relativ hoher Spannung. Die Erfinder haben herausgefunden, dass die Fähigkeit, solche Spannungen zu erreichen, durch eine einzigartige und gezielte Kombination von Merkmalen erreicht werden kann, die sich auf die Bildung der Anode, des Dielektrikums und des festen Elektrolyten beziehen. Zum Beispiel kann die Anodisierung in einer solchen Weise durchgeführt werden, dass die dielektrische Schicht einen relativ dicken Teil, der eine äußere Fläche der Anode bedeckt, und einen relativ dünnen Teil, der eine innere Fläche der Anode bedeckt, besitzt. Ohne uns auf eine bestimmte Theorie festlegen zu wollen, glauben wir, dass eine solche Dickenverteilung dazu beitragen kann, die Anode an solchen äußeren Stellen zu schützen, wo Schwachstellen im Oxid empfindlicher gegenüber bei hohen Spannungen auftretende Stromspitzen sind. Außer der Tatsache, dass eine dielektrische Schicht mit einer differentiellen Dicke verwendet wird, wird auch der feste Elektrolyt aus der Kombination von vorpolymerisierten leitfähigen Polymerteilchen und einem hydroxyfunktionellen nichtionischen Polymer gebildet. Durch die vorpolymerisierten Teilchen kann die Verwendung energiereicher Radikale (z. B. Fe2+ oder Fe3+), die ansonsten insbesondere bei den oben genannten hohen Spannungen zu einem Abbau des Dielektrikums führen können, minimieren. Weiterhin wird angenommen, dass hydroxyfunktionelle nichtionische Polymere den Grad des Kontakts zwischen den Polymerteilchen und der Oberfläche des internen Dielektrikums, das infolge von höheren Formierungsspannungen typischerweise relativ glatt ist, verbessern können. Dadurch werden die Durchschlagspannung und die Feucht-zu-Trocken-Kapazität des resultierenden Kondensators unerwarteterweise erhöht.
  • Als Ergebnis der vorliegenden Erfindung kann der resultierende Kondensator in Hochspannungsanwendungen eingesetzt werden. Der Kondensator kann zum Beispiel eine relativ hohe ”Durchschlagspannung” (Spannung, bei der der Kondensator ausfällt), wie etwa 60 Volt oder mehr, in einigen Ausführungsformen etwa 70 Volt oder mehr und in einigen Ausführungsformen etwa 80 Volt oder mehr, aufweisen. Ebenso kann es auch sein, dass der Kondensator relativ hohe Stromspitzen aushalten kann, was bei Hochspannungsanwendungen ebenfalls üblich ist. Die maximale Stromspitze kann zum Beispiel etwa 100 Ampère oder mehr, in einigen Ausführungsformen etwa 200 Ampère oder mehr und in einigen Ausführungsformen etwa 300 Ampère bis etwa 800 Ampère betragen. Der Kondensator kann auch einen relativ hohen Prozentsatz seiner Feuchtkapazität aufweisen, was ihn dazu befähigt, in Gegenwart von Luftfeuchtigkeit nur einen geringen Kapazitätsverlust und/oder Fluktuation aufzuweisen. Dieses Leistungsmerkmal wird durch die ”prozentuale Feucht-zu-Trocken-Kapazität” quantifiziert, die durch die Gleichung Feucht-zu-Trocken-Kapazität = (Trockenkapazität/Feuchtkapazität) × 100 bestimmt wird.
  • Der Kondensator der vorliegenden Erfindung kann zum Beispiel eine prozentuale Feucht-zu-Trocken-Kapazität von etwa 50% oder mehr aufweisen, in einigen Ausführungsformen etwa 60% oder mehr, in einigen Ausführungsformen etwa 70% oder mehr und in einigen Ausführungsformen etwa 80% bis 100%.
  • Verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun ausführlicher beschrieben.
  • I. Anode
  • Die Anode wird aus einer Ventilmetallzusammensetzung gebildet. Die spezifische Ladung der Zusammensetzung kann variieren, wie etwa 2000 μF·V/g bis etwa 150000 μF·V/g, in einigen Ausführungsformen etwa 3000 μF·V/g bis etwa 70000 μF·V/g oder mehr und in einigen Ausführungsformen etwa 4000 bis etwa 50000 μF·V/g. Wie in der Technik bekannt ist, kann die spezifische Ladung dadurch bestimmt werden, dass man die Kapazität mit der eingesetzten Anodisierungsspannung multipliziert und das Produkt dann durch das Gewicht des anodisierten Elektrodenkörpers dividiert.
  • Die Ventilmetallzusammensetzung enthält im Allgemeinen 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 um NbO0,7, NbO1,0, NbO1,1 und NbO2 handeln. 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.
  • Zur Bildung der Anode wird im Allgemeinen ein Pulver der Ventilmetallzusammensetzung eingesetzt. Das Pulver kann Teilchen mit einer Vielzahl von Formen enthalten, wie sphärolithisch, winklig, flockenförmig usw. sowie Gemische davon. In besonderen Ausführungsformen können die Teilchen insofern eine flockenartige Morphologie haben, als sie eine relativ flache oder plättchenartige Form aufweisen. Solche Teilchen können für einen kurzen Übertragungsweg zwischen der äußeren Oberfläche und dem Innern der Anode sorgen und auch für eine hochgradig kontinuierliche und dichte Draht-Anoden-Verbindung mit hoher Leitfähigkeit sorgen. Unter Anderem kann dies dazu beitragen, die Durchschlagspannung (Spannung, bei der der Kondensator versagt) zu erhöhen und den äquivalenten Serienwiderstand (”ESR”) zu senken. Die Teilchen können auch die spezifische Ladung der Anode erhöhen, wenn sie bei höheren Spannungen anodisiert werden, wodurch die Energiedichte erhöht wird.
  • Wenn Flockenteilchen eingesetzt werden, sind sie im Wesentlichen flach. Der Grad der Flachheit ist im Allgemeinen durch das ”Aspektverhältnis” definiert, d. h. den mittleren Durchmesser oder die mittlere Breite der Teilchen, dividiert durch die mittlere Dicke (”D/T”). Zum Beispiel kann das Aspektverhältnis der Teilchen etwa 2 bis etwa 100, in einigen Ausführungsformen etwa 3 bis etwa 50, in einigen Ausführungsformen etwa 4 bis etwa 30 betragen. Die Teilchen können auch eine spezifische Oberfläche von etwa 0,5 bis etwa 10,0 m2/g, in einigen Ausführungsformen etwa 0,7 bis etwa 5,0 m2/g und in einigen Ausführungsformen etwa 1,0 bis etwa 4,0 m2/g aufweisen. Der Ausdruck "spezifische Oberfläche" bezieht sich allgemein 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. Der Test kann mit einem MONOSORB® Specific Surface Area Analyzer durchgeführt werden, der von der QUANTACHROME Corporation, Syosset, NY, erhältlich ist und die Menge des adsorbierbaren Stickstoffgases, das auf einer festen Oberfläche adsorbiert wird, misst, indem er auf die Änderung der Wärmeleitfähigkeit eines strömenden Gemischs aus Adsorbat und inertem Trägergas (z. B. Helium) reagiert.
  • Die Schüttdichte (auch als Scott-Dichte bekannt) des Pulvers kann etwa 0,1 bis etwa 2 Gramm pro Kubikzentimeter (g/cm3), in einigen Ausführungsformen etwa 0,2 g/cm3 bis etwa 1,5 g/cm3 und in einigen Ausführungsformen etwa 0,4 g/cm3 bis etwa 1 g/cm3 betragen. Die ”Schüttdichte” kann mit Hilfe eines Rieselmesstrichters und eines Dichtebechers bestimmt werden. Insbesondere kann die Flockenprobe durch den Trichter in den Becher gegossen werden, bis die Probe den Becher vollständig füllt und über den Rand des Bechers rieselt, und danach kann die Probe mit einem Spatel abgeplattet werden, ohne zu rütteln, so dass sie mit der Oberseite des Bechers gerade abschließt. Die abgeplattete Probe wird auf eine Waage übergeführt und auf 0,1 Gramm genau gewogen, um den Dichtewert zu bestimmen. Eine solche Apparatur ist von der Alcan Aluminum Corp. in Elizabeth, New Jersey, kommerziell erhältlich. Die Teilchen können auch eine mittlere Größe (z. B. Breite) von etwa 0,1 bis etwa 100 Mikrometer haben, in einigen Ausführungsformen etwa 0,5 bis etwa 70 Mikrometer und in einigen Ausführungsformen etwa 1 bis etwa 50 Mikrometer.
  • Um den Aufbau der Anode zu erleichtern, können auch bestimmte Komponenten in das Pulver mit aufgenommen werden. Zum Beispiel kann das Pulver gegebenenfalls mit einem Bindemittel und/oder Gleitmittel gemischt werden, um zu gewährleisten, dass die Teilchen ausreichend aneinander haften, wenn sie unter Bildung des Anodenkörpers verpresst werden. Zu den geeigneten Bindemitteln gehören 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.), 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; sowie Fettsäuren und Wachse, wie Stearin- und andere Seifenfettsäuren, Pflanzenwachs, Mikrowachse (gereinigte Paraffine) usw. Das Bindemittel kann in einem Lösungsmittel gelöst und dispergiert werden. Beispielhafte Lösungsmittel sind etwa Wasser, Alkohole usw. Wenn sie verwendet werden, kann der Prozentsatz der Bindemittel und/oder Gleitmittel 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 zwingend erforderlich sind.
  • Das resultierende Pulver kann mit Hilfe einer beliebigen herkömmlichen Pulverpressvorrichtung unter Bildung eines Presslings kompaktiert werden. Zum Beispiel kann eine Pressform eingesetzt werden, bei der es sich um eine Einplatz-Kompaktierpresse handelt, die eine Matrize und einen oder mehrere Stempel enthält. Alternativ dazu können auch Kompaktierpressformen des Ambosstyps verwendet werden, die nur eine Matrize und einen einzigen Unterstempel verwenden. Einplatz-Kompaktierpressformen sind in mehreren Grundtypen erhältlich, wie Nocken-, Kniehebel- und Exzenter- oder Kurbelpressen mit unterschiedlichen Fähigkeiten, wie einfach wirkend, doppelt wirkend, Schwebemantelmatrize, bewegliche Werkzeugaufspannplatte, Gegenstempel, Schnecke, Schlag, Heißpressen, Prägen oder Kalibrieren. Das Pulver kann um einen Anodenanschlussdraht herum kompaktiert werden. Der Draht kann aus irgendeinem elektrisch leitfähigen Material, wie Tantal, Niob, Aluminium, Hafnium, Titan usw. sowie elektrisch leitfähigen Oxiden davon und/oder Nitriden davon gebildet werden.
  • Nach dem Kompaktieren kann der resultierende Anodenkörper dann in jede gewünschte Form geschnitten werden, wie quadratisch, rechteckig, kreisförmig, oval, dreieckig, sechseckig, achteckig, siebeneckig, fünfeckig usw. 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 ESR zu minimieren und den Frequenzgang der Kapazität auszudehnen. Der Anodenkörper kann dann einem Schritt des Erhitzens unterzogen werden, bei dem der größte Teil, wenn nicht alles, eines Bindemittels/Gleitmittels, falls vorhanden, entfernt wird. Zum Beispiel wird der Anodenkörper typischerweise in einem Ofen erhitzt, der bei einer Temperatur von etwa 150°C bis etwa 500°C arbeitet. 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.
  • Danach wird der Pressling unter Bildung einer porösen integralen Masse gesintert. Die Temperatur, Atmosphäre und Zeit des Sinterns können von einer Vielzahl von Faktoren abhängen, wie der Art der Anode, der Größe der Anode usw. Typischerweise erfolgt das Sintern bei einer Temperatur von etwa 800°C bis etwa 1900°C, in einigen Ausführungsformen etwa 1000°C bis etwa 1500°C und in einigen Ausführungsformen etwa 1100°C bis etwa 1400°C während einer Zeit von etwa 5 Minuten bis etwa 100 Minuten und in einigen Ausführungsformen etwa 30 Minuten bis etwa 60 Minuten. Falls gewünscht, kann das Sintern in einer Atmosphäre erfolgen, die die Übertragung von Sauerstoffatomen zur Anode einschränkt. Zum Beispiel kann das Sintern in einer reduzierenden Atmosphäre, wie in einem Vakuum, Inertgas, Wasserstoff usw., erfolgen. Die reduzierende Atmosphäre kann einen Druck von etwa 10 Torr bis etwa 2000 Torr, in einigen Ausführungsformen etwa 100 Torr bis etwa 1000 Torr und in einigen Ausführungsformen etwa 100 Torr bis etwa 930 Torr aufweisen. Gemische von Wasserstoff und anderen Gasen (z. B. Argon oder Stickstoff) können ebenfalls eingesetzt werden.
  • Die Anode kann einen relativ niedrigen Kohlenstoff- und Sauerstoffgehalt aufweisen. Zum Beispiel kann es sein, dass die Anode nicht mehr als etwa 50 ppm Kohlenstoff und in einigen Ausführungsformen nicht mehr als etwa 10 ppm Kohlenstoff aufweist. Ebenso kann es sein, dass die Anode nicht mehr als etwa 3500 ppm Sauerstoff, in einigen Ausführungsformen nicht mehr als etwa 3000 ppm Sauerstoff und in einigen Ausführungsformen etwa 500 bis etwa 2500 ppm Sauerstoff aufweist. Der Sauerstoffgehalt kann mit einem LECO Oxygen Analyzer gemessen werden und umfasst Sauerstoff in natürlichem Oxid auf der Tantaloberfläche sowie Volumensauerstoff innerhalb der Tantalteilchen. Der Volumensauerstoffgehalt wird durch den Kristallgitterabstand des Tantals kontrolliert, der mit zunehmendem Sauerstoffgehalt im Tantal linear zunimmt, bis die Löslichkeitsgrenze erreicht ist. Dieses Verfahren wurde in "Critical Oxygen Content in Porous Anodes of Solid Tantalum Capacitors", Pozdeev-Freeman et al., Journal of materials Science: Materials in Electronics 9 (1998), 309–311, beschrieben, wobei Röntgenbeugungsanalyse (XRDA) eingesetzt wurde, um den Kristallgitterabstand des Tantals zu messen. Der Sauerstoff in gesinterten Tantalanoden kann auf dünnes natürliches Oberflächenoxid beschränkt sein, während das Volumen des Tantals praktisch frei von Sauerstoff ist.
  • Wie oben erwähnt, kann auch ein Anodenanschluss, der sich in Längsrichtung erstreckt, 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 (z. B. vor der Kompaktierung und/oder dem Sintern).
  • II. Dielektrikum
  • Die dielektrische Schicht des Kondensators besitzt über die gesamte Anode hinweg insofern eine differentielle Dicke, als sie einen ersten Teil, der die äußere Oberfläche der Anode bedeckt, und einen zweiten Teil, der die innere Oberfläche der Anode bedeckt, besitzt. Wie oben angegeben, wird der erste Teil selektiv so geformt, dass seine Dicke größer ist als die des zweiten Teils. Ohne uns auf eine bestimmte Theorie festlegen zu wollen, glauben wir, dass eine solche Dickenverteilung dazu beitragen kann, die Anode an solchen äußeren Stellen zu schützen, wo Schwachstellen im Oxid empfindlicher gegenüber bei hohen Spannungen auftretende Stromspitzen sind. In 2 ist zum Beispiel eine schematische Darstellung eines Abschnitts eines anodisch oxidierten porösen Anodenkörpers 200 gezeigt. Der oxidierte Körper 200 enthält eine dielektrische Schicht 210, die eine gesinterte Anode 202 mit Poren 209 bedeckt. Die Anode 202 weist einen äußeren Bereich 205, der durch eine äußere Oberfläche 209 definiert ist, und einen inneren Bereich 207, der durch eine innere Oberfläche 211 definiert ist, auf. Eine dielektrische Schicht 210 bedeckt sowohl den äußeren Bereich 205 als auch den inneren Bereich 207 der Anode 200, wobei sich ein erster Teil 220 neben der äußeren Oberfläche 209 befindet und eine erste Dicke ”t1” definiert und sich ein zweiter Teil 230 neben der inneren Oberfläche 211 befindet und eine zweite Dicke ”t2” definiert. Wie angegeben, ist die erste Dicke ”t1” größer als die zweite Dicke ”t2”. Man sollte sich jedoch darüber im Klaren sein, dass die Dicke der dielektrischen Schicht innerhalb des inneren oder des äußeren Bereichs nicht gleichmäßig zu sein braucht. Bestimmte Teile der dielektrischen Schicht neben der äußeren Oberfläche können zum Beispiel tatsächlich dünner sein als bestimmte Teile der Schicht an der inneren Oberfläche und umgekehrt. Dennoch wird die dielektrische Schicht so gebildet, dass wenigstens ein Teil der Schicht auf der äußeren Oberfläche eine größere Dicke aufweist als wenigstens ein Teil der inneren Oberfläche. Obwohl der genaue Unterschied zwischen diesen Dicken je nach der besonderen Anwendung variieren kann, beträgt das Verhältnis der Dicke des ersten Teils zur Dicke des zweiten Teils typischerweise etwa 1,2 bis etwa 40, in einigen Ausführungsformen etwa 1,5 bis etwa 25 und in einigen Ausführungsformen etwa 2 bis etwa 20.
  • Zur Bildung einer dielektrischen Schicht mit einer differentiellen Dicke wird im Allgemeinen ein mehrstufiges Verfahren eingesetzt. In jeder Stufe des Verfahrens wird die gesinterte Anode anodisch oxidiert (”anodisiert”), so dass eine dielektrische Schicht (z. B. Tantalpentoxid) entsteht. Die Anodisierung wird durchgeführt, indem man zunächst einen Elektrolyten auf die Anode aufträgt, etwa durch Eintauchen der Anode in einen Elektrolyten. Der Elektrolyt liegt im Allgemeinen in Form einer Flüssigkeit, wie einer Lösung (z. B. wässrig oder nichtwässrig), Dispersion, Schmelze usw. vor. Im Allgemeinen wird ein Lösungsmittel in dem Elektrolyten eingesetzt, wie Wasser (z. B. deionisiertes Wasser); 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. Das Lösungsmittel kann etwa 50 Gew.-% bis etwa 99,9 Gew.-%, in einigen Ausführungsformen etwa 75 Gew.-% bis etwa 99 Gew.-% und in einigen Ausführungsformen etwa 80 Gew.-% bis etwa 95 Gew.-% des Elektrolyten ausmachen. Obwohl es nicht unbedingt erforderlich ist, ist die Verwendung eines wässrigen Lösungsmittels (z. B. Wasser) häufig wünschenswert, um die Bildung eines Oxids zu erleichtern. Tatsächlich kann Wasser etwa 1 Gew.-% oder mehr, in einigen Ausführungsformen etwa 10 Gew.-% oder mehr, in einigen Ausführungsformen etwa 50 Gew.-% oder mehr, in einigen Ausführungsformen etwa 70 Gew.-% oder mehr und in einigen Ausführungsformen etwa 90 Gew.-% bis 100 Gew.-% des oder der in dem Elektrolyten verwendeten Lösungsmittel ausmachen.
  • Ein Strom wird durch den Elektrolyten geleitet, um das Dielektrikum zu bilden, und der Wert der Spannung bestimmt die Ladung (Stromstärke multipliziert mit der Zeit) und dadurch die Dicke der dielektrischen Schicht. Während der ersten Stufe der Anodisierung wird typischerweise eine relativ geringe Formierungsspannung eingesetzt, um zu gewährleisten, dass die gewünschte Dicke des Dielektrikums für die innere Oberfläche erreicht wird, wie Formierungsspannungen im Bereich von etwa 1 bis etwa 90 Volt, in einigen Ausführungsformen etwa 2 bis etwa 50 Volt und in einigen Ausführungsformen etwa 5 bis etwa 20 Volt. Danach kann der gesinterte Körper dann in einer zweiten Stufe des Verfahrens anodisch oxidiert werden, um die Dicke des Dielektrikums auf den gewünschten Wert zu erhöhen. Dies wird im Allgemeinen dadurch erreicht, dass in einem Elektrolyten bei einer höheren Spannung anodisiert wird, als sie während der ersten Stufe eingesetzt wird, wie Formierungsspannungen im Bereich von etwa 50 bis etwa 350 Volt, in einigen Ausführungsformen etwa 60 bis etwa 300 Volt und in einigen Ausführungsformen etwa 90 bis etwa 200 Volt. Während der ersten und/oder zweiten Stufe kann der Elektrolyt auf einer Temperatur im Bereich von etwa 15°C bis etwa 95°C, in einigen Ausführungsformen etwa 20°C bis etwa 90°C und in einigen Ausführungsformen etwa 25°C bis etwa 85°C, gehalten werden.
  • Die während der ersten und der zweiten Stufe des Anodisierungsverfahrens eingesetzten Elektrolyte können gleich oder verschieden sein. Typischerweise ist es jedoch wünschenswert, verschiedene Lösungen zu verwenden, was besser dazu beiträgt, das Erreichen einer größeren Dicke an den äußeren Teilen der dielektrischen Schicht zu erleichtern. Zum Beispiel kann es wünschenswert sein, dass der in der zweiten Stufe eingesetzte Elektrolyt eine geringere Ionenleitfähigkeit aufweist als der in der ersten Stufe eingesetzte Elektrolyt, um zu verhindern, dass sich an der inneren Oberfläche der Anode eine erhebliche Menge Oxidfilm bildet. In dieser Hinsicht kann der während der ersten Stufe eingesetzte Elektrolyt eine saure Verbindung, wie Chlorwasserstoffsäure, Salpetersäure, Schwefelsäure, Phosphorsäure, Polyphosphorsäure, Borsäure, Boronsäure usw., enthalten. Ein solcher Elektrolyt kann eine elektrische Leitfähigkeit von etwa 0,1 bis etwa 100 mS/cm, in einigen Ausführungsformen etwa 0,2 bis etwa 20 mS/cm und in einigen Ausführungsformen etwa 1 bis etwa 10 mS/cm aufweisen, bestimmt bei einer Temperatur von 25°C. Der während der zweiten Stufe eingesetzte Elektrolyt enthält typischerweise ein Salz einer schwachen Säure, so dass die Konzentration an Hydroniumionen in den Poren als Ergebnis eines Ladungsdurchgangs durch dieselben zunimmt. Ionentransport oder -diffusion erfolgt so, dass sich das Anion der schwachen Säure gemäß der Notwendigkeit, die elektrischen Ladungen auszugleichen, in die Poren bewegt. Als Ergebnis wird die Konzentration der hauptsächlichen leitfähigen Spezies (Hydronium-Ion) bei der Etablierung eines Gleichgewichts zwischen dem Hydroniumion, dem Säureanion und der undissoziierten Säure reduziert, und dadurch entsteht eine schlechter leitfähige Spezies. Die Reduktion der Konzentration der leitfähigen Spezies führt zu einem relativ hohen Spannungsabfall im Elektrolyten, was die weitere Anodisierung im Innern behindert, während auf der Außenseite eine dickere Oxidschicht bis zu einer höheren Formierungsspannung im Bereich der fortgesetzten hohen Leitfähigkeit aufgebaut wird. Zu den geeigneten Salzen schwacher Säuren gehören etwa zum Beispiel Ammonium- oder Alkalimetallsalze (z. B. Natrium, Kalium usw.) von Borsäure, Boronsäure, Essigsäure, Oxalsäure, Milchsäure, Adipinsäure usw. Besonders gut geeignete Salze sind Natriumtetraborat und Ammoniumpentaborat. Solche Elektrolyten weisen typischerweise eine elektrische Leitfähigkeit von etwa 0,1 bis etwa 20 mS/cm, in einigen Ausführungsformen etwa 0,5 bis etwa 10 mS/cm und in einigen Ausführungsformen etwa 1 bis etwa 5 mS/cm auf, bestimmt bei einer Temperatur von 25°C.
  • Falls gewünscht, kann jedes Stadium der Anodisierung durch einen oder mehrere Zyklen wiederholt werden, um die gewünschte Dicke des Dielektrikums zu erreichen. Weiterhin kann die Anode nach dem ersten und/oder dem zweiten Stadium auch mit einem anderen Lösungsmittel (z. B. Wasser) gespült oder gewaschen werden, um den Elektrolyten zu entfernen.
  • III. Fester Elektrolyt
  • Ein fester Elektrolyt bedeckt das Dielektrikum, das im Allgemeinen als Kathode für den Kondensator fungiert. Der feste Elektrolyt enthält ein leitfähiges Polymer, das typischerweise π-konjugiert ist und nach Oxidation oder Reduktion eine elektrische Leitfähigkeit aufweist, wie eine elektrische Leitfähigkeit von wenigstens etwa 1 μS/cm. Beispiele für solche π-konjugierten leitfähigen Polymere sind zum Beispiel Polyheterocyclen (z. B. Polypyrrole, Polythiophene, Polyaniline usw.), Polyacetylene, Poly-p-phenylene, Polyphenolate usw. In einer Ausführungsform ist das Polymer zum Beispiel ein substituiertes Polythiophen, wie solche mit der folgenden allgemeinen Struktur:
    Figure DE102013213723A1_0002
    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:
    Figure DE102013213723A1_0003
  • 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:
    Figure DE102013213723A1_0004
    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:
    Figure DE102013213723A1_0005
    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 CleviosTM M erhältlich. Weitere geeignete Monomere sind auch in 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.
  • A. Vorpolymerisierte Teilchen
  • Unabhängig von der besonderen Art des Polymers umfasst der feste Elektrolyt eine Vielzahl von vorpolymerisierten Teilchen, die in Form einer Dispersion aufgetragen werden. Ein Vorteil des Einsatzes einer Dispersion besteht darin, dass sie die Anwesenheit von ionischen Spezies (z. B. Fe2+ oder Fe3+), die bei der in-situ-Polymerisation entstehen, minimieren kann, was unter hoher elektrischer Feldstärke einen Zusammenbruch des Dielektrikums aufgrund von Ionenwanderung verursachen kann. Indem man also das leitfähige Polymer als Dispersion aufträgt und nicht durch in-situ-Polymerisation bildet, kann der resultierende Kondensator eine relativ hohe ”Durchschlagspannung” aufweisen. Um eine gute Imprägnierung der Anode zu ermöglichen, haben die in der Dispersion eingesetzten Teilchen typischerweise eine geringe Größe, wie eine mittlere Größe (z. B. Durchmesser) von etwa 1 bis etwa 150 Nanometer, in einigen Ausführungsformen etwa 2 bis etwa 50 Nanometer und in einigen Ausführungsformen etwa 5 bis etwa 40 Nanometer. Der Durchmesser der Teilchen kann mit Hilfe bekannter Techniken, wie durch eine Ultrazentrifuge, Laserbeugung usw., bestimmt werden. Die Form der Teilchen kann ebenso variieren. In einer besonderen Ausführungsform sind die Teilchen zum Beispiel kugelförmig. Man sollte sich jedoch darüber im Klaren sein, dass auch andere Formen, wie Platten, Stäbe, Scheiben, Stangen, Rohre, unregelmäßige Formen usw., von der Erfindung in Betracht gezogen werden. 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 werden soll, variieren. Typischerweise jedoch machen die Teilchen 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 aus.
  • Die Dispersion enthält auch im Allgemeinen ein Gegenion, das die Stabilität der Teilchen erhöht. Das heißt, das leitfähige Polymer (z. B. Polythiophen oder ein Derivat davon) weist typischerweise eine Ladung auf der Hauptpolymerkette auf, die neutral oder positiv (kationisch) ist. Polythiophenderivate 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, das der Ladung des leitfähigen Polymers entgegenwirkt. 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 2000000 und in einigen Ausführungsformen etwa 2000 bis etwa 500000.
  • Wenn sie eingesetzt werden, beträgt das Gewichtsverhältnis solcher Gegenionen zu leitfähigen Polymeren in der Dispersion und in der resultierenden Schicht 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 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 und die Fähigkeit, diesen auf den Anodenteil aufzutragen, zu erleichtern. Zu den geeigneten Dispersionsmitteln gehören Lösungsmittel, wie aliphatische Alkohole (z. B. Methanol, Ethanol, i-Propanol 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 und Gemische beliebiger 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 -kolben, 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.
  • Tenside können ebenfalls in der Dispersion eingesetzt werden, wie ionische oder nichtionische Tenside. 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 aufgetragen werden, wie durch Schleuderbeschichtung, Imprägnierung, Gießen, tropfenweise Auftragung, Spritzen, Sprühen, Rakeln, Bürsten oder 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 100000 mPa·s (gemessen bei einer Scherrate von 100 s–1), in einigen Ausführungsformen etwa 1 bis etwa 10000 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. Eine oder mehrere zusätzliche Schichten können ebenfalls in dieser Weise gebildet werden, um die gewünschte Dicke zu erreichen. Typischerweise beträgt die Gesamtdicke der durch die Polymerdispersion gebildeten Schichten etwa 1 bis etwa 50 μm und in einigen Ausführungsformen etwa 5 bis etwa 20 μm. Das Gewichtsverhältnis von Gegenionen zu leitfähigen Polymeren beträgt ebenso 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.
  • B. Hydroxyfunktionelles nichtionisches Polymer
  • Neben den vorpolymerisierten Teilchen enthält der feste Elektrolyt auch ein hydroxyfunktionelles nichtionisches Polymer. Der Ausdruck ”hydroxyfunktionell” bedeutet im Allgemeinen, dass die Verbindung wenigstens eine hydroxyfunktionelle Gruppe enthält oder eine solche funktionelle Gruppe in Gegenwart eines Lösungsmittels besitzen kann. Ohne uns auf eine bestimmte Theorie festlegen zu wollen, glauben wir, dass hydroxyfunktionelle nichtionische Polymere den Grad des Kontakts zwischen den Polymerteilchen und der Oberfläche des internen Dielektrikums, die infolge höherer Formierungsspannungen typischerweise relativ glatt ist, verbessern können. Dadurch werden unerwarteterweise die Durchschlagspannung und die Feucht-zu-Trocken-Kapazität des resultierenden Kondensators erhöht. Weiterhin glauben wir, dass die Verwendung eines hydroxyfunktionellen Polymers mit einem bestimmten Molekulargewicht auch die Wahrscheinlichkeit einer chemischen Zersetzung bei hohen Spannungen minimieren kann. Zum Beispiel kann das Molekulargewicht des hydroxyfunktionellen Polymers etwa 100 bis 10000 Gramm pro Mol, in einigen Ausführungsformen etwa 200 bis 2000, in einigen Ausführungsformen etwa 300 bis etwa 1200 und in einigen Ausführungsformen etwa 400 bis etwa 800 betragen.
  • Zu diesem Zweck können im Allgemeinen eine Vielzahl von hydroxyfunktionellen nichtionischen Polymeren eingesetzt werden. In einer Ausführungsform ist das hydroxyfunktionelle Polymer zum Beispiel ein Polyalkylenether. Polyalkylenether können Polyalkylenglycole (z. B. Polyethylenglycole, Polypropylenglycole, Polytetramethylenglycole, Polyepichlorhydrine usw.), Polyoxetane, Polyphenylenether, Polyetherketone usw. umfassen. Polyalkylenether sind typischerweise vorwiegend lineare, nichtionische Polymere mit terminalen Hydroxygruppen. Besonders gut geeignet sind Polyethylenglycole, Polypropylenglycole und Polytetramethylenglycole (Polytetrahydrofurane), die durch Polyaddition von Ethylenoxid, Propylenoxid oder Tetrahydrofuran an Wasser hergestellt werden.
  • Die Polyalkylenether können durch Polykondensationsreaktionen aus Diolen oder Polyolen hergestellt werden. Die Diolkomponente kann insbesondere aus gesättigten oder ungesättigten, verzweigten oder unverzweigten, aliphatischen Dihydroxyverbindungen, die 5 bis 36 Kohlenstoffatome enthalten, oder aromatischen Dihydroxyverbindungen, wie zum Beispiel Pentan-1,5-diol, Hexan-1,6-diol, Neopentylglycol, Bis(hydroxymethyl)cyclohexanen, Bisphenol A, Dimerdiolen, hydrierten Dimerdiolen oder auch Gemischen der genannten Diole ausgewählt sein. Außerdem können in der Polymerisationsreaktion auch mehrwertige Alkohole, einschließlich zum Beispiel Glycerin, Di- und Polyglycerin, Trimethylolpropan, Pentaerythrit oder Sorbit, verwendet werden.
  • Neben den oben genannten können in der vorliegenden Erfindung auch andere hydroxyfunktionelle nichtionische Polymere eingesetzt werden. Einige Beispiele für solche Polymere sind zum Beispiel ethoxylierte Alkylphenole, ethoxylierte oder propoxylierte C6-C24-Fettalkohole, Polyoxyethylenglycolalkylether mit der allgemeinen Formel CH3-(CH2)10-16-(O-C2H4)1-25-OH (z. B. Octaethylenglycolmonododecylether und Pentaethylenglycolmonododecylether); Polyoxypropylenglycolalkylether mit der allgemeinen Formel CH3-(CH2)10-16-(O-C3H6)1-25-OH; Polyoxyethylenglycoloctylphenolether mit der folgenden allgemeinen Formel: C8H17-(C6H4)-(O-C2H4)1-25-OH (z. B. TritonTM X-100); Polyoxyethylenglycolalkylphenolether mit der folgenden allgemeinen Formel: C9H19-(C6H4)-(O-C2H4)1-25-OH (z. B. Nonoxynol-9); Polyoxyethylenglycolester von C8-C24-Fettsäuren, wie Polyoxyethylenglycolsorbitanalkylester (z. B. Polyoxyethylen(20)sorbitanmonolaurat, Polyoxyethylen(20)sorbitanmonopalmitat, Polyoxyethylen(20)sorbitanmonostearat, Polyoxyethylen(20)sorbitanmonooleat, PEG-20-Methylglucosedistearat, PEG-20-Methylglucosesesquistearat, PEG-80-Ricinusöl und PEG-20-Ricinusöl, PEG-3-Ricinusöl, PEG-600-dioleat und PEG-400-dioleat) und Polyoxyethylenglycerinalkylester (z. B. Polyoxyethylen-23-glycerinlaurat und Polyoxyethylen-20-glycerinstearat); Polyoxyethylenglycolether von C8-C24-Fettsäuren (z. B. Polyoxyethylen-10-cetylether, Polyoxyethylen-10-stearylether, Polyoxyethylen-20-cetylether, Polyoxyethylen-10-oleylether, Polyoxyethylen-20-oleylether, Polyoxyethylen-20-isohexadecylether, Polyoxyethylen-15-tridecylether und Polyoxyethylen-6-tridecylether); Blockcopolymere von Polyethylenglycol und Polypropylenglycol (z. B. Poloxamere) usw. sowie Gemische davon.
  • Das hydroxyfunktionelle nichtionische Polymer kann auf vielerlei verschiedenen Wegen in den festen Elektrolyten eingebaut werden. In bestimmten Ausführungsformen zum Beispiel kann das hydroxyfunktionelle Polymer einfach in beliebige Schichten eingebaut werden, die durch die oben beschriebene Ausgangsdispersion gebildet werden. In solchen Ausführungsformen kann die Konzentration des hydroxyfunktionellen Polymers in der Dispersion etwa 1 Gew.-% bis etwa 50 Gew.-%, in einigen Ausführungsformen etwa 5 Gew.-% bis etwa 40 Gew.-% und in einigen Ausführungsformen etwa 10 Gew.-% bis etwa 30 Gew.-% betragen.
  • In anderen Ausführungsformen jedoch kann das hydroxyfunktionelle Polymer aufgetragen werden, nachdem die erste bzw. die ersten Polymerdispersionen auf den Anodenkörper aufgetragen wurden. In solchen Ausführungsformen kann die zum Auftragen des hydroxyfunktionellen Polymers verwendete Technik variieren. Zum Beispiel kann das Polymer mit Hilfe von verschiedenen Verfahren, wie Tauchen, Eintauchen, Gießen, Tropfen, Spritzen, Sprühen, Ausbreiten, Streichen oder Drucken, zum Beispiel durch Tintenstrahl-, Siebdruck oder Tampondruck, in Form einer flüssigen Lösung aufgetragen werden. In der Lösung können dem Fachmann bekannte Lösungsmittel, wie Wasser, Alkohole oder ein Gemisch davon, eingesetzt werden. Die Konzentration des hydroxyfunktionellen Polymers in einer solchen Lösung liegt typischerweise im Bereich von etwa 5 Gew.-% bis etwa 95 Gew.-%, in einigen Ausführungsformen etwa 10 Gew.-% bis etwa 70 Gew.-% und in einigen Ausführungsformen etwa 15 Gew.-% bis etwa 50 Gew.-% der Lösung. Falls gewünscht, können solche Lösungen im Wesentlichen frei von leitfähigen Polymeren sein. Zum Beispiel können leitfähige Polymere etwa 2 Gew.-% oder weniger, in einigen Ausführungsformen etwa 1 Gew.-% oder weniger und in einigen Ausführungsformen etwa 0,5 Gew.-% oder weniger der Lösung ausmachen.
  • Alternativ dazu kann es jedoch auch wünschenswert sein, ein leitfähiges Polymer in Kombination mit dem hydroxyfunktionellen Polymer einzusetzen. Zum Beispiel kann in bestimmten Ausführungsformen eine zweite Polymerdispersion, die leitfähige Polymerteilchen und ein hydroxyfunktionelles Polymer enthält, auf die Anode aufgetragen werden, nachdem die ersten Schichten, die aus der ersten Polymerdispersion gebildet sind, auf den Anodenkörper aufgetragen wurden. Die leitfähigen Teilchen der zweiten Polymerdispersion sind oben allgemein beschrieben, obwohl sie nicht mit den in der ersten Polymerdispersion eingesetzten identisch sein müssen. Zum Beispiel können in der ersten und der zweiten Polymerdispersion Teilchen unterschiedlicher Größe und/oder chemischer Zusammensetzung eingesetzt werden. Unabhängig davon beträgt die Konzentration des hydroxyfunktionellen Polymers in der zweiten Polymerdispersion typischerweise etwa 1 Gew.-% bis etwa 50 Gew.-%, in einigen Ausführungsformen etwa 5 Gew.-% bis etwa 40 Gew.-% und in einigen Ausführungsformen etwa 10 Gew.-% bis etwa 30 Gew.-%. Ebenso kann es in denjenigen Ausführungsformen, bei denen das hydroxyfunktionelle Polymer in einer zweiten Dispersion eingesetzt wird, auch wünschenswert sein, dass die erste Dispersion im Wesentlichen frei von solchen hydroxyfunktionellen nichtionischen Polymeren ist. Zum Beispiel können hydroxyfunktionelle Polymere etwa 2 Gew.-% oder weniger, in einigen Ausführungsformen etwa 1 Gew.-% oder weniger und in einigen Ausführungsformen etwa 0,5 Gew.-% oder weniger der ersten Polymerdispersion ausmachen. Einmal aufgetragen, kann die von der zweiten Polymerdispersion gebildete Schicht getrocknet und/oder gewaschen werden. Eine oder mehrere zusätzliche Schichten können ebenfalls in dieser Weise gebildet werden, um die gewünschte Dicke zu erreichen. Typischerweise beträgt die Gesamtdicke der von der zweiten Polymerdispersion gebildeten Schichten etwa 0,1 bis etwa 5 μm, in einigen Ausführungsformen etwa 0,1 bis etwa 3 μm und in einigen Ausführungsformen etwa 0,2 bis etwa 1 μm.
  • IV. Externe Polymerbeschichtung
  • Obwohl es nicht erforderlich ist, kann auch eine externe Polymerbeschichtung auf den Anodenkörper aufgetragen werden und den festen Elektrolyten bedecken. Die externe Polymerbeschichtung enthält im Allgemeinen eine oder mehrere Schichten, die aus einer Dispersion von vorpolymerisierten leitfähigen Teilchen gebildet sind, wie es oben ausführlicher beschrieben ist. Die externe Beschichtung kann in der Lage sein, weiter in den Randbereich des Kondensatorkörpers einzudringen, um die Adhäsion auf dem Dielektrikum zu erhöhen, und zu einem mechanisch robusteren Teil führen, das den äquivalenten Serienwiderstand und den Leckstrom reduzieren kann. Da man im Allgemeinen den Grad der Randabdeckung verbessern und nicht das Innere der Anode imprägnieren möchte, sind die in der externen Beschichtung verwendeten Teilchen typischerweise größer als die in der Ausgangsdispersion des festen Elektrolyten eingesetzten. Zum Beispiel beträgt das Verhältnis der mittleren Größe der in der externen Polymerbeschichtung verwendeten Teilchen zur mittleren Größe der in irgendeiner Dispersion des festen Elektrolyten eingesetzten Teilchen typischerweise etwa 1,5 bis etwa 30, in einigen Ausführungsformen etwa 2 bis etwa 20 und in einigen Ausführungsformen etwa 5 bis etwa 15. Zum Beispiel können die in der Dispersion der externen Beschichtung eingesetzten Teilchen eine mittlere Größe von etwa 50 bis etwa 500 Nanometer, in einigen Ausführungsformen etwa 80 bis etwa 250 Nanometer und in einigen Ausführungsformen etwa 100 bis etwa 200 Nanometer aufweisen.
  • Falls gewünscht, kann auch ein Vernetzungsmittel in der externen Polymerbeschichtung eingesetzt werden, um den Grad der Adhäsion an dem festen Elektrolyten zu erhöhen. Typischerweise wird das Vernetzungsmittel vor der Auftragung der in der externen Beschichtung verwendeten Dispersion aufgetragen. Geeignete Vernetzungsmittel sind zum Beispiel in der US-Patentveröffentlichung Nr. 2007/0064376 (Merker et al.) beschrieben und umfassen zum Beispiel Amine (z. B. Diamine, Triamine, Oligomeramine, Polyamine usw.); mehrwertige Metallkationen, wie Salze oder Verbindungen von Mg, Al, Ca, Fe, Cr, Mn, Ba, Ti, Co, Ni, Cu, Ru, Ce oder Zn, Phosphoniumverbindungen, Sulfoniumverbindungen usw. Besonders gut geeignete Beispiele sind zum Beispiel 1,4-Diaminocyclohexan, 1,4-Bis(aminomethyl)cyclohexan, Ethylendiamin, 1,6-Hexandiamin, 1,7-Heptandiamin, 1,8-Octandiamin, 1,9-Nonandiamin, 1,10-Decandiamin, 1,12-Dodecandiamin, N,N-Dimethylethylendiamin, N,N,N',N'-Tetramethylethylendiamin, N,N,N',N'-Tetramethyl-1,4-butandiamin usw. sowie Gemische davon.
  • Das Vernetzungsmittel wird typischerweise aus einer Lösung oder Dispersion aufgetragen, deren pH-Wert 1 bis 10, in einigen Ausführungsformen 2 bis 7 und in einigen Ausführungsformen 3 bis 6 beträgt, bestimmt bei 25°C. Saure Verbindungen können eingesetzt werden, um das Erreichen des gewünschten pH-Werts zu unterstützen. Beispiele für Lösungsmittel oder Dispergiermittel für das Vernetzungsmittel sind Wasser oder organische Lösungsmittel, wie Alkohole, Ketone, Carbonsäureester usw. Das Vernetzungsmittel kann durch irgendein bekanntes Verfahren, wie Schleuderbeschichtung, Imprägnieren, Gießen, tropfenweise Auftragung, Sprühauftragung, Aufdampfen, Sputtern, Sublimation, Rakelbeschichtung, Streichen oder Drucken, zum Beispiel durch Tintenstrahl-, Siebdruck oder Tampondruck, auf den Kondensatorkörper aufgetragen werden. Sobald es aufgetragen ist, kann das Vernetzungsmittel getrocknet werden, bevor die Polymerdispersion aufgetragen wird. Dann kann dieser Vorgang wiederholt werden, bis die gewünschte Dicke erreicht ist. Zum Beispiel kann die Gesamtdicke der gesamten externen Polymerbeschichtung einschließlich des Vernetzungsmittels und der Dispersionsschichten im Bereich von etwa 1 bis etwa 50 μm, in einigen Ausführungsformen etwa 2 bis etwa 40 μm und in einigen Ausführungsformen etwa 5 bis etwa 20 μm liegen.
  • V. Andere Komponenten des Kondensators
  • Falls gewünscht, kann der Kondensator auch andere Schichten enthalten, wie in der Technik bekannt ist. Zum Beispiel kann zwischen dem Dielektrikum und dem festen Elektrolyten gegebenenfalls eine Schutzbeschichtung gebildet werden, wie etwa aus einem relativ isolierenden harzartigen Material (natürlich oder synthetisch). Solche Materialien können einen spezifischen Widerstand von mehr als etwa 10 Ω·cm haben, in einigen Ausführungsformen mehr als etwa 100, in einigen Ausführungsformen mehr als etwa 1000 Ω·cm, in einigen Ausführungsformen mehr als etwa 1 × 105 Ω·cm und in einigen Ausführungsformen mehr als etwa 1 × 1010 Ω·cm. Einige harzartige Materialien, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, sind unter anderem Polyurethan, Polystyrol, Ester von ungesättigten oder gesättigten Fettsäuren (z. B. Glyceride) usw. Zu den geeigneten Estern von Fettsäuren gehören zum Beispiel unter anderem Ester von Laurinsäure, Myristinsäure, Palmitinsäure, Stearinsäure, Eleostearinsäure, Ölsäure, Linolsäure, Linolensäure, Aleuritinsäure, Schellolsäure usw. Diese Ester von Fettsäuren haben sich als besonders nützlich erwiesen, wenn sie in relativ komplexen Kombinationen unter Bildung eines ”trocknenden Öls” verwendet werden, das es dem resultierenden Film ermöglicht, schnell zu einer stabilen Schicht zu polymerisieren. Zu diesen trocknenden Ölen gehören etwa Mono-, Di- und/oder Triglyceride, die ein Glyceringerüst mit einem, zwei bzw. drei Fettacylresten, die verestert sind, aufweisen. Einige geeignete trocknende Öle, die verwendet werden können, sind zum Beispiel unter anderem Olivenöl, Leinöl, Ricinusöl, Tungöl, Sojaöl und Schellack. Diese und andere Schutzbeschichtungsmaterialien sind ausführlicher im US-Patent Nr. 6,674,635 (Fife et al.) beschrieben, auf das hier ausdrücklich für alle Zwecke Bezug genommen wird.
  • Falls gewünscht, kann auch eine Kohlenstoffschicht (z. B. Graphit) bzw. eine Silberschicht auf das Teil aufgetragen werden. Die Silberbeschichtung kann zum Beispiel als lötbarer Leiter, Kontaktschicht und/oder Ladungskollektor für den Kondensator wirken, und die Kohlenstoffbeschichtung kann den Kontakt der Silberbeschichtung mit dem festen Elektrolyten einschränken. Solche Beschichtungen können einen Teil oder den gesamten festen Elektrolyten bedecken.
  • Der Kondensator kann auch mit Endteilen versehen sein, insbesondere wenn er in Oberflächenmontageanwendungen eingesetzt wird. Zum Beispiel kann der Kondensator ein Anoden-Endteil, an das der Anodenanschlussdraht des Kondensatorelements elektrisch angeschlossen wird, und einen Kathoden-Endteil, an das die Kathode des Kondensatorelements elektrisch angeschlossen wird, enthalten. Jedes beliebige leitfähige Material kann eingesetzt werden, um die Endteile zu bilden, wie ein leitfähiges Metall (z. B. Kupfer, Nickel, Silber, Zink, Zinn, Palladium, Blei, Kupfer, Aluminium, Molybdän, Titan, Eisen, Zirconium, Magnesium und Legierungen davon). Zu den besonders gut geeigneten leitfähigen Metallen gehören zum Beispiel Kupfer, Kupferlegierungen (z. B. Kupfer-Zirconium, Kupfer-Magnesium, Kupfer-Zink oder Kupfer-Eisen), Nickel und Nickellegierungen (z. B. Nickel-Eisen). Die Dicke der Endteile ist im Allgemeinen so gewählt, dass die Dicke des Kondensators minimiert wird. Zum Beispiel kann die Dicke der Endteile im Bereich von etwa 0,05 bis etwa 1 Millimeter, in einigen Ausführungsformen etwa 0,05 bis etwa 0,5 Millimeter oder etwa 0,07 bis etwa 0,2 Millimeter liegen. Ein beispielhaftes leitfähiges Material ist eine Metallplatte aus einer Kupfer-Eisen-Legierung, die von Wieland (Deutschland) erhältlich ist. Falls gewünscht, kann die Oberfläche der Endteile, wie in der Technik bekannt ist, mit Nickel, Silber, Gold, Zinn usw. galvanisiert werden, um zu gewährleisten, dass das endgültige Teil auf der Leiterplatte montierbar ist. In einer besonderen Ausführungsform werden beide Flächen der Endteile mit Nickel- bzw. Silber-Schutzschichten versehen, während die Montagefläche auch mit einer Zinnlötschicht versehen wird.
  • 1 zeigt eine Ausführungsform eines Elektrolytkondensators 30, die ein Anoden-Endteil 62 und ein Kathoden-Endteil 72 in elektrischer Verbindung mit einem Kondensatorelement 33 umfasst. Das Kondensatorelement 33 weist eine obere Fläche 37, eine untere Fläche 39, eine vordere Fläche 36 und eine hintere Fläche 38 auf. Das Kathoden-Endteil 72 kann zwar in elektrischem Kontakt mit einer beliebigen Fläche des Kondensatorelements 33 sein, befindet sich aber in der gezeigten Ausführungsform in elektrischem Kontakt mit der unteren Fläche 39 und der hinteren Fläche 38. Insbesondere enthält das Kathoden-Endteil 72 eine erste Komponente 73, die im Wesentlichen senkrecht zu einer zweiten Komponente 74 positioniert ist. Die erste Komponente 73 befindet sich in elektrischem Kontakt und im Wesentlichen parallel zur unteren Fläche 39 des Kondensatorelements 33. Die zweite Komponente 74 befindet sich in elektrischem Kontakt und im Wesentlichen parallel zur hinteren Fläche 38 des Kondensatorelements 33. Obwohl sie als einstückig abgebildet sind, sollte man sich darüber im Klaren sein, dass diese Teile alternativ dazu auch getrennte Stücke sein können, die entweder direkt oder über ein zusätzliches leitfähiges Element (z. B. Metall) miteinander verbunden sind.
  • Das Anoden-Endteil 62 enthält ebenso eine erste Komponente 63, die im Wesentlichen senkrecht zu einer zweiten Komponente 64 positioniert ist. Die erste Komponente 63 befindet sich in elektrischem Kontakt und im Wesentlichen parallel zur unteren Fläche 39 des Kondensatorelements 33. Die zweite Komponente 64 enthält einen Bereich 51, der einen Anodenanschlussdraht 16 trägt. In der gezeigten Ausführungsform besitzt der Bereich 51 eine ”U-Form”, um den Oberflächenkontakt und die mechanische Stabilität des Anschlussdrahts 16 weiter zu erhöhen.
  • Die Endteile können unter Verwendung einer beliebigen, in der Technik bekannten Methode mit dem Kondensatorelement verbunden werden. In einer Ausführungsform zum Beispiel kann ein Leiterrahmen bereitgestellt werden, der das Kathoden-Endteil 72 und das Anoden-Endteil 62 definiert. Um das Elektrolytkondensatorelement 33 an dem Leiterrahmen zu befestigen, kann ein leitfähiger Kleber zunächst auf eine Fläche des Kathoden-Endteils 72 aufgetragen werden. 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. Eine Vielzahl von Techniken kann verwendet werden, um den leitfähigen Kleber auf das Kathoden-Endteil 72 aufzutragen. Aufgrund ihres praktischen und kostensparenden Nutzens können zum Beispiel Drucktechniken eingesetzt werden.
  • Im Allgemeinen kann eine Vielzahl von Methoden eingesetzt werden, um die Endteile an dem Kondensator zu befestigen. In einer Ausführungsform zum Beispiel sind die zweite Komponente 64 des Anoden-Endteils 62 und die zweite Komponente 74 des Kathoden-Endteils 72 zunächst in die in 1 gezeigte Position aufwärts gebogen. Danach wird das Kondensatorelement 33 auf dem Kathoden-Endteil 72 positioniert, so dass seine untere Fläche 39 mit dem Kleber in Kontakt kommt und der Anoden-Anschlussdraht 16 von dem oberen U-förmigen Bereich 51 aufgenommen wird. Falls gewünscht, kann sich ein Isolationsmaterial (nicht gezeigt), wie ein Kunststoffpolster oder -band, zwischen der unteren Fläche 39 des Kondensatorelements 33 und der ersten Komponente 63 des Anoden-Endteils 62 befinden, um das Anoden- und das Kathoden-Endteil elektrisch voneinander zu isolieren.
  • Dann wird der Anodenanschluss 16 mit Hilfe einer in der Technik bekannten Methode, wie mechanisches Schweißen, Laserschweißen, leitfähige Kleber usw., elektrisch mit dem Bereich 51 verbunden. Zum Beispiel kann der Anodenanschluss 16 mit Hilfe eines Lasers an den Anoden-Endteil 62 geschweißt werden. Laser enthalten im Allgemeinen Resonatoren, die ein Lasermedium enthalten, das Photonen durch stimulierte Emission freisetzen kann, und eine Energiequelle, die die Elemente des Lasermediums anregt. Ein Typ von geeignetem Laser ist einer, bei dem das Lasermedium aus einem Aluminium-Yttrium-Granat (YAG) besteht, der mit Neodym (Nd) dotiert ist. Die angeregten Teilchen sind Neodymionen Nd3+. Die Energiequelle kann kontinuierliche Energie zu dem Lasermedium liefern, um einen kontinuierlichen Laserstrahl zu emittieren, oder Energieentladungen, um einen gepulsten Laserstrahl zu emittieren. Nach dem elektrischen Verbinden des Anodenanschlusses 16 mit dem Anoden-Endteil 62 kann der leitfähige Kleber dann gehärtet werden. Zum Beispiel kann eine Heizpresse verwendet werden, um Wärme und Druck anzuwenden und so zu gewährleisten, dass das Elektrolytkondensatorelement 33 durch den Kleber ausreichend stark an den Kathoden-Endteil 72 geklebt wird.
  • Sobald das Kondensatorelement befestigt ist, kann der Leiterrahmen in einem Harzgehäuse eingeschlossen werden, das dann mit Siliciumoxid oder irgendeinem anderen bekannten Einbettungsmaterial gefüllt werden kann. Die Breite und Länge des Gehäuses kann je nach Verwendungszweck variieren. Zu den geeigneten Gehäusen gehören zum Beispiel etwa die Gehäuse ”A”, ”B”, ”C”, ”D”, ”E”, ”F”, ”G”, ”H”, ”J”, ”K”, ”L”, ”M”, ”N”, ”P”, ”R”, ”S”, ”T”, ”V”, ”W”, ”Y”, ”X”, oder ”Z” (AVX Corporation). Unabhängig von der eingesetzten Gehäusegröße wird das Kondensatorelement so eingebettet, dass wenigstens ein Teil des Anoden- und des Kathoden-Endteils zur Montage auf einer Leiterplatte exponiert bleiben. Wie zum Beispiel in 1 gezeigt ist, ist das Kondensatorelement 33 so in einem Gehäuse 28 eingebettet, dass ein Teil des Anoden-Endteils 62 und ein Teil des Kathoden-Endteils 72 exponiert sind.
  • Als Ergebnis der vorliegenden Erfindung kann die Kondensatorbaugruppe ausgezeichnete elektrische Eigenschaften aufweisen, selbst wenn sie Umgebungen mit hoher Temperatur ausgesetzt ist. Zum Beispiel kann die Kondensatorbaugruppe einen äquivalenten Serienwiderstand (”ESR”) von weniger als etwa 100 Milliohm, in einigen Ausführungsformen weniger als etwa 75 Milliohm, in einigen Ausführungsformen etwa 0,01 bis etwa 60 Milliohm und in einigen Ausführungsformen etwa 0,05 bis etwa 50 Milliohm, gemessen bei einer Arbeitsfrequenz von 100 kHz, aufweisen. Außerdem kann der 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 1 μA/μF·V, in einigen Ausführungsformen kleiner als etwa 0,5 μA/μF·V und in einigen Ausführungsformen kleiner als etwa 0,1 μA/μF·V, wobei ”μA” Mikroampère bedeutet und ”μF·V” das Produkt aus der Kapazität und der Nennspannung ist. Dieser ESR und diese normierten Leckstromwerte können selbst nach Alterung, die während einer erheblichen Zeitdauer bei hohen Temperaturen erfolgt, aufrechterhalten werden. Zum Beispiel können die Werte etwa 100 Stunden oder länger, in einigen Ausführungsformen etwa 300 Stunden bis etwa 3000 Stunden und in einigen Ausführungsformen etwa 400 Stunden bis etwa 2500 Stunden (z. B. 500 Stunden, 600 Stunden, 700 Stunden, 800 Stunden, 900 Stunden, 1000 Stunden, 1100 Stunden, 1200 Stunden oder 2000 Stunden) bei Temperaturen im Bereich von etwa 50°C bis etwa 250°C, in einigen Ausführungsformen etwa 70°C bis etwa 225°C und in einigen Ausführungsformen etwa 100°C bis etwa 225°C (z. B. 100°C, 125°C, 150°C, 175°C oder 200°C) aufrechterhalten werden.
  • Der Kondensator kann auch eine hohe Energiedichte aufweisen, der ihn für die Verwendung in Hochpulsanwendungen geeignet macht. Die Energie wird im Allgemeinen gemäß der Gleichung E = 1/2·CV2 bestimmt, wobei C die Kapazität in Farad (F) ist und V die Arbeitsspannung des Kondensators in Volt (V) ist. Die Kapazität kann zum Beispiel mit einem Kapazitätsmesser (z. B. Präzisions-LCZ-Messgerät Keithley 3330 mit Kelvin-Anschlussleitungen, 2 Volt Vorspannung und 1 Volt Signal) bei einer Betriebsfrequenz von 120 Hz und einer Temperatur von 25°C gemessen werden. Zum Beispiel kann der Kondensator eine Dichte der gespeicherten Energie von etwa 2,0 Joule pro Kubikzentimeter (J/cm3) oder mehr, in einigen Ausführungsformen etwa 3,0 J/cm3, in einigen Ausführungsformen etwa 4,0 J/cm3 bis etwa 10,0 J/cm3 und in einigen Ausführungsformen etwa 4,5 bis etwa 8,0 J/cm3 aufweisen. Die Kapazität kann ebenso etwa 1 Millifarad pro Quadratzentimeter (”mF/cm2”) oder mehr, in einigen Ausführungsformen etwa 2 mF/cm2 oder mehr, in einigen Ausführungsformen etwa 5 bis etwa 50 mF/cm2 und in einigen Ausführungsformen etwa 8 bis etwa 20 mF/cm2 betragen.
  • Die vorliegende Erfindung wird anhand der folgenden Beispiele besser verständlich.
  • Testverfahren
  • Äquivalenter Serienwiderstand (ESR)
  • Der äquivalente Serienwiderstand kann mit Hilfe eines Keithley-3330-Precision-LCZ-Meters mit Kelvin-Anschlüssen, 2,2 Volt Vorspannung und einem sinusförmigen Signal mit 0,5 Volt von Spitze zu Spitze gemessen werden. Die Arbeitsfrequenz betrug 100 kHz, und die Temperatur war Raumtemperatur.
  • Trocken- und Feuchtkapazität
  • Die Kapazität wurde mit Hilfe eines Keithley-3330-Precision-LCZ-Meters mit Kelvin-Anschlüssen, 2,2 Volt Vorspannung und einem sinusförmigen Signal mit 0,5 Volt von Spitze zu Spitze gemessen. Die Arbeitsfrequenz betrug 120 Hz, und die Temperatur war Raumtemperatur. Die ”Trockenkapazität” bezieht sich auf die Kapazität des Bauteils nach Auftragung der Festelektrolyt-, Graphit- und Silberschichten, während sich die ”Feuchtkapazität” auf die Kapazität des Bauteils nach Bildung des Dielektrikums bezieht, gemessen in 17% Schwefelsäure und bezogen auf eine 1-mF-Tantalkathode.
  • V/I-Merkmale
  • V/I-Tests wurden bei der Temperatur durchgeführt. Der Test wurde durchgeführt, indem man einen individuellen Kondensator über den 100-Ohm-Widerstand auflud (Aufladungssteigung dU/dt = 100). Die Ausgangsspannung betrug 5 V, und die Endspannung betrug 30 V (die Spannungszunahme betrug 1 V alle 1 min). Die Werte der Spannung und der Stromstärke wurden aufgezeichnet.
  • Beispiel 1
  • Ein Tantalpulver mit 70000 μFV/g wurde verwendet, um Anodenproben zu bilden. Jede Anodenprobe wurde zusammen mit einem Tantaldraht eingebettet, bei 1280°C gesintert und auf eine Dichte von 6,8 g/cm3 gepresst. Die resultierenden Presslinge hatten eine Größe von 1,80 mm × 1,20 mm × 2,40 mm. Die Presslinge wurden bei einer Temperatur von 85°C in Wasser/Phosphorsäure-Elektrolyt mit einer Leitfähigkeit von 8,6 mS bis auf 14,4 V anodisiert, um die dielektrische Schicht zu bilden. Dann wurde eine leitfähige Polymerbeschichtung gebildet, indem man die Anoden in dispergiertes Poly(3,4-ethylendioxythiophen) mit einem Feststoffgehalt von 1,1% und einer Viskosität von 20 mPa·s (CleviosTM K, H. C. Starck) eintauchte. Nach der Beschichtung wurden die Teile 20 Minuten lang bei 125°C getrocknet. Dieser Vorgang wurde zehnmal wiederholt. Danach wurden die Teile in dispergiertes Poly(3,4-ethylendioxythiophen) mit einem Feststoffgehalt von 2% und einer Viskosität von 20 mPa·s (CleviosTM K, H. C. Starck) eingetaucht. Nach der Beschichtung wurden die Teile 20 Minuten lang bei 125°C getrocknet. Dieser Vorgang wurde nicht wiederholt. Danach wurden die Teile in dispergiertes Poly(3,4-ethylendioxythiophen) mit einem Feststoffgehalt von 2% und einer Viskosität von 160 mPa·s (CleviosTM K, H. C. Starck) eingetaucht. Nach der Beschichtung wurden die Teile 20 Minuten lang bei 125°C getrocknet. Dieser Vorgang wurde achtmal wiederholt. Dann wurden die Teile in eine Graphitdispersion eingetaucht und getrocknet. Schließlich wurden die Teile in eine Silberdispersion eingetaucht und getrocknet. Viele Teile (200) von Kondensatoren mit 150 μF/6,3 V wurden auf diese Weise hergestellt.
  • Beispiel 2
  • Ein Tantalpulver mit 70000 μFV/g wurde verwendet, um Anodenproben zu bilden. Jede Anodenprobe wurde zusammen mit einem Tantaldraht eingebettet, bei 1280°C gesintert und auf eine Dichte von 6,8 g/cm3 gepresst. Die resultierenden Presslinge hatten eine Größe von 1,80 mm × 1,20 mm × 2,40 mm. Die Presslinge wurden bei einer Temperatur von 85°C in Wasser/Phosphorsäure-Elektrolyt mit einer Leitfähigkeit von 8,6 mS bis auf 14,4 V anodisiert, um die dielektrische Schicht zu bilden. Die Presslinge wurden wiederum bei einer Temperatur von 30°C 25 Sekunden lang in Wasser/Borsäure/Dinatriumtetraborat mit einer Leitfähigkeit von 2,0 mS bis auf 60 V anodisiert, um auf der Außenseite eine dickere Oxidschichtablagerung zu bilden.
  • Beispiel 3
  • Kondensatoren wurden in der in Beispiel 2 beschriebenen Weise gebildet, außer dass eine andere leitfähige Polymerbeschichtung verwendet wurde. Eine leitfähige Polymerbeschichtung wurde gebildet, indem man die Anoden in dispergiertes Poly(3,4-ethylendioxythiophen) mit einem Feststoffgehalt von 1,1% und einer Viskosität von 20 mPa·s (CleviosTM K, H. C. Starck) eintauchte. Nach der Beschichtung wurden die Teile 20 Minuten lang bei 125°C getrocknet. Dieser Vorgang wurde zehnmal wiederholt. Danach wurden die Teile in dispergiertes Poly(3,4-ethylendioxythiophen) mit einem Feststoffgehalt von 2% und einer Viskosität von 20 mPa·s (CleviosTM K, H. C. Starck) und einem zusätzlichen Feststoffgehalt von 20% von Polyethylenglycol mit einem Molekulargewicht von 600 (Sigma Aldrich®) eingetaucht. Nach der Beschichtung wurden die Teile 20 Minuten lang bei 125°C getrocknet. Dieser Vorgang wurde nicht wiederholt. Danach wurden die Teile in dispergiertes Poly(3,4-ethylendioxythiophen) mit einem Feststoffgehalt von 2% und einer Viskosität von 160 mPa·s (CleviosTM K, H. C. Starck) eingetaucht. Nach der Beschichtung wurden die Teile 20 Minuten lang bei 125°C getrocknet. Dieser Vorgang wurde achtmal wiederholt. Dann wurden die Teile in eine Graphitdispersion eingetaucht und getrocknet. Schließlich wurden die Teile in eine Silberdispersion eingetaucht und getrocknet. Viele Teile (200) von Kondensatoren mit 150 μF/6,3 V wurden auf diese Weise hergestellt.
  • Beispiel 4
  • Kondensatoren wurden in der in Beispiel 2 beschriebenen Weise gebildet, außer dass eine andere leitfähige Polymerbeschichtung verwendet wurde. Eine leitfähige Polymerbeschichtung wurde gebildet, indem man die Anoden in dispergiertes Poly(3,4-ethylendioxythiophen) mit einem Feststoffgehalt von 1,1% und einer Viskosität von 20 mPa·s (CleviosTM K, H. C. Starck) eintauchte. Nach der Beschichtung wurden die Teile 20 Minuten lang bei 125°C getrocknet. Dieser Vorgang wurde zehnmal wiederholt. Danach wurden die Teile in eine wässrige Lösung eingetaucht, die einen Feststoffgehalt von 20% von Polyethylenglycol mit einem Molekulargewicht von 600 (Sigma Aldrich®) aufwies. Nach der Beschichtung wurden die Teile 20 Minuten lang bei 125°C getrocknet. Dieser Vorgang wurde nicht wiederholt. Danach wurden die Teile in dispergiertes Poly(3,4-ethylendioxythiophen) mit einem Feststoffgehalt von 2% und einer Viskosität von 20 mPa·s (CleviosTM K, H. C. Starck) eingetaucht. Nach der Beschichtung wurden die Teile 20 Minuten lang bei 125°C getrocknet. Dieser Vorgang wurde nicht wiederholt. Danach wurden die Teile in dispergiertes Poly(3,4-ethylendioxythiophen) mit einem Feststoffgehalt von 2% und einer Viskosität von 160 mPa·s (CleviosTM K, H. C. Starck) eingetaucht. Nach der Beschichtung wurden die Teile 20 Minuten lang bei 125°C getrocknet. Dieser Vorgang wurde achtmal wiederholt. Dann wurden die Teile in eine Graphitdispersion eingetaucht und getrocknet. Schließlich wurden die Teile in eine Silberdispersion eingetaucht und getrocknet. Viele Teile (200) von Kondensatoren mit 150 μF/6,3 V wurden auf diese Weise hergestellt.
  • Dann wurden die fertigen Kondensatoren der Beispiele 1–4 auf elektrische Eigenschaften vor einem Montagevorgang getestet. Die Medianwerte der Ergebnisse bezüglich Kapazität, Dissipationsfaktor (Df) und ESR sind unten in Tabelle 1 gezeigt. Die Feuchtkapazität betrug in allen Beispielen 145,0 μF. Tabelle 1. Elektrische Eigenschaften
    Kap. [μF] Trocken-/Feucht-Kap. [%] Df ESR [mΩ]
    Beispiel 1 116,33 80,2 7,08 46,8
    Beispiel 2 90,27 62,3 4,90 57,6
    Beispiel 3 110,90 76,5 5,39 54,2
    Beispiel 4 115,63 79,7 5,50 52,4
  • Wie erwähnt, wiesen die muschelförmigen Teile von Beispiel 3 und 4, die auch Polyethylenglycol enthielten, einen höheren Trocken-/Feucht-Kapazitätswert auf als das muschelförmige Teil von Beispiel 2, das kein Polyethylenglycol enthielt.
  • Die fertigen Kondensatoren der Beispiele 1–4 wurden auch auf V/I-Merkmale vor einem Montagevorgang getestet. Die Medianwerte der Ergebnisse bezüglich Stromstärke in Milliampère bei einer gegebenen Spannung sind unten in Tabelle 2 gezeigt. Tabelle 2. V/I-Merkmale
    5 V 10 V 15 V 20 V 25 V 30 V
    Beispiel 1 0,0012 0,0113 0,1202 3,0927 5,9234 5,4772
    Beispiel 2 0,0004 0,0070 0,2003 1,1496 5,7773 3,8219
    Beispiel 3 0,0129 0,0014 0,0128 0,0286 0,1133 0,1805
    Beispiel 4 0,0006 0,0012 0,0029 0,0230 0,1379 0,2868
  • Wie gezeigt, wiesen die Teile mit Polyethylenglycol (Beispiele 3 und 4) die geringste Stromstärke bei 30 V auf.
  • 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.
  • 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.
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    • US 6635729 [0033]
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    • US 6674635 [0053]
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Claims (20)

  1. Festelektrolytkondensator, umfassend: eine gesinterte poröse Anode mit einer äußeren Oberfläche und einer inneren Oberfläche; eine dielektrische Schicht, die die Anode bedeckt, wobei ein erster Teil der dielektrischen Schicht die äußere Oberfläche der Anode bedeckt und ein zweiter Teil der dielektrischen Schicht die innere Oberfläche der Anode bedeckt, wobei der erste Teil eine größere Dicke hat als der zweite Teil; und ein fester Elektrolyt, der die dielektrische Schicht bedeckt, wobei der feste Elektrolyt eine Vielzahl von vorpolymerisierten leitfähigen Polymerteilchen und ein hydroxyfunktionelles nichtionisches Polymer umfasst.
  2. Festelektrolytkondensator gemäß Anspruch 1, wobei die Anode aus einem Tantalpulver mit einer spezifischen Ladung von etwa 2000 bis etwa 150000 μF·V/g gebildet ist.
  3. Festelektrolytkondensator gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Anode etwa 500 bis etwa 2500 ppm Sauerstoff enthält.
  4. Festelektrolytkondensator gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Verhältnis der Dicke des ersten Teils zur Dicke des zweiten Teils etwa 1,2 bis etwa 40 beträgt.
  5. Festelektrolytkondensator gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die vorpolymerisierten Teilchen aus einem substituierten Polythiophen, wie Poly(3,4-ethylendioxythiophen), gebildet sind.
  6. Festelektrolytkondensator gemäß Anspruch 5, wobei die vorpolymerisierten Teilchen ein monomeres oder polymeres Gegenanion, wie Polystyrolsulfonsäure, enthalten.
  7. Festelektrolytkondensator gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die vorpolymerisierten Teilchen eine mittlere Größe von etwa 2 bis etwa 150 Nanometer aufweisen.
  8. Festelektrolytkondensator gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das hydroxyfunktionelle nichtionische Polymer ein Molekulargewicht von etwa 300 bis etwa 1200 Gramm pro Mol aufweist.
  9. Festelektrolytkondensator gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das hydroxyfunktionelle Polymer ein Polyalkylenether, wie ein Polyalkylenglycol, ist.
  10. Festelektrolytkondensator gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das hydroxyfunktionelle Polymer ein ethoxyliertes Alkylphenol, ethoxylierter oder propoxylierter C6-C24-Fettalkohol, Polyoxyethylenglycolalkylether, Polyoxyethylenglycolalkylphenolether, Polyoxyethylenglycolester einer C8-C24-Fettsäure, Polyoxyethylenglycolether einer C8-C24-Fettsäure, Blockcopolymer von Polyethylenglycol und Polypropylenglycol oder eine Kombination davon ist.
  11. Festelektrolytkondensator gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der feste Elektrolyt eine erste Schicht, die die dielektrische Schicht bedeckt, und eine zweite Schicht, die die erste Schicht bedeckt, enthält, wobei die erste Schicht die Vielzahl der vorpolymerisierten Teilchen enthält und die zweite Schicht das hydroxyfunktionelle nichtionische Polymer enthält.
  12. Festelektrolytkondensator gemäß Anspruch 11, wobei die zweite Schicht eine Vielzahl von vorpolymerisierten leitfähigen Polymerteilchen enthält.
  13. Festelektrolytkondensator gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, der weiterhin eine äußere Polymerbeschichtung, die den festen Elektrolyten bedeckt, umfasst, wobei die äußere Polymerbeschichtung eine Vielzahl von vorpolymerisierten leitfähigen Polymerteilchen enthält, wobei die vorpolymerisierten Teilchen der äußeren Polymerbeschichtung eine größere mittlere Größe aufweisen als die vorpolymerisierten Teilchen des festen Elektrolyten.
  14. Festelektrolytkondensator gemäß Anspruch 13, wobei die äußere Polymerbeschichtung eine erste Schicht, die den festen Elektrolyten bedeckt, und eine zweite Schicht, die die erste Schicht bedeckt, enthält, wobei die erste Schicht ein Vernetzungsmittel enthält und die zweite Schicht die vorpolymerisierten leitfähigen Polymerteilchen enthält.
  15. Festelektrolytkondensator gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Kondensator eine Durchschlagspannung von etwa 60 Volt oder mehr und/oder eine Feucht-zu-Trocken-Kapazität von etwa 50% oder mehr und vorzugsweise etwa 70% oder mehr aufweist.
  16. Verfahren zur Bildung des Festelektrolytkondensators gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Bilden einer dielektrischen Schicht auf einer gesinterten porösen Anode durch ein mehrstufiges Verfahren, das eine erste Stufe, in der die Anode bei einer ersten Formierungsspannung anodisch oxidiert wird, und eine zweite Stufe, in der die Anode bei einer zweiten Formierungsspannung, die größer ist als die erste Formierungsspannung, anodisch oxidiert wird, umfasst; und Bilden eines festen Elektrolyten über der dielektrischen Schicht durch ein Verfahren, das das Beschichten der dielektrischen Schicht mit einer Dispersion, die eine Vielzahl von vorpolymerisierten leitfähigen Polymerteilchen umfasst, und danach das Auftragen eines hydroxyfunktionellen nichtionischen Polymers umfasst.
  17. Verfahren gemäß Anspruch 16, wobei die erste Formierungsspannung etwa 1 bis etwa 90 Volt beträgt und die zweite Formierungsspannung etwa 60 bis etwa 300 Volt beträgt.
  18. Verfahren gemäß Anspruch 16, wobei in der ersten Stufe ein Elektrolyt, der eine saure Verbindung enthält, und in der zweiten Stufe ein Elektrolyt, der ein Salz einer schwachen Säure enthält, eingesetzt werden.
  19. Verfahren gemäß Anspruch 16, wobei die hydroxyfunktionelle Verbindung in Form einer zweiten Dispersion, die eine Vielzahl der vorpolymerisierten leitfähigen Polymerteilchen enthält, aufgetragen wird.
  20. Verfahren gemäß Anspruch 16, wobei die hydroxyfunktionelle Verbindung in Form einer Lösung aufgetragen wird.
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