DE102016208802A1

DE102016208802A1 - Festelektrolytkondensatorbaugruppe zur Verwendung in einer feuchten Atmosphäre

Info

Publication number: DE102016208802A1
Application number: DE102016208802.5A
Authority: DE
Inventors: Miloslav Uher; Jan Petrzilek
Original assignee: AVX Corp
Current assignee: Kyocera Avx Components Corp N D Ges Us
Priority date: 2015-05-29
Filing date: 2016-05-20
Publication date: 2016-12-01
Also published as: US20160351336A1; US9672989B2; CN106206021A; CN106206021B; JP2017022367A; JP6870922B2

Abstract

Eine Kondensatorbaugruppe, die gute Eigenschaften unter feuchten Bedingungen aufweisen kann. Die Fähigkeit, unter solchen Bedingungen leistungsfähig zu sein, ist zum Teil auf die Verwendung eines intrinsisch leitfähigen Polymers in dem festen Elektrolyten zurückzuführen, das Repetiereinheiten enthält, die die folgende Formel (I) aufweisen:wobei R = (CH2)a-O-(CH2)b ist; a = 0 bis 10 beträgt; b = 1 bis 18 beträgt; Z– ein Anion ist; und X+ ein Kation ist. Aufgrund seiner einzigartigen Struktur ist das Polymer gegenüber Feuchtigkeit nicht hochgradig empfindlich. Folglich kann die resultierende Kondensatorbaugruppe auch dann ausgezeichnete elektrische Eigenschaften aufweisen, wenn sie hohen Feuchtigkeitswerten ausgesetzt ist.

Description

Hintergrund der Erfindung
Festelektrolytkondensatoren (z. B. Tantalkondensatoren) werden typischerweise dadurch hergestellt, dass man ein Metallpulver (z. B. Tantal) um einen Metallanschlussdraht herum presst, das gepresste 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. Zum Beispiel können solche Elektrolyte durch chemische in-situ-Polymerisation eines 3,4-Dioxythiophen-Monomers (”EDOT”) in Gegenwart eines Katalysators und eines Dotierungsmittels gebildet werden. Zum Beispiel können solche Elektrolyte durch chemische in-situ-Polymerisation eines 3,4-Dioxythiophen-Monomers (”EDOT”) in Gegenwart eines Katalysators und eines Dotierungsmittels gebildet werden. Herkömmliche Kondensatoren, in denen in-situ-polymerisierte Polymere eingesetzt werden, weisen jedoch häufig einen relativ hohen Leckstrom (”DCL”) auf und versagen bei hohen Spannungen, wie sie beim schnellen Einschalten oder bei Betriebsstromspitzen auftreten. In einem Versuch, diese Probleme zu überwinden, werden auch Dispersionen eingesetzt, die aus einem Komplex von Poly(3,4-ethylendioxythiophen) und Polystyrolsulfonsäure (”PEDOT:PSS”) gebildet werden. Während die PEDOT:PSS-Dispersionen zu einigen verbesserten Eigenschaften führen können, oxidiert das Polymer häufig, wenn es feuchten Umgebungen (z. B. 85% relative Feuchtigkeit) ausgesetzt ist, was die thermische Stabilität der Kondensatorbaugruppe senkt.
Daher besteht zurzeit ein Bedürfnis nach einem Kondensator, der eine verbesserte Leistungsfähigkeit in Umgebungen mit hoher Feuchtigkeit aufweist.
Kurzbeschreibung der Erfindung
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Kondensatorbaugruppe offenbart, die mit einer Atmosphäre, die eine relative Feuchtigkeit von etwa 40% oder mehr aufweist, in Kontakt steht. Die Kondensatorbaugruppe umfasst ein Kondensatorelement, das eine Anode, die ein auf einem gesinterten porösen Körper gebildetes Dielektrikum enthält, und einen die Anode bedeckenden festen Elektrolyten umfasst. Der feste Elektrolyt umfasst ein intrinsisch leitfähiges Polymer, das Repetiereinheiten enthält, die die folgende Formel (I) aufweisen:
wobei
R = (CH₂)_a-O-(CH₂)_b ist;
a = 0 bis 10 beträgt;
b = 1 bis 18 beträgt;
Z^– ein Anion ist; und
X⁺ ein Kation ist.
Weitere Merkmale und Aspekte der vorliegenden Erfindung sind im Folgenden ausführlicher dargelegt.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Im Rest der Beschreibung, wo auf die beigefügten Figuren Bezug genommen wird, ist eine an den Fachmann gerichtete vollständige und nacharbeitbare Offenbarung der vorliegenden Erfindung einschließlich ihrer besten Realisierung gezeigt; dabei sind:
1 eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform einer Kondensatorbaugruppe der vorliegenden Erfindung;
2 eine Querschnittsansicht einer anderen Ausführungsform einer Kondensatorbaugruppe der vorliegenden Erfindung;
3 eine Querschnittsansicht noch einer anderen Ausführungsform einer Kondensatorbaugruppe der vorliegenden Erfindung; und
4 eine Draufsicht auf noch eine andere Ausführungsform einer Kondensatorbaugruppe 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 eine Kondensatorbaugruppe, die gute Eigenschaften unter feuchten Bedingungen aufweisen kann. Die Fähigkeit, unter solchen Bedingungen leistungsfähig zu sein, ist zum Teil auf die Verwendung eines intrinsisch leitfähigen Polymers in dem festen Elektrolyten zurückzuführen, das Repetiereinheiten enthält, die die folgende Formel (I) aufweisen:
wobei
R = (CH₂)_a-O-(CH₂)_b ist;
a = 0 bis 10, in einigen Ausführungsformen 0 bis 6 und in einigen Ausführungsformen 1 bis 4 (z. B. 1) beträgt;
b = 1 bis 18, in einigen Ausführungsformen 1 bis 10 und in einigen Ausführungsformen 2 bis 6 (z. B. 3, 4 oder 5) beträgt;
Z^– ein Anion ist, wie SO₃ ^–, C(O)O^–, BF₄ ^–, CF₃SO₃ ^–, SbF₆ ^–, N(SO₂CF₃)₂ ^–, C₄H₃O₄ ^–, ClO₄ ^– usw.;
X⁺ ein Kation ist, wie Wasserstoff, ein Alkalimetall (z. B. Lithium, Natrium, Rubidium, Cäsium oder Kalium), Ammonium usw.
Aufgrund seiner einzigartigen Struktur ist das Polymer gegenüber Feuchtigkeit nicht hochgradig empfindlich. Folglich kann die resultierende Kondensatorbaugruppe auch dann ausgezeichnete elektrische Eigenschaften aufweisen, wenn sie hohen Feuchtigkeitswerten ausgesetzt ist, wie wenn sie mit einer Atmosphäre in Kontakt gebracht wird, die eine relative Feuchtigkeit von etwa 40% oder mehr, in einigen Ausführungsformen etwa 45% oder mehr, in einigen Ausführungsformen etwa 50% oder mehr und in einigen Ausführungsformen etwa 70% oder mehr (z. B. etwa 85% bis 100%) aufweist. Die relative Feuchtigkeit kann zum Beispiel gemäß ASTM E337-02, Methode A (2007), bestimmt werden. Die feuchte Atmosphäre kann Teil der internen Atmosphäre der Kondensatorbaugruppe selbst sein, oder sie kann eine externe Atmosphäre sein, der die Kondensatorbaugruppe während der Lagerung und/oder Verwendung ausgesetzt ist. Der Kondensator kann auch einen relativ niedrigen äquivalenten Serienwiderstand (”ESR”), wie etwa 200 mOhm, in einigen Ausführungsformen weniger als etwa 150 mOhm, in einigen Ausführungsformen etwa 0,01 bis etwa 125 mOhm und in einigen Ausführungsformen etwa 0,1 bis etwa 100 mOhm, gemessen bei einer Arbeitsfrequenz von 100 kHz, aufweisen. Die Kondensatorbaugruppe kann auch einen hohen Prozentsatz ihrer Feuchtkapazität aufweisen, was sie in die Lage versetzt, 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.
Die Kondensatorbaugruppe kann eine prozentuale Feucht-zu-Trocken-Kapazität von etwa 50% oder mehr, in einigen Ausführungsformen etwa 60% oder mehr, in einigen Ausführungsformen etwa 70% oder mehr und in einigen Ausführungsformen etwa 80% bis 100% aufweisen. Die Trockenkapazität kann etwa 30 Nanofarad pro Quadratzentimeter (”nF/cm²”) oder mehr, in einigen Ausführungsformen etwa 100 nF/cm² oder mehr, in einigen Ausführungsformen etwa 200 bis etwa 3000 nF/cm² und in einigen Ausführungsformen etwa 400 bis etwa 2000 nF/cm² betragen, gemessen bei einer Frequenz von 120 Hz. Solche ESR- und Kapazitätswerte können auch während einer erheblichen Zeitdauer und bei hohen Temperaturen aufrechterhalten werden. Zum Beispiel können die Werte etwa 100 Stunden oder mehr, 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 50°C bis 250°C und in einigen Ausführungsformen von 70°C bis 200°C und in einigen Ausführungsformen von 80°C bis etwa 150°C (z. B. 85°C) und auf einem hohen Feuchtigkeitswert aufrechterhalten werden. In einer Ausführungsform zum Beispiel können die Werte 1000 Stunden lang bei einer Temperatur von 85°C aufrechterhalten werden.
Es werden jetzt verschiedene Ausführungsformen der Erfindung ausführlicher beschrieben.
I. Kondensatorelement
A. Anodenkörper
Das Kondensatorelement umfasst eine Anode, die ein auf einem gesinterten porösen Körper gebildetes Dielektrikum enthält. Der poröse Anodenkörper kann aus einem Pulver gebildet sein, das ein Ventilmetall (d. h. ein Metall, das zur Oxidation befähigt ist) oder eine auf einem Ventilmetall basierende Verbindung, wie Tantal, Niob, Aluminium, Hafnium, Titan, Legierungen davon, Oxide davon, Nitride davon usw. enthält. Das Pulver wird typischerweise durch ein Reduktionsverfahren, bei dem ein Tantalsalz (z. B. Kaliumfluorotantalat (K₂TaF₇), Natriumfluorotantalat (Na₂TaF₇), Tantalpentachlorid (TaCl₅) usw.) mit einem Reduktionsmittel umgesetzt wird. Das Reduktionsmittel kann in Form einer Flüssigkeit, eines Gases (z. B. Wasserstoff) oder eines Feststoffs, wie eines Metalls (z. B. Natrium), einer Metalllegierung oder eines Metallsalzes, bereitgestellt werden. In einer Ausführungsform zum Beispiel kann ein Tantalsalz (z. B. TaCl₅) auf eine Temperatur von etwa 900°C bis etwa 2000°C, in einigen Ausführungsformen etwa 1000°C bis etwa 1800°C und in einigen Ausführungsformen etwa 1100°C bis etwa 1600°C erhitzt werden, um einen Dampf zu bilden, der in Gegenwart eines gasförmigen Reduktionsmittels (z. B. Wasserstoff) reduziert werden kann. Zusätzliche Einzelheiten zu einer solchen Reduktionsreaktion können in WO 2014/199480 (Maeshima et al.) beschrieben werden. Nach der Reduktion kann das Produkt abgekühlt, zerkleinert und gewaschen werden, wobei ein Pulver entsteht.
Die spezifische Ladung des Pulvers variiert typischerweise je nach gewünschter Anwendung von etwa 2000 bis etwa 800000 Mikrofarad mal Volt pro Gramm (”μF·V/g”). In bestimmten Ausführungsformen kann zum Beispiel ein Pulver mit hoher Ladung eingesetzt werden, das eine spezifische Ladung von etwa 100000 bis etwa 800000 μF·V/g, in einigen Ausführungsformen etwa 120000 bis etwa 700000 μF·V/g und in einigen Ausführungsformen etwa 150000 bis etwa 600000 μF·V/g aufweist. In anderen Ausführungsformen kann ein Pulver mit geringer Ladung eingesetzt werden, das eine spezifische Ladung von etwa 2000 bis etwa 100000 μF·V/g, in einigen Ausführungsformen etwa 5000 bis etwa 80000 μF·V/g und in einigen Ausführungsformen etwa 10000 bis etwa 70000 μF·V/g aufweist. Wie in der Technik bekannt ist, kann die spezifische Ladung dadurch bestimmt werden, dass man die Kapazität mit der eingesetzten Anodisierungsspannung multipliziert und dann dieses Produkt durch das Gewicht des anodisierten Elektrodenkörpers dividiert.
Das Pulver kann ein rieselfähiges, feinteiliges Pulver sein, das primäre Teilchen enthält. Die primären Teilchen des Pulvers weisen im Allgemeinen eine mediane Größe (D50) von etwa 5 bis etwa 500 Nanometer, in einigen Ausführungsformen etwa 10 bis etwa 400 Nanometer und in einigen Ausführungsformen etwa 20 bis etwa 250 Nanometer auf, bestimmt unter Verwendung eines von der Beckman Coulter Corporation (z. B. LS-230) hergestellten Laser-Teilchengrößenverteilungsanalysegeräts, gegebenenfalls nachdem man die Teilchen 70 Sekunden lang einer Ultraschallschwingung ausgesetzt hat. Die primären Teilchen weisen typischerweise eine dreidimensionale granuläre Form (z. B. sphärolithisch oder winklig) auf. Solche Teilchen weisen typischerweise ein relativ geringes ”Aspektverhältnis” auf, bei dem es sich um den mittleren Durchmesser oder die mittlere Breite der Teilchen, dividiert durch die mittlere Dicke (”D/T”), handelt. Zum Beispiel kann das Aspektverhältnis der Teilchen etwa 4 oder weniger, in einigen Ausführungsformen etwa 3 oder weniger und in einigen Ausführungsformen etwa 1 bis etwa 2 betragen. Neben primären Teilchen kann das Pulver auch andere Typen von Teilchen enthalten, wie sekundäre Teilchen, die durch Aggregation (oder Agglomeration) der primären Teilchen entstehen. Solche sekundären Teilchen können eine mediane Größe (D50) von etwa 1 bis etwa 500 Mikrometer und in einigen Ausführungsformen etwa 10 bis etwa 250 Mikrometer aufweisen.
Die Agglomeration der Teilchen kann durch Erhitzen der Teilchen und/oder durch Verwendung eines Bindemittels erfolgen. Zum Beispiel kann eine Agglomeration bei einer Temperatur von etwa 0°C bis etwa 40°C, in einigen Ausführungsformen etwa 5°C bis etwa 35°C und in einigen Ausführungsformen etwa 15°C bis etwa 30°C erfolgen. Zu den geeigneten Bindemitteln gehören zum Beispiel etwa 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 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 Anodenanschluss herum kompaktiert werden, der in Form eines Drahtes, Blechs usw. vorliegen kann. Der Anschluss kann sich vom Anodenkörper weg in Längsrichtung erstrecken und kann aus irgendeinem elektrisch leitfähigen Material, wie Tantal, Niob, Aluminium, Hafnium, Titan usw. sowie elektrisch leitfähigen Oxiden und/oder Nitriden davon bestehen. Die Verbindung des Anschlusses kann auch mit Hilfe anderer bekannter Techniken erreicht werden, wie durch Schweißen des Anschlusses an den Körper oder durch Einbetten desselben in den Anodenkörper während der Bildung (z. B. vor dem Kompaktieren und/oder Sintern).
Nach dem Pressen kann gegebenenfalls vorhandenes Bindemittel 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 auch entfernt werden, indem 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 zusammenhängenden Masse gesintert. Der Pressling wird typischerweise bei einer Temperatur von etwa 700°C bis etwa 1600°C, in einigen Ausführungsformen etwa 800°C bis etwa 1500°C und in einigen Ausführungsformen etwa 900°C bis etwa 1200°C über einen Zeitraum von etwa 5 Minuten bis etwa 100 Minuten und in einigen Ausführungsformen etwa 8 Minuten bis etwa 15 Minuten gesintert. Dies kann in einem oder mehreren Schritten erfolgen. 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 unter einem 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 stehen. Gemische von Wasserstoff und anderen Gasen (z. B. Argon oder Stickstoff) können ebenfalls eingesetzt werden.
B. Dielektrikum
Die Anode ist auch mit einem Dielektrikum beschichtet. Das Dielektrikum kann dadurch gebildet werden, dass man die gesinterte Anode anodisch oxidiert (”anodisiert”), so dass über und/oder innerhalb der Anode eine dielektrische Schicht gebildet wird. 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 eingesetzt, wie Wasser (z. B. deionisiertes Wasser). Um die Ionenleitfähigkeit zu erhöhen, 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 sind. 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 Anodisierungslösung geleitet, um die dielektrische Schicht zu bilden. Der Wert der Formierungsspannung bewirkt die 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 des Anodenkörpers gebildet wird. Selbstverständlich können auch andere bekannte Verfahren eingesetzt werden, wie potentiostatische Impuls- oder Schrittverfahren. Die Spannung, bei der die anodische Oxidation stattfindet, liegt typischerweise im Bereich von etwa 4 bis etwa 250 V und in einigen Ausführungsformen etwa 5 bis etwa 200 V und in einigen Ausführungsformen etwa 10 bis etwa 150 V. Während der Oxidation kann die Anodisierungslösung 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.
Obwohl es nicht erforderlich ist, kann die dielektrische Schicht in bestimmten Ausführungsformen insofern eine über die gesamte Anode unterschiedliche Dicke besitzen, als sie einen ersten Teil, der eine äußere Oberfläche der Anode bedeckt, und einen zweiten Teil, der eine innere Oberfläche der Anode bedeckt, besitzt. In solchen Ausführungsformen ist der erste Teil selektiv so geformt, dass seine Dicke größer ist als die des zweiten Teils. Man sollte sich jedoch darüber im Klaren sein, dass die Dicke der dielektrischen Schicht nicht innerhalb eines bestimmten Bereichs gleichmäßig zu sein braucht. Bestimmte Teile der dielektrischen Schicht, die an die äußere Oberfläche angrenzen, können zum Beispiel tatsächlich dünner sein als bestimmte Teile der Schicht auf der inneren Oberfläche und umgekehrt. Dennoch kann die dielektrische Schicht auch so gebildet sein, dass wenigstens ein Teil der Schicht auf der äußeren Oberfläche eine größere Dicke hat als wenigstens ein Teil auf der inneren Oberfläche. Obwohl der genaue Unterschied dieser 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 unterschiedlichen Dicke wird im Allgemeinen ein Mehrstufenverfahren eingesetzt. In jeder Stufe des Verfahrens wird die gesinterte Anode unter Bildung einer dielektrischen Schicht (z. B. Tantalpentoxid) anodisch oxidiert (”anodisiert”). Während des ersten Stadiums der Anodisierung wird typischerweise eine relativ kleine Formierungsspannung eingesetzt, um zu gewährleisten, dass die gewünschte Dicke des Dielektrikums für den inneren Bereich 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 einem zweiten Stadium des Verfahrens anodisch oxidiert werden, um die Dicke des Dielektrikums auf das gewünschte Niveau zu erhöhen. Dies wird im Allgemeinen dadurch erreicht, dass in einem Elektrolyten bei einer höheren Spannung anodisiert wird, als sie während des ersten Stadiums eingesetzt wurde, wie bei Formierungsspannungen im Bereich von etwa 50 bis etwa 350 Volt, in einigen Ausführungsformen etwa 60 bis etwa 300 Volt und in einigen Ausführungsformen etwa 70 bis etwa 200 Volt. Während des ersten und/oder zweiten Stadiums 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 des ersten und des zweiten Stadiums des Anodisierungsvorgangs eingesetzten Elektrolyte können gleich oder verschieden sein. Typischerweise ist es jedoch wünschenswert, verschiedene Lösungen einzusetzen, um das Erreichen einer größeren Dicke an den äußeren Teilen der dielektrischen Schicht zu erleichtern. Zum Beispiel kann es wünschenswert sein, dass der im zweiten Stadium eingesetzte Elektrolyt eine geringere Ionenleitfähigkeit hat als der im ersten Stadium eingesetzte Elektrolyt, um zu verhindern, dass sich auf der inneren Oberfläche der Anode eine erhebliche Menge an Oxidschicht bildet. In dieser Hinsicht kann der während des ersten Stadiums 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 des zweiten Stadiums eingesetzte Elektrolyt enthält typischerweise ein Salz einer schwachen Säure, so dass die Hydroniumionenkonzentration in den Poren infolge eines darin erfolgenden Ladungsdurchgangs zunimmt. Ionentransport oder -diffusion finden so statt, 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 Hydronium-Ion, 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.
C. Fester Elektrolyt
Ein fester Elektrolyt bedeckt das Dielektrikum und fungiert im Allgemeinen als Kathode für die Kondensatorbaugruppe. Typischerweise beträgt die Gesamtdicke des festen Elektrolyten etwa 1 bis etwa 50 μm und in einigen Ausführungsformen etwa 5 bis etwa 20 μm. Wie oben erwähnt, enthält der feste Elektrolyt ein intrinsisch leitfähiges Polymer, das Repetiereinheiten der folgenden Formel (I) aufweist:
wobei
R = (CH₂)_a-O-(CH₂)_b ist;
a = 0 bis 10, in einigen Ausführungsformen 0 bis 6 und in einigen Ausführungsformen 1 bis 4 (z. B. 1) beträgt;
b = 1 bis 18, in einigen Ausführungsformen 1 bis 10 und in einigen Ausführungsformen 2 bis 6 (z. B. 2, 3, 4 oder 5) beträgt;
Z^– ein Anion ist, wie SO₃ ^–, C(O)O^–, BF₄ ^–, CF₃SO₃ ^–, SbF₆ ^–, N(SO₂CF₃)₂ ^–, C₄H₃O₄ ^–, ClO₄ ^– usw.;
X⁺ ein Kation ist, wie Wasserstoff, ein Alkalimetall (z. B. Lithium, Natrium, Rubidium, Cäsium oder Kalium), Ammonium usw.
In einer besonderen Ausführungsform ist Z in Formel (I) ein Sulfonat-Ion, so dass das intrinsisch leitfähige Polymer Repetiereinheiten der folgenden Formel (II) enthält:
wobei R und X wie oben definiert sind. In Formel (I) oder (II) beträgt a vorzugsweise 1, und b beträgt vorzugsweise 3 oder 4. Ebenso ist X vorzugsweise Natrium oder Kalium.
Falls gewünscht, kann das Polymer ein Copolymer sein, das auch andere Typen von Repetiereinheiten enthält. In solchen Ausführungsformen machen die Repetiereinheiten der Formel (I) typischerweise etwa 50 Mol-% oder mehr, in einigen Ausführungsformen etwa 75 Mol-% bis etwa 99 Mol-% und in einigen Ausführungsformen etwa 85 Mol-% bis etwa 95 Mol-% der Gesamtmenge der Repetiereinheiten in dem Copolymer aus. Selbstverständlich kann das Polymer auch soweit ein Homopolymer sein, dass es 100 Mol-% der Repetiereinheiten der Formel (I) enthält. Spezielle Beispiele für solche Homopolymere sind Poly(4-(2,3-dihydrothieno[3,4-b][1,4]dioxin-2-ylmethoxy)-1-butansulfonsäuresalz) und Poly(4-(2,3-dihydrothieno[3,4-b][1,4]dioxin-2-ylmethoxy)-1-propansulfonsäuresalz).
Das intrinsisch leitfähige Polymer kann durch eine Vielzahl von Techniken gebildet werden, worüber sich der Fachmann im Klaren wäre. In einer besonderen Ausführungsform kann zum Beispiel ein 3,4-Ethylendioxythiophen-Salz in Gegenwart eines oxidativen Katalysators polymerisiert werden. Derivate dieser Monomere, bei denen es sich zum Beispiel um Dimere oder Trimere der obigen Verbindungen handelt, können ebenfalls eingesetzt werden. Die Derivate können aus gleichen oder verschiedenen Monomereinheiten bestehen und in reiner Form sowie in einem Gemisch miteinander und/oder mit den Monomeren verwendet werden. Oxidierte oder reduzierte Formen dieser Vorläufer können ebenfalls eingesetzt werden. 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. Zu den besonders gut geeigneten Übergangsmetallsalzen gehören Halogenide (z. B. FeCl₃ oder HAuCl₄), Salze von anderen anorganischen Säuren (z. B. Fe(ClO₄)₃, Fe₂(SO₄)₃, (NH₄)₂S₂O₈ oder Na₃Mo₁₂PO₄₀) sowie Salze von organischen Säuren und anorganischen 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. 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. Kamphersulfonsäure) usw. Gemische dieser oben genannten Salze können ebenfalls verwendet werden.
Die oxidative Polymerisation erfolgt im Allgemeinen in Gegenwart von einem oder mehreren Lösungsmitteln. Zu den geeigneten Lösungsmitteln gehören zum Beispiel etwa 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. Die Temperatur, bei der die Reaktion stattfindet, variiert typischerweise von etwa –20°C bis etwa 140°C und in einigen Ausführungsformen von etwa 20°C bis etwa 100°C. Nach Beendigung der Reaktion können bekannte Filtrationstechniken eingesetzt werden, um gegebenenfalls vorhandene Salzverunreinigungen zu entfernen.
Unabhängig davon, wie es gebildet wird, gilt das Polymer insofern als ”intrinsisch” leitfähig, als es eine positive Ladung aufweist, die sich auf der Hauptkette befindet und wenigstens teilweise von Anionen, die kovalent an das Polymer gebunden sind, kompensiert wird. Das Polymer kann zum Beispiel im trockenen Zustand eine relativ hohe spezifische Leitfähigkeit von etwa 1 Siemens pro Zentimeter (”S/cm”) oder mehr, in einigen Ausführungsformen etwa 10 S/cm oder mehr, in einigen Ausführungsformen etwa 20 S/cm oder mehr und in einigen Ausführungsformen etwa 50 bis etwa 500 S/cm aufweisen. Als Ergebnis der intrinsischen Leitfähigkeit erfordert der feste Elektrolyt keine Zugabe von herkömmlichen Dotierungsmitteln, wie Polystyrolsulfonsäure. Tatsächlich kann der feste Elektrolyt im Wesentlichen frei von solchen Dotierungsmitteln sein. Dennoch sollte man sich darüber im Klaren sein, dass in bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung Dotierungsmittel eingesetzt werden können. Wenn sie eingesetzt werden, sind Dotierungsmittel jedoch typischerweise in dem festen Elektrolyten in einer Menge von etwa 5 Gew.-% oder weniger, in einigen Ausführungsformen etwa 2 Gew.-% oder weniger und in einigen Ausführungsformen etwa 1 Gew.-% oder weniger vorhanden.
Das Polymer ist auch im Allgemeinen gut in Wasser löslich, so dass es leichter und effektiver auf die Anode aufgetragen werden kann. Das lösliche Polymer kann auch die kleinen Poren, die von dem Pulver mit der hohen spezifischen Ladung gebildet werden, leichter imprägnieren, so dass der resultierende feste Elektrolyt eine ”filmartige” Konfiguration aufweist und wenigstens einen Teil der Anode im Wesentlichen gleichmäßig beschichtet. Dadurch wird die Qualität des resultierenden Oxids sowie dessen Oberflächenbedeckung verbessert, und dadurch werden auch die elektrischen Eigenschaften der Kondensatorbaugruppe verbessert.
i. Innere Schichten
Der feste Elektrolyt besteht im Allgemeinen aus einer oder mehreren ”inneren” leitfähigen Polymerschichten. Der Ausdruck ”innere” bezieht sich in diesem Zusammenhang auf eine oder mehrere Schichten, die aus demselben Material bestehen und das Dielektrikum bedecken, entweder direkt oder über eine andere Schicht (z. B. Kleberschicht). Die innere Schicht oder die inneren Schichten enthalten zum Beispiel typischerweise ein intrinsisch leitfähiges Polymer, wie es oben beschrieben ist. Die Erfinder haben herausgefunden, dass durch die Verwendung eines solchen Polymers das Kondensatorelement eine bessere Leistungsfähigkeit unter feuchten Bedingungen aufweisen kann. In einer besonderen Ausführungsform sind die inneren Schichten im Allgemeinen frei von extrinsisch leitfähigen Polymeren und bestehen also in erster Linie aus intrinsisch leitfähigen Polymeren. Insbesondere können intrinsisch leitfähige Polymere etwa 50 Gew.-% oder mehr, in einigen Ausführungsformen etwa 70 Gew.-% oder mehr und in einigen Ausführungsformen etwa 90 Gew.-% oder mehr (z. B. 100 Gew.-%) der inneren Schichten ausmachen. Es können eine oder mehrere innere Schichten eingesetzt werden. Zum Beispiel enthält der feste Elektrolyt typischerweise 2 bis 30, in einigen Ausführungsformen 4 bis 20 und in einigen Ausführungsformen etwa 5 bis 15 innere Schichten (z. B. 10 Schichten).
Die innere(n) Schicht(en) kann (können) in Form einer Lösung aufgetragen werden, die ein Lösungsmittel enthält. Die Konzentration des Polymers kann je nach der gewünschten Viskosität der Schicht und je nach der besonderen Art und Weise, wie die Schicht auf die Anode aufgetragen werden soll, variieren. Typischerweise jedoch macht das Polymer 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 Lösung aus. Ebenso können Lösungsmittel etwa 90 Gew.-% bis etwa 99,9 Gew.-%, in einigen Ausführungsformen etwa 95 Gew.-% bis etwa 99,6 Gew.-% und in einigen Ausführungsformen etwa 96 Gew.-% bis etwa 99,5 Gew.-% der Lösung ausmachen. Während gewiss auch andere Lösungsmittel eingesetzt werden können, ist es im Allgemeinen wünschenswert, dass Wasser das primäre Lösungsmittel ist, so dass die Lösung als ”wässrige” Lösung gilt. In den meisten Ausführungsformen zum Beispiel bildet Wasser wenigstens etwa 50 Gew.-%, in einigen Ausführungsformen wenigstens etwa 75 Gew.-% und in einigen Ausführungsformen etwa 90 Gew.-% bis 100 Gew.-% der eingesetzten Lösungsmittel. Wenn eine Lösung eingesetzt wird, kann sie mit Hilfe jeder bekannten Technik auf die Anode aufgetragen werden, wie Tauchen, Gießen (z. B. Vorhangbeschichtung, Schleuderbeschichtung usw.), Drucken (z. B. Tiefdruck, Offsetdruck, Siebdruck usw.) usw. Die resultierende leitfähige Polymerschicht kann, nachdem sie auf die Anode aufgetragen wurde, getrocknet und/oder gewaschen werden.
ii. Äußere Schichten
Der feste Elektrolyt kann nur ”innere Schichten” enthalten, so dass er im Wesentlichen aus demselben Material besteht, d. h. intrinsisch leitfähigen Polymeren. Dennoch kann der feste Elektrolyt in anderen Ausführungsformen auch eine oder mehrere optionale ”äußere” leitfähige Polymerschichten enthalten, die aus einem anderen Material als die inneren Schichten bestehen und die inneren Schichten bedecken. Zum Beispiel können die äußeren Schichten aus einer Dispersion von extrinsisch leitfähigen Polymerteilchen gebildet sein. In einer besonderen Ausführungsform sind die äußeren Schichten insofern primär aus solchen extrinsisch leitfähigen Polymerteilchen gebildet, als diese etwa 50 Gew.-% oder mehr, in einigen Ausführungsformen etwa 70 Gew.-% oder mehr und in einigen Ausführungsformen etwa 90 Gew.-% oder mehr (z. B. 100 Gew.-%) einer jeweiligen äußeren Schicht ausmachen. Es können eine oder mehrere äußere Schichten eingesetzt werden. Zum Beispiel kann der feste Elektrolyt 2 bis 30, in einigen Ausführungsformen 4 bis 20 und in einigen Ausführungsformen etwa 5 bis 15 äußere Schichten enthalten, von denen jede gegebenenfalls aus einer Dispersion der extrinsisch leitfähigen Polymerteilchen gebildet sein kann.
Falls eines eingesetzt wird, kann das extrinsisch leitfähige Polymerteilchen zum Beispiel Repetiereinheiten der folgenden Formel (III) haben:
wobei
R₇ Folgendes ist: ein linearer oder verzweigter 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 C₅- bis C₁₂-Cycloalkylrest (z. B. Cyclopentyl, Cyclohexyl, Cycloheptyl, Cyclooctyl, Cyclononyl, Cyclodecyl usw.); ein C₆- bis C₁₄-Arylrest (z. B. Phenyl, Naphthyl usw.); ein 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 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. In einer besonderen Ausführungsform ist ”q” = 0, und das Polymer ist Poly(3,4-ethylendioxythiophen). Ein kommerziell geeignetes Beispiel für ein Monomer, das für die Bildung eines solchen Polymers geeignet ist, ist 3,4-Ethylendioxythiophen, das von Heraeus unter der Bezeichnung Clevios^TM M erhältlich ist.
Die Polymere der Formel (III) gelten im Allgemeinen insofern als ”extrinsisch” leitfähig, als sie die Anwesenheit eines getrennten Gegenions erfordern, das nicht kovalent an das Polymer gebunden ist. Das Gegenion kann ein monomeres oder polymeres Anion sein, das die Ladung des leitfähigen Polymers neutralisiert. 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.
Die extrinsisch leitfähigen Teilchen haben typischerweise 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 mittels Ultrazentrifuge, Laserbeugung usw., bestimmt werden. Die Form der Teilchen kann ebenfalls variieren. In einer besonderen Ausführungsform haben die Teilchen zum Beispiel eine sphärische Form. Man sollte sich jedoch darüber im Klaren sein, dass in der vorliegenden Erfindung auch andere Formen in Betracht gezogen werden, wie Platten, Stäbe, Scheiben, Blöcke, Röhrchen, unregelmäßige Formen usw. Die Konzentration der Teilchen in der Dispersion kann je nach der gewünschten Viskosität der Dispersion und der besonderen Art und Weise, wie die Dispersion auf das Kondensatorelement 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 kann 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 Auftragbarkeit der Schicht auf die Anode zu erleichtern. 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 -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.
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 Dispersion kann mit Hilfe einer Vielzahl von bekannten Techniken auf den Teil aufgetragen werden, wie durch Schleuderbeschichtung, Imprägnierung, Gießen, tropfenweise Auftragung, Spritzen, Sprühen, Rakeln, Bürsten oder Drucken (z. B. Tintenstrahl-, Sieb- oder Blockdruck), oder Tauchen. Die Viskosität der Dispersion beträgt 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.
Falls gewünscht, kann in den äußeren Schichten des festen Elektrolyten auch ein hydroxyfunktionelles nichtionisches Polymer eingesetzt werden. 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 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 die äußeren Schichten eingebaut werden. In bestimmten Ausführungsformen zum Beispiel kann das nichtionische Polymer einfach in die Dispersion der extrinsisch leitfähigen Polymere eingearbeitet werden. In solchen Ausführungsformen kann die Konzentration des nichtionischen Polymers in der Schicht 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 nichtionische Polymer aufgetragen werden, nachdem die erste bzw. die ersten äußeren Schichten gebildet sind. In solchen Ausführungsformen kann die zum Auftragen des nichtionischen Polymers verwendete Technik variieren. Zum Beispiel kann das nichtionische 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 nichtionischen 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.
D. Externe Polymerbeschichtung
Obwohl es nicht erforderlich ist, kann eine externe Polymerbeschichtung auf die den festen Elektrolyten bedeckende Anode aufgetragen werden. Die externe Polymerbeschichtung enthält im Allgemeinen eine oder mehrere Schichten, die aus einer Dispersion von extrinsisch leitfähigen Polymerteilchen gebildet sind, wie es oben beschrieben ist. Die externe Beschichtung kann in der Lage sein, weiter in den Randbereich des Kondensatorkörpers einzudringen, um die Haftung am Dielektrikum zu erhöhen, und zu einem mechanisch robusteren Teil führen, was den äquivalenten Serienwiderstand und den Leckstrom reduzieren kann. Da man im Allgemeinen den Grad der Randabdeckung verbessern und nicht das Innere des Anodenkörpers imprägnieren möchte, sind die in der externen Beschichtung verwendeten Teilchen typischerweise größer als die in irgendwelchen optionalen Dispersionen 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 Haftung am festen Elektrolyten zu verstärken. 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.
E. Andere Komponenten
Falls gewünscht, kann das Kondensatorelement 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.
II. Endteile
Sobald es gebildet ist, kann das Kondensatorelement auch mit Endteilen versehen sein, insbesondere wenn es in Oberflächenmontageanwendungen eingesetzt wird. Zum Beispiel kann die Kondensatorbaugruppe 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.
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 und das Anoden-Endteil definiert. Um das Elektrolytkondensatorelement an dem Leiterrahmen zu befestigen, kann ein leitfähiger Kleber zunächst auf eine Fläche des Kathoden-Endteils 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. Aufgrund ihres praktischen und kostensparenden Nutzens können zum Beispiel Drucktechniken eingesetzt werden. Der Anodenanschluss kann auch mit Hilfe irgendeiner in der Technik bekannten Methode, wie mechanisches Schweißen, Laserschweißen, leitfähige Kleber usw., elektrisch mit dem Anoden-Endteil verbunden werden. Nach dem elektrischen Verbinden des Anodenanschlusses mit dem Anoden-Endteil kann der leitfähige Kleber dann gehärtet werden, um zu gewährleisten, dass das Elektrolytkondensatorelement ausreichend stark an den Kathoden-Endteil geklebt wird.
III. Gehäuse
Aufgrund der Fähigkeit der Kondensatorbaugruppe, gute elektrische Eigenschaften in feuchten Umgebungen aufzuweisen, ist es nicht notwendig, dass das Kondensatorelement in einem Gehäuse hermetisch versiegelt ist. Dennoch kann es in bestimmten Ausführungsformen wünschenswert sein, das Kondensatorelement in einem Gehäuse hermetisch zu versiegeln. In einer Ausführungsform zum Beispiel kann das Kondensatorelement in Gegenwart einer Gasatmosphäre, die ein Inertgas enthält, das die Menge an dem festen Elektrolyten des Kondensatorelements zugeführter Feuchtigkeit begrenzen kann, in einem Gehäuse hermetisch versiegelt sein.
Das Kondensatorelement kann in unterschiedlicher Art und Weise in einem Gehäuse versiegelt sein. In bestimmten Ausführungsformen zum Beispiel kann das Kondensatorelement in einer Hülle eingeschlossen sein, die dann mit einem harzartigen Material, wie einem duroplastischen Harz (z. B. Epoxidharz), gefüllt werden kann, das dann unter Bildung eines gehärteten Gehäuses ausgehärtet werden kann. Beispiele für solche Harze sind zum Beispiel Epoxidharze, Polyimidharze, Melaminharze, Harnstoff-Formaldehyd-Harze, Polyurethanharze, Phenolharze, Polyesterharze usw. Epoxidharze sind auch besonders gut geeignet. Es können auch noch andere Additive eingesetzt werden, wie Photoinitiatoren, Viskositätsmodifikatoren, Suspendier-Hilfsmittel, Pigmente, spannungsreduzierende Mittel, nichtleitende Füllstoffe, Stabilisatoren usw. Zum Beispiel können die nichtleitenden Füllstoffe anorganische Oxidteilchen, wie Siliciumoxid, Aluminiumoxid, Zirconiumoxid, Magnesiumoxid, Eisenoxid, Kupferoxid, Zeolithe, Silicate, Tone (z. B. Smektit-Ton) usw., sowie Verbundmaterialien (z. B. mit Aluminiumoxid beschichtete Siliciumoxidteilchen) und Gemische davon umfassen. Unabhängig davon kann das harzartige Material das Kondensatorelement so umgeben und einkapseln, dass wenigstens ein Teil des Anoden- und des Kathoden-Endteils zur Montage auf einer Leiterplatte exponiert sind. Wenn sie in dieser Weise eingekapselt sind, bilden das Kondensatorelement und das harzartige Material eine integrale Kondensatorbaugruppe.
Selbstverständlich kann es in alternativen Ausführungsformen auch wünschenswert sein, das Kondensatorelement innerhalb eines Gehäuses einzuschließen, das separat und eigenständig bleibt. Auf diese Weise kann die Atmosphäre des Gehäuses einen gewissen Grad an Feuchtigkeit besitzen, so dass sie als feuchte Atmosphäre angesehen wird. Zum Beispiel kann die relative Feuchtigkeit der Atmosphäre etwa 40% oder mehr, in einigen Ausführungsformen etwa 45% oder mehr und in einigen Ausführungsformen etwa 50% bis etwa 95% (z. B. etwa 50%) betragen. In alternativen Ausführungsformen kann die Atmosphäre jedoch auch relativ trocken sein, so dass sie eine relative Feuchtigkeit von weniger als etwa 40%, in einigen Ausführungsformen etwa 30% oder weniger, in einigen Ausführungsformen etwa 10% oder weniger und in einigen Ausführungsformen etwa 0,001 bis etwa 5% aufweist. Zum Beispiel kann die Atmosphäre gasförmig sein und wenigstens ein Inertgas enthalten, wie Stickstoff, Helium, Argon, Xenon, Neon, Krypton, Radon usw. sowie Gemische davon. Typischerweise bilden Inertgase den größten Teil der Atmosphäre innerhalb des Gehäuses, wie etwa 50 Gew.-% bis 100 Gew.-%, in einigen Ausführungsformen etwa 75 Gew.-% bis 100 Gew.-% und in einigen Ausführungsformen etwa 90 Gew.-% bis etwa 99 Gew.-% der Atmosphäre. Falls gewünscht, kann auch eine relativ kleine Menge an Nichtinertgasen eingesetzt werden, wie Kohlendioxid, Sauerstoff, Wasserdampf usw. In solchen Fällen bilden die Nichtinertgase jedoch typischerweise 15 Gew.-% oder weniger, in einigen Ausführungsformen 10 Gew.-% oder weniger, in einigen Ausführungsformen etwa 5 Gew.-% oder weniger, in einigen Ausführungsformen etwa 1 Gew.-% oder weniger und in einigen Ausführungsformen etwa 0,01 Gew.-% bis etwa 1 Gew.-% der Atmosphäre innerhalb des Gehäuses.
Zur Bildung des Gehäuses kann eine Vielzahl von Materialien verwendet werden, wie Metalle, Kunststoffe, Keramik usw. In einer Ausführungsform umfasst das Gehäuse zum Beispiel eine oder mehrere Schichten aus einem Metall, wie Tantal, Niob, Aluminium, Nickel, Hafnium, Titan, Kupfer, Silber, Stahl (z. B. Edelstahl), Legierungen davon (z. B. elektrisch leitfähige Oxide), Verbundstoffe davon (z. B. mit elektrisch leitfähigem Oxid beschichtetes Metall) usw. In einer anderen Ausführungsform kann das Gehäuse eine oder mehrere Schichten aus einem keramischen Material, wie Aluminiumnitrid, Aluminiumoxid, Siliciumoxid, Magnesiumoxid, Calciumoxid, Glas usw. sowie Kombinationen davon, umfassen.
Das Gehäuse kann jede beliebige Form haben, wie zylindrisch, D-förmig, rechteckig, dreieckig, prismatisch usw. In 1 ist zum Beispiel eine Ausführungsform einer Kondensatorbaugruppe 100 gezeigt, die ein Gehäuse 122 und ein Kondensatorelement 120 enthält. In dieser besonderen Ausführungsform ist das Gehäuse 122 im Wesentlichen rechteckig. Typischerweise haben das Gehäuse und das Kondensatorelement dieselbe oder eine ähnliche Form, so dass das Kondensatorelement leicht im Innenraum untergebracht werden kann. In der gezeigten Ausführungsform zum Beispiel haben sowohl das Kondensatorelement 120 als auch das Gehäuse 122 eine im Wesentlichen rechteckige Form.
Falls gewünscht, kann die Kondensatorbaugruppe der vorliegenden Erfindung eine relativ hohe volumetrische Effizienz aufweisen. Um diese hohe Effizienz zu erleichtern, nimmt das Kondensatorelement typischerweise einen wesentlichen Teil des Volumens des Innenraums des Gehäuses ein. Zum Beispiel kann das Kondensatorelement etwa 30 Vol.-% oder mehr, in einigen Ausführungsformen etwa 50 Vol.-% oder mehr, in einigen Ausführungsformen etwa 60 Vol.-% oder mehr, in einigen Ausführungsformen etwa 70 Vol.-% oder mehr, in einigen Ausführungsformen etwa 80 Vol.-% bis etwa 98 Vol.-% und in einigen Ausführungsformen etwa 85 Vol.-% bis 97 Vol.-% des Innenraums des Gehäuses einnehmen. Zu diesem Zweck ist die Differenz zwischen den Abmessungen des Kondensatorelements und denjenigen des durch das Gehäuse definierten Innenraums typischerweise relativ gering.
Wenn wir uns zum Beispiel auf 1 beziehen, so kann das Kondensatorelement 120 eine Länge haben (ausschließlich der Länge des Anodenanschlusses 6), die relativ ähnlich der Länge eines durch das Gehäuse 122 definierten Innenraums 126 ist. Zum Beispiel liegt das Verhältnis der Länge der Anode zur Länge des Innenraums im Bereich von etwa 0,40 bis 1,00, in einigen Ausführungsformen etwa 0,50 bis etwa 0,99, in einigen Ausführungsformen etwa 0,60 bis etwa 0,99 und in einigen Ausführungsformen etwa 0,70 bis etwa 0,98. Das Kondensatorelement 120 kann eine Länge von etwa 5 bis etwa 10 Millimetern aufweisen, und der Innenraum 126 kann eine Länge von etwa 6 bis etwa 15 Millimetern aufweisen. Ähnlich kann das Verhältnis der Höhe des Kondensatorelements 120 (in –z-Richtung) zur Höhe des Innenraums 126 im Bereich von etwa 0,40 bis 1,00, in einigen Ausführungsformen etwa 0,50 bis etwa 0,99, in einigen Ausführungsformen etwa 0,60 bis etwa 0,99 und in einigen Ausführungsformen etwa 0,70 bis etwa 0,98 liegen. Das Verhältnis der Breite des Kondensatorelements 120 (in –x-Richtung) zur Breite des Innenraums 126 kann auch im Bereich von etwa 0,50 bis 1,00, in einigen Ausführungsformen etwa 0,60 bis etwa 0,99, in einigen Ausführungsformen etwa 0,70 bis etwa 0,99, in einigen Ausführungsformen etwa 0,80 bis etwa 0,98 und in einigen Ausführungsformen etwa 0,85 bis etwa 0,95 liegen. Zum Beispiel kann die Breite des Kondensatorelements 120 etwa 2 bis etwa 7 Millimeter betragen, und die Breite des Innenraums 126 kann etwa 3 bis etwa 10 Millimeter betragen, und die Höhe des Kondensatorelements 120 kann etwa 0,5 bis etwa 2 Millimeter betragen, und die Breite des Innenraums 126 kann etwa 0,7 bis etwa 6 Millimeter betragen.
Obwohl es keineswegs erforderlich ist, kann das Kondensatorelement so an dem Gehäuse befestigt sein, dass außerhalb des Gehäuses für die anschließende Integration in eine Schaltung ein Anoden-Endteil und ein Kathoden-Endteil gebildet werden. Die besondere Konfiguration der Endteile kann von dem Verwendungszweck abhängen. In einer Ausführungsform kann die Kondensatorbaugruppe zum Beispiel so geformt werden, dass sie oberflächenmontierbar und dennoch mechanisch robust ist. Zum Beispiel kann der Anodenanschluss elektrisch mit äußeren, oberflächenmontierbaren Anoden- und Kathoden-Endteilen (z. B. Feldern, Blechen, Platten, Rahmen usw.) verbunden sein. Solche Endteile können sich durch das Gehäuse hindurch erstrecken, um den Kondensator anzuschließen. Die Dicke oder Höhe der Endteile wird im Allgemeinen so gewählt, dass die Dicke der Kondensatorbaugruppe minimiert wird. Zum Beispiel kann die Dicke der Endteile in einem Bereich von etwa 0,05 bis etwa 1 Millimeter, in einigen Ausführungsformen etwa 0,05 bis etwa 0,5 Millimeter und etwa 0,1 bis etwa 0,2 Millimeter liegen. 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 die Endteile mit Nickel- bzw. Silber-Schutzschichten versehen, und die Montagefläche wird auch mit einer Zinnlötschicht versehen. In einer anderen Ausführungsform werden bei den Endteilen dünne äußere Metallschichten (z. B. Gold) auf einer Grundmetallschicht (z. B. Kupferlegierung) abgeschieden, um die Leitfähigkeit weiter zu erhöhen.
In bestimmten Ausführungsformen können Verbindungselemente innerhalb des Innenraums des Gehäuses eingesetzt werden, um die Verbindung mit den Endteilen in einer mechanisch stabilen Weise zu erleichtern. Wenn wir uns zum Beispiel wieder auf 1 beziehen, so kann die Kondensatorbaugruppe 100 ein Verbindungselement 162 umfassen, das aus einem ersten Teil 167 und einem zweiten Teil 165 besteht. Das Verbindungselement 162 kann aus leitfähigen Materialien ähnlich wie die äußeren Endteile bestehen. Der erste Teil 167 und der zweite Teil 165 können einstückig ausgebildet sein, oder es können separate Teile sein, die miteinander verbunden sind, entweder direkt oder über ein zusätzliches leitfähiges Element (z. B. Metall). In der gezeigten Ausführungsform befindet sich der zweite Teil 165 in einer Ebene, die im Wesentlichen parallel zu einer Längsrichtung, in der sich der Anschluss 6 erstreckt (z. B. –y-Richtung), verläuft. Der erste Teil 167 ist in dem Sinne ”hochstehend”, dass er sich in einer Ebene befindet, die im Wesentlichen senkrecht zur Längsrichtung, in der sich der Anschluss 6 erstreckt, verläuft. Auf diese Weise kann der erste Teil 167 die Bewegung des Anschlusses 6 in der horizontalen Richtung einschränken, um den Oberflächenkontakt und die mechanische Stabilität während der Verwendung zu verstärken. Falls gewünscht, kann ein isolierendes Material 7 (z. B. ein Teflon^TM-Ring) um den Anschluss 6 herum eingesetzt werden.
Der erste Teil 167 kann auch einen Montagebereich besitzen (nicht gezeigt), der mit einem Anodenanschluss 6 verbunden ist. Der Bereich kann eine ”U-Form” aufweisen, um den Oberflächenkontakt und die mechanische Stabilität des Anschlusses 6 weiter zu verstärken. Die Verbindung des Bereichs mit dem Anschluss 6 kann mit Hilfe einer Vielzahl von Techniken bewerkstelligt werden, wie Schweißen, Laserschweißen, leitfähige Kleber usw. In einer besonderen Ausführungsform wird der Bereich zum Beispiel durch Laserschweißen an dem Anodenanschluss 6 befestigt. Unabhängig von der gewählten Technik kann der erste Teil 167 jedoch den Anodenanschluss 6 in einer im Wesentlichen horizontalen Ausrichtung halten, um die Maßhaltigkeit der Kondensatorbaugruppe 100 weiter zu verstärken.
Wenn wir uns wiederum auf 1 beziehen, so ist eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt, bei der das Verbindungselement 162 und das Kondensatorelement 120 über ein Anoden- und ein Kathoden-Endteil 127 bzw. 129 mit dem Gehäuse 122 verbunden ist. Insbesondere umfasst das Gehäuse 122 dieser Ausführungsform eine äußere Wand 123 und zwei einander gegenüberliegende Seitenwände 124, zwischen denen ein Hohlraum 126 gebildet ist, der das Kondensatorelement 120 umfasst. Die äußere Wand 123 und die Seitenwände 124 können aus einer oder mehreren Schichten eines Metalls, Kunststoffs oder Keramikmaterials, wie es oben beschrieben ist, bestehen. In dieser besonderen Ausführungsform enthält das Anoden-Endteil 127 einen ersten Bereich 127a, der sich innerhalb des Gehäuses 122 befindet und elektrisch mit dem Verbindungselement 162 verbunden ist, und einen zweiten Bereich 127b, der sich außerhalb des Gehäuses 122 befindet und für eine Montagefläche 201 sorgt. Ähnlich enthält das Kathoden-Endteil 129 einen ersten Bereich 129a, der sich innerhalb des Gehäuses 122 befindet und elektrisch mit dem festen Elektrolyten des Kondensatorelements 120 verbunden ist, und einen zweiten Bereich 129b, der sich außerhalb des Gehäuses 122 befindet und für eine Montagefläche 203 sorgt. Man sollte sich darüber im Klaren sein, dass sich nicht der gesamte Teil solcher Bereiche innerhalb oder außerhalb des Gehäuses zu befinden braucht.
In der gezeigten Ausführungsform erstreckt sich eine leitfähige Bahn 127c in der Außenwand 123 des Gehäuses, um den ersten Bereich 127a und den zweiten Bereich 127b miteinander zu verbinden. Ähnlich erstreckt sich eine leitfähige Bahn 129c in der Außenwand 123 des Gehäuses, um den ersten Bereich 127a und den zweiten Bereich 127b miteinander zu verbinden. Die leitfähigen Bahnen und/oder Bereiche der Endteile können getrennt oder einstückig sein. Die Bahnen können sich nicht nur durch die Außenwand des Gehäuses erstrecken, sondern können sich auch an anderen Stellen befinden, wie außerhalb der Außenwand. Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung keineswegs auf die Verwendung von leitfähigen Bahnen zur Bildung der gewünschten Endteile beschränkt.
Unabhängig von der besonderen eingesetzten Konfiguration kann die Verbindung der Endteile 127 und 129 mit dem Kondensatorelement 120 unter Verwendung jeder bekannten Technik erfolgen, wie Schweißen, Laserschweißen, leitfähige Kleber usw. In einer besonderen Ausführungsform wird zum Beispiel ein leitfähiger Kleber 131 verwendet, um den zweiten Teil 165 des Verbindungselements 162 mit dem Anoden-Endteil 127 zu verbinden. Ähnlich wird ein leitfähiger Kleber 133 verwendet, um die Kathode des Kondensatorelements 120 mit dem Kathoden-Endteil 129 zu verbinden.
Gegebenenfalls kann sich auch eine polymere Einspannung in Kontakt mit einer oder mehreren Flächen des Kondensatorelements befinden, wie der hinteren Fläche, der vorderen Fläche, der oberen Fläche, der unteren Fläche, den Seitenflächen oder einer beliebigen Kombination davon. Die polymere Einspannung kann die Wahrscheinlichkeit des Abblätterns des Kondensatorelements von dem Gehäuse reduzieren. In dieser Hinsicht besitzt die polymere Einspannung typischerweise ein bestimmtes Maß an Festigkeit, das es ihr ermöglicht, das Kondensatorelement in einer relativ fixierten Position zu halten, auch wenn es Schwingungskräften ausgesetzt ist, aber nicht so fest, dass es Risse bekommt. Die Einspannung kann zum Beispiel eine Zugfestigkeit von etwa 1 bis etwa 150 Megapascal (”MPa”), in einigen Ausführungsformen etwa 2 bis etwa 100 MPa, in einigen Ausführungsformen etwa 10 bis etwa 80 MPa und in einigen Ausführungsformen etwa 20 bis etwa 70 MPa besitzen, gemessen bei einer Temperatur von etwa 25°C. Es ist normalerweise wünschenswert, dass die Einspannung nicht elektrisch leitend ist. Wenn wir uns zum Beispiel wieder auf 1 beziehen, so ist eine Ausführungsform gezeigt, in der sich eine einzige polymere Einspannung 197 in Kontakt mit einer oberen Fläche 181 und einer hinteren Fläche 177 des Kondensatorelements 120 befindet. Während in 1 eine einzelne Einspannung gezeigt ist, sollte man sich darüber im Klaren sein, dass auch getrennte Einspannungen eingesetzt werden können, um dieselbe Funktion zu erfüllen. Tatsächlich können allgemeiner gesagt eine beliebige Zahl von polymeren Einspannungen eingesetzt werden und sich in Kontakt mit jeder gewünschten Fläche des Kondensatorelements befinden. Wenn mehrere Einspannungen eingesetzt werden, können sie miteinander in Kontakt stehen oder physisch getrennt bleiben. Zum Beispiel kann in einer Ausführungsform eine zweite polymere Einspannung (nicht gezeigt) eingesetzt werden, die mit der oberen Fläche 181 und der vorderen Fläche 179 des Kondensatorelements 120 in Kontakt steht. Die erste polymere Einspannung 197 und die zweite polymere Einspannung (nicht gezeigt) können in Kontakt miteinander stehen oder auch nicht. In noch einer anderen Ausführungsform kann eine polymere Einspannung auch mit einer unteren Fläche 183 und/oder einer oder mehreren Seitenflächen des Kondensatorelements 120 in Kontakt stehen, entweder in Verbindung mit oder anstelle von anderen Flächen.
Unabhängig davon, wie sie angebracht wird, ist es typischerweise wünschenswert, dass sich die polymere Einspannung auch in Kontakt mit wenigstens einer Fläche des Gehäuses befindet, um dazu beizutragen, das Kondensatorelement weiter mechanisch zu stabilisieren. Zum Beispiel kann sich die Einspannung in Kontakt mit einer Innenfläche einer oder mehrerer Seitenwände, der Außenwand, des Deckels usw. befinden. In 1 befindet sich die polymere Einspannung 197 zum Beispiel in Kontakt mit einer Innenfläche 107 der Seitenwand 124 und einer Innenfläche 109 der äußeren Wand 123. Während sie sich in Kontakt mit dem Gehäuse befindet, ist es dennoch wünschenswert, dass wenigstens ein Teil des durch das Gehäuse definierten Innenraums frei bleibt, damit das Inertgas durch den Innenraum strömen und den Kontakt des festen Elektrolyten mit Sauerstoff einschränken kann. Zum Beispiel bleiben typischerweise wenigstens etwa 5% des Innenraumvolumens frei von dem Kondensatorelement und der polymeren Einspannung, und in einigen Ausführungsformen sind es etwa 10% bis etwa 50% des Innenraumvolumens.
Sobald sie in der gewünschten Weise verbunden ist, wird die resultierende Packung hermetisch versiegelt, wie es oben beschrieben ist. Wie zum Beispiel wiederum in 1 gezeigt ist, kann das Gehäuse 122 auch einen Deckel 125 umfassen, der auf einer oberen Fläche der Seitenwände 124 platziert wird, nachdem das Kondensatorelement 120 und die polymere Einspannung 197 innerhalb des Gehäuses 122 positioniert sind. Der Deckel 125 kann aus Keramik, Metall (z. B. Eisen, Kupfer, Nickel, Cobalt usw. sowie Legierungen davon), Kunststoff usw. bestehen. Falls gewünscht, kann sich ein Versiegelungselement 187 zwischen dem Deckel 125 und den Seitenwänden 124 befinden, um zu einer guten Abdichtung beizutragen. In einer Ausführungsform zum Beispiel kann das Versiegelungselement eine Glas-Metall-Versiegelung, einen Kovar^®-Ring (Goodfellow Cambridge, Ltd.) usw. umfassen. Die Höhe der Seitenwände 124 ist im Allgemeinen so, dass der Deckel 125 nicht mit einer Fläche des Kondensatorelements 120 in Kontakt kommt, so dass er nicht kontaminiert wird. Die polymere Einspannung 197 kann mit dem Deckel 125 in Kontakt stehen oder auch nicht. Wenn er in der gewünschten Position platziert ist, wird der Deckel 125 mit Hilfe von bekannten Techniken, wie Schweißen (z. B. Widerstandsschweißen, Laserschweißen usw.), Löten usw., hermetisch an den Seitenwänden 124 versiegelt. Das hermetische Versiegeln erfolgt im Allgemeinen in Gegenwart von Inertgasen, wie es oben beschrieben ist, so dass die resultierende Baugruppe im Wesentlichen frei von reaktiven Gasen, wie Sauerstoff, ist.
Man sollte sich darüber im Klaren sein, dass die beschriebenen Ausführungsformen nur beispielhaft sind und dass in der vorliegenden Erfindung auch verschiedene andere Konfigurationen eingesetzt werden können, um ein Kondensatorelement hermetisch innerhalb eines Gehäuses zu versiegeln. Wenn wir uns zum Beispiel auf 2 beziehen, so ist eine andere Ausführungsform einer Kondensatorbaugruppe 200 gezeigt, bei der ein Gehäuse 222 eingesetzt wird, das eine Außenwand 123 und einen Deckel 225 umfasst, zwischen denen ein Innenraum 126 entsteht, der das Kondensatorelement 120 und die polymere Einspannung 197 umfasst. Der Deckel 225 umfasst eine Außenwand 223, die einstückig mit wenigstens einer Seitenwand 224 ausgebildet ist. In der gezeigten Ausführungsform sind zum Beispiel zwei einander gegenüberliegende Seitenwände 224 im Querschnitt gezeigt. Die Außenwände 223 und 123 erstrecken sich beide in einer seitlichen Richtung (–y-Richtung) und verlaufen im Wesentlichen parallel zu einander und zur seitlichen Richtung des Anodenanschlusses 6. Die Seitenwand 224 erstreckt sich von der Außenwand 223 ausgehend in einer Längsrichtung, die im Wesentlichen senkrecht zur Außenwand 123 steht. Ein distales Ende 500 des Deckels 225 ist durch die Außenwand 223 definiert, und ein proximales Ende 501 ist durch eine Lippe 253 der Seitenwand 224 definiert.
Die Lippe 253 erstreckt sich von der Seitenwand 224 ausgehend in seitlicher Richtung, die im Wesentlichen parallel zur seitlichen Richtung der Außenwand 123 stehen kann. Der Winkel zwischen der Seitenwand 224 und der Lippe 253 kann variieren, beträgt aber typischerweise etwa 60° bis etwa 120°, in einigen Ausführungsformen etwa 70° bis etwa 110° und in einigen Ausführungsformen etwa 80° bis etwa 100° (z. B. etwa 90°). Die Lippe 253 definiert auch einen umlaufenden Rand 251, der im Wesentlichen senkrecht zur seitlichen Richtung, in der sich die Lippe 253 und die Außenwand 123 erstrecken, verlaufen kann. Der umlaufende Rand 251 befindet sich jenseits des äußeren Umfangs der Seitenwand 224 und kann im Wesentlichen koplanar zu einem Rand 151 der Außenwand 123 verlaufen. Die Lippe 253 kann mit Hilfe einer beliebigen bekannten Technik, wie Schweißen (z. B. Widerstands- oder Laserschweißen), Löten, Leim usw., an der Außenwand 123 versiegelt werden. Zum Beispiel wird in der gezeigten Ausführungsform ein Versiegelungselement 287 (z. B. Glas-Metall-Siegel, Kovar^®-Ring usw.) zwischen den Komponenten eingesetzt, um deren Befestigung zu erleichtern. Unabhängig davon kann die oben beschriebene Verwendung einer Lippe eine stabilere Verbindung zwischen den Komponenten ermöglichen und die Versiegelung und die mechanische Stabilität der Kondensatorbaugruppe verbessern.
In der vorliegenden Erfindung können noch andere mögliche Gehäusekonfigurationen eingesetzt werden. Zum Beispiel zeigt 3 eine Kondensatorbaugruppe 300 mit einer ähnlichen Gehäusekonfiguration wie in 2, außer dass Endstifte 327b bzw. 329b als externe Abschlüsse für die Anode bzw. Kathode eingesetzt werden. Insbesondere erstreckt sich der Endstift 327a durch eine in der Außenwand 323 gebildete Bahn 327c hindurch und wird mit Hilfe von bekannten Techniken (z. B. Schweißen) mit dem Anodenanschluss 6 verbunden. Ein zusätzlicher Abschnitt 327a kann eingesetzt werden, um den Stift 327b zu befestigen. Ebenso erstreckt sich der Endstift 329b durch eine in der Außenwand 323 gebildete Bahn 329c hindurch und wird über einen leitfähigen Kleber 133 mit der Kathode verbunden, wie es oben beschrieben ist.
Die in den 1–3 gezeigten Ausführungsformen werden hier in Verbindung mit einem einzigen Kondensatorelement diskutiert. Man sollte sich jedoch darüber im Klaren sein, dass auch mehrere Kondensatorelemente innerhalb eines Gehäuses hermetisch versiegelt sein können. Die mehreren Kondensatorelemente können unter Verwendung einer Vielzahl von Techniken an dem Gehäuse befestigt werden. 4 zeigt zum Beispiel eine besondere Ausführungsform einer Kondensatorbaugruppe 400, die zwei Kondensatorelemente enthält und nun ausführlicher beschrieben wird. Insbesondere umfasst die Kondensatorbaugruppe 400 ein erstes Kondensatorelement 420a in elektrischer Verbindung mit einem zweiten Kondensatorelement 420b. In dieser Ausführungsform sind die Kondensatorelemente so ausgerichtet, dass sich ihre Hauptflächen in einer horizontalen Konfiguration befinden. Das heißt, eine Hauptfläche des Kondensatorelements 420a, die durch dessen Breite (–x-Richtung) und Länge (–y-Richtung) definiert ist, befindet sich angrenzend an eine entsprechende Hauptfläche des Kondensatorelements 420b. Die Hauptflächen sind also im Wesentlichen koplanar. Alternativ dazu können die Kondensatorelemente auch so angeordnet sein, dass ihre Hauptflächen nicht koplanar sind, sondern in einer bestimmten Richtung, wie der –z-Richtung oder der –x-Richtung, senkrecht aufeinander stehen. Selbstverständlich brauchen sich die Kondensatorelemente nicht in derselben Richtung zu erstrecken.
Die Kondensatorelemente 420a und 420b befinden sich innerhalb eines Gehäuses 422, das eine Außenwand 423 und Seitenwände 424 und 425 enthält, die zusammen einen Innenraum 426 definieren. Obwohl es nicht gezeigt ist, kann ein Deckel eingesetzt werden, der die oberen Flächen der Seitenwände 424 und 425 bedeckt und die Baugruppe 400 versiegelt, wie es oben beschrieben ist. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird gegebenenfalls auch eine polymere Einspannung eingesetzt, die dazu beiträgt, die Schwingung der Kondensatorelemente einzudämmen. In 4 befinden sich zum Beispiel getrennte polymere Einspannungen 497a und 497b angrenzend an und in Kontakt mit den Kondensatorelementen 420a bzw. 420b. Die polymeren Einspannungen 497a und 497b können sich an einer Vielzahl verschiedener Orte befinden. Weiterhin kann eine der Einspannungen weggelassen werden, oder zusätzliche Einspannungen können eingesetzt werden. In bestimmten Ausführungsformen kann es zum Beispiel wünschenswert sein, eine polymere Einspannung zwischen den Kondensatorelementen einzusetzen, um die mechanische Stabilität weiter zu verbessern.
Neben den Kondensatorelementen enthält die Kondensatorbaugruppe auch ein Anoden-Endteil, mit dem Anodenanschlüsse der jeweiligen Kondensatorelemente elektrisch verbunden sind, und ein Kathoden-Endteil, mit dem die Kathoden der jeweiligen Kondensatorelemente elektrisch verbunden sind. Wenn wir uns zum Beispiel wieder auf 4 beziehen, so sind die Kondensatorelemente gezeigt, wie sie parallel mit einem gemeinsamen Kathoden-Endteil 429 verbunden sind. In dieser besonderen Ausführungsform wird das Kathoden-Endteil 429 zunächst in einer Ebene bereitgestellt, die im Wesentlichen parallel zur unteren Fläche der Kondensatorelemente verläuft, und kann mit leitfähigen Bahnen (nicht gezeigt) in elektrischem Kontakt stehen. Die Kondensatorbaugruppe 400 umfasst auch Verbindungselemente 427 und 527, die mit Anodenanschlüssen 407a bzw. 407b der Kondensatorelemente 420a und 420b verbunden sind. Insbesondere enthält das Verbindungselement 427 einen hochstehenden Teil 465 und einen planaren Teil 463, der mit einem Anoden-Endteil (nicht gezeigt) in Verbindung steht. Ebenso enthält das Verbindungselement 527 einen hochstehenden Teil 565 und einen planaren Teil 563, der mit einem Anoden-Endteil (nicht gezeigt) in Verbindung steht. Selbstverständlich sollte man sich darüber im Klaren sein, dass auch eine Vielzahl anderer Typen von Verbindungsmechanismen eingesetzt werden kann.
Unabhängig von ihrem besonderen Aufbau kann die resultierende Kondensatorbaugruppe eine Vielzahl von günstigen Eigenschaften aufweisen. Der Verlustfaktor der Kondensatorbaugruppe kann zum Beispiel auch auf relativ niedrigen Werten gehalten werden. ”Verlustfaktor” bezieht sich im Allgemeinen auf Verluste, die in dem Kondensator auftreten, und er wird gewöhnlich als Prozentsatz der idealen Kondensatorleistung ausgedrückt. Zum Beispiel beträgt der Verlustfaktor des Kondensators der vorliegenden Erfindung typischerweise etwa 1% bis etwa 25%, in einigen Ausführungsformen etwa 3% bis etwa 10% und in einigen Ausführungsformen etwa 5% bis etwa 15%, bestimmt bei einer Frequenz von 120 Hz. Die Kondensatorbaugruppe kann auch für die Verwendung in Hochspannungsanwendungen geeignet sein, wie bei Nennspannungen von etwa 35 Volt oder mehr, in einigen Ausführungsformen etwa 50 Volt oder mehr und in einigen Ausführungsformen etwa 60 Volt bis etwa 200 Volt. Die Kondensatorbaugruppe kann zum Beispiel eine relativ hohe ”Durchschlagsspannung” (Spannung, bei der der Kondensator versagt), wie etwa 2 Volt oder mehr, in einigen Ausführungsformen etwa 5 Volt oder mehr, in einigen Ausführungsformen etwa 10 Volt oder mehr und in einigen Ausführungsformen etwa 10 bis etwa 100 Volt aufweisen. Ebenso kann es auch sein, dass die Kondensatorbaugruppe relativ hohe Stromspitzen aushält, was bei Hochspannungsanwendungen ebenfalls üblich ist. Der maximale Spitzenstrom 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.
Die vorliegende Erfindung wird anhand der folgenden Beispiele besser verständlich.
Testverfahren
Äquivalenter Serienwiderstand (ESR)
Der äquivalente Serienwiderstand kann mit einem Präzisions-LCZ-Messgerät Keithley 3330 mit Kelvin-Anschlussleitungen bei 2,2 Volt Vorspannung und einem sinusförmigen Signal mit 0,5 Volt Abstand zwischen den Peaks gemessen werden. Die Betriebsfrequenz kann 100 kHz betragen, und die Temperatur kann 23°C ± 2°C betragen.
Verlustfaktor
Der Verlustfaktor kann mit einem Präzisions-LCZ-Messgerät Keithley 3330 mit Kelvin-Anschlussleitungen bei 2,2 Volt Vorspannung und einem sinusförmigen Signal mit 0,5 Volt Abstand zwischen den Peaks gemessen werden. Die Betriebsfrequenz kann 120 Hz betragen, und die Temperatur kann 23°C ± 2°C betragen.
Kapazität
Die Kapazität kann mit einem Präzisions-LCZ-Messgerät Keithley 3330 mit Kelvin-Anschlussleitungen bei 2,2 Volt Vorspannung und einem sinusförmigen Signal mit 0,5 Volt Abstand zwischen den Peaks gemessen werden. Die Betriebsfrequenz kann 120 kHz betragen, und die Temperatur kann 23°C ± 2°C betragen. In einigen Fällen kann die ”Feucht-zu-Trocken”-Kapazität bestimmt werden. ”Trockenkapazität” bezieht sich auf die Kapazität des Teils vor Auftragung der Festelektrolyt-, Graphit- und Silberschichten, während sich ”Feuchtkapazität” auf die Kapazität des Teils nach Bildung des Dielektrikums bezieht, gemessen in 14%-iger Salpetersäure in Bezug auf eine 1-mF-Tantalkathode mit 10 Volt Vorspannung und einem sinusförmigen Signal mit 0,5 Volt Abstand zwischen den Peaks nach 30 Sekunden Tränken im Elektrolyten.
Leckstrom
Der Leckstrom kann mit einer Leckstrom-Testeinrichtung bei einer Temperatur von 23°C ± 2°C und einer Nennspannung (z. B. 16 Volt) nach mindestens 60 Sekunden gemessen werden.
Feuchtigkeitstest
Ein Feuchtigkeitstest kann bei einer Temperatur von 85°C, 85% relativer Feuchtigkeit und bei der Nennspannung (z. B. 16 Volt) durchgeführt werden (25 Teile). Die Kapazität und der ESR können nach 120, 500 und 1000 Stunden an gewonnenen Proben aufgezeichnet und dann mit der Anfangsmessung bei 0 Stunden verglichen werden. Die Erholungszeit nach den Testbedingungen kann 6 bis 24 Stunden betragen.
Beispiel 1
Ein Tantalpulver mit 70000 μFV/g wurde verwendet, um Anodenproben zu bilden. Jede Anodenprobe wurde zusammen mit einem Tantaldraht eingebettet, bei 1380°C gesintert und auf eine Dichte von 5,8 g/cm³ gepresst. Die resultierenden Presslinge hatten eine Größe von 4,10 × 2,75 × 0,60 mm. Die Presslinge wurden bei einer Temperatur von 85°C in Wasser/Phosphorsäure-Elektrolyt mit einer Leitfähigkeit von 8,6 mS bis 42,0 V anodisiert, um die dielektrische Schicht zu bilden. Die Presslinge wurden 25 Sekunden lang bei einer Temperatur von 30°C in Wasser/Borsäure/Dinatriumtetraborat mit einer Leitfähigkeit von 2,0 mS bis 90 V erneut anodisiert, um eine dickere Oxidschicht zu bilden, die sich auf der Außenseite aufbaut. 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 (Clevios^TM K, Heraeus) 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 2,0% und einer Viskosität von 20 mPa·s (Clevios^TM K, Heraeus) eingetaucht. Nach der Beschichtung wurden die Teile 20 Minuten lang bei 125°C getrocknet. Dieser Vorgang wurde dreimal wiederholt. Danach wurden die Teile in dispergiertes Poly(3,4-ethylendioxythiophen) mit einem Feststoffgehalt von 2% und einer Viskosität von 160 mPa·s (Clevios^TM K, Heraeus) 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. Auf diese Weise wurden viele Teile (1600) von Kondensatoren mit 47 μF/16 V hergestellt und in ein Siliciumoxidharz eingebettet.
Beispiel 2
Kondensatoren wurden in der in Beispiel 1 beschriebenen Weise gebildet, außer dass eine andere leitfähige Polymerbeschichtung verwendet wurde. Die leitfähige Polymerbeschichtung wurde gebildet, indem man die Anoden in eine Lösung von Poly(4-(2,3-dihydrothieno[3,4-b][1,4]dioxin-2-ylmethoxy)-1-butansulfonsäure) mit einem Feststoffgehalt von 1,9% (Clevios^TM K, Heraeus) eintauchte. 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 1,1% und einer Viskosität von 20 mPa·s (Clevios^TM K, Heraeus) eingetaucht. 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 2,0% und einer Viskosität von 20 mPa·s (Clevios^TM K, Heraeus) eingetaucht. Nach der Beschichtung wurden die Teile 20 Minuten lang bei 125°C getrocknet. Dieser Vorgang wurde dreimal wiederholt. Danach wurden die Teile in dispergiertes Poly(3,4-ethylendioxythiophen) mit einem Feststoffgehalt von 2% und einer Viskosität von 160 mPa·s (Clevios^TM K, Heraeus) 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 (800) von Kondensatoren mit 47 μF/16 V wurden hergestellt und in ein Siliciumoxidharz eingebettet.
Beispiel 3
Kondensatoren wurden in der in Beispiel 1 beschriebenen Weise gebildet, außer dass eine andere leitfähige Polymerbeschichtung verwendet wurde. Die leitfähige Polymerbeschichtung wurde gebildet, indem man die Anoden in eine Lösung von Poly(4-(2,3-dihydrothieno[3,4-b][1,4]dioxin-2-ylmethoxy)-1-butansulfonsäure) mit einem Feststoffgehalt von 1,9% (Clevios^TM K, Heraeus) 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 2,0% und einer Viskosität von 20 mPa·s (Clevios^TM K, Heraeus) eingetaucht. Nach der Beschichtung wurden die Teile 20 Minuten lang bei 125°C getrocknet. Dieser Vorgang wurde dreimal wiederholt. Danach wurden die Teile in dispergiertes Poly(3,4-ethylendioxythiophen) mit einem Feststoffgehalt von 2% und einer Viskosität von 160 mPa·s (Clevios^TM K, Heraeus) 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 (800) von Kondensatoren mit 47 μF/16 V wurden hergestellt und in ein Siliciumoxidharz eingebettet.

Dann wurden die fertigen Kondensatoren der Beispiele auf elektrische Eigenschaften getestet. Die Medianwerte der Ergebnisse bezüglich Kapazität, Trocken-/Feucht-Kapazität, Df und ESR sind unten in Tabelle 1 gezeigt. Die Feuchtkapazität betrug 48,97 μF. Tabelle 1: Elektrische Eigenschaften

	Anfangs-Kap. [μF]	Feucht-zu-Trocken-Kap. [%]	Anfangs-Df [%]	Anfangs-ESR [mOhm]	Anfangs-DCL [μA]
Beispiel 1	35,38	72,25	1,9	54,1	4,83
Beispiel 2	41,19	84,11	1,9	46,7	2,25
Beispiel 3	41,37	84,49	2,0	65,5	5,43

Dann wurden die fertigen Kondensatoren bei 85°C, 85% relativer Feuchtigkeit und bei der Nennspannung getestet. Kapazität und ESR wurden bei 0, 120, 500 und 1000 Stunden aufgezeichnet. Die Ergebnisse sind unten in Tabelle 2 gezeigt. Tabelle 2: Feuchtigkeitstest (85°C, 85%) relative Feuchtigkeit)

	Zeit [Stunden]	Kap [μF]	ESR [mOhm]
Beispiel 1	0	34,85	53,4
	120	46,63	102,7
	500	46,06	517,4
	1000	39,20	1455,5
Beispiel 2	0	41,00	46,8
	120	47,18	49,9
	500	47,06	53,9
	1000	47,05	60,1
Beispiel 3	0	41,34	69,2
	120	47,57	74,9
	500	47,52	86,0
	1000	47,50	91,7

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.
Zitierte Patentliteratur

WO 2014/199480 [0016]
US 6197252 [0021]
US 2007/0064376 [0051]
US 6674635 [0053]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

ASTM E337-02, Methode A (2007) [0013]

Claims

Kondensatorbaugruppe, die mit einer Atmosphäre, die eine relative Feuchtigkeit von etwa 40% oder mehr aufweist, in Kontakt steht, wobei die Kondensatorbaugruppe ein Kondensatorelement umfasst, das eine Anode, die ein auf einem gesinterten porösen Körper gebildetes Dielektrikum enthält, und einen die Anode bedeckenden festen Elektrolyten umfasst, wobei der feste Elektrolyt ein intrinsisch leitfähiges Polymer umfasst, das Repetiereinheiten enthält, die die folgende Formel (I) aufweisen:
wobei R = (CH₂)_a-O-(CH₂)_b ist; a = 0 bis 10 beträgt; b = 1 bis 18 beträgt; Z^– ein Anion ist; und X⁺ ein Kation ist.
Kondensatorbaugruppe gemäß Anspruch 1, wobei die Kondensatorbaugruppe einen ESR-Wert von weniger als etwa 200 mOhm aufweist, bestimmt bei einer Arbeitsfrequenz von 100 kHz.
Kondensatorbaugruppe gemäß Anspruch 2, wobei die Kondensatorbaugruppe einen ESR-Wert von weniger als etwa 200 mOhm aufweist, nachdem sie der Atmosphäre 1000 Stunden lang bei einer Temperatur von etwa 85°C ausgesetzt war.
Kondensatorbaugruppe gemäß Anspruch 1, wobei die Kondensatorbaugruppe einen Kapazitätswert von etwa 30 Nanofarad pro Quadratzentimeter oder mehr aufweist, gemessen bei einer Frequenz von 120 Hz.
Kondensatorbaugruppe gemäß Anspruch 4, wobei die Kondensatorbaugruppe einen Kapazitätswert von etwa 30 Nanofarad pro Quadratzentimeter oder mehr nach 1000 Stunden bei einer Temperatur von etwa 85°C aufweist.
Kondensatorbaugruppe gemäß Anspruch 1, wobei der Anodenkörper Tantal umfasst.
Kondensatorbaugruppe gemäß Anspruch 1, wobei a = 1 ist und b = 3 oder 4 ist.
Kondensatorbaugruppe gemäß Anspruch 1, wobei Z = SO₃ ist.
Kondensatorbaugruppe gemäß Anspruch 1, wobei X ein Alkalimetall ist.
Kondensatorbaugruppe gemäß Anspruch 1, wobei es sich bei dem Polymer um Poly(4-(2,3-dihydrothieno[3,4-b][1,4]dioxin-2-ylmethoxy)-1-butansulfonsäuresalz), Poly(4-(2,3-dihydrothieno[3,4-b][1,4]dioxin-2-ylmethoxy)-1-propansulfonsäuresalz) oder eine Kombination davon handelt.
Kondensatorbaugruppe gemäß Anspruch 1, wobei der feste Elektrolyt eine oder mehrere innere Schichten enthält, wobei die inneren Schichten das intrinsisch leitfähige Polymer enthalten.
Kondensatorbaugruppe gemäß Anspruch 11, wobei der feste Elektrolyt 5 bis 15 innere Schichten enthält.
Kondensatorbaugruppe gemäß Anspruch 11, wobei die inneren Schichten im Wesentlichen frei von extrinsisch leitfähigen Polymeren sind.
Kondensatorbaugruppe gemäß Anspruch 11, wobei der feste Elektrolyt eine oder mehrere äußere Schichten enthält, wobei wenigstens eine der äußeren Schichten aus einer Dispersion von Teilchen gebildet ist, die ein polymeres Gegenion und ein extrinsisch leitfähiges Polymer enthalten, das Repetiereinheiten der folgenden Formel (III) aufweist:
wobei R₇ Folgendes ist: ein linearer oder verzweigter C₁ bis C₁₈-Alkylrest, ein C₅- bis C₁₂-Cycloalkylrest, ein C₆- bis C₁₄-Arylrest, ein C₇- bis C₁₈-Aralkylrest oder ein C₁- bis C₄-Hydroxyalkylrest oder ein Hydroxyrest; und q eine ganze Zahl von 0 bis 8 ist.
Kondensatorbaugruppe gemäß Anspruch 14, wobei wenigstens eine der äußeren Schichten ein hydroxyfunktionelles nichtionisches Polymer enthält.
Kondensatorbaugruppe gemäß Anspruch 1, die weiterhin ein Gehäuse umfasst, innerhalb dessen das Kondensatorelement eingeschlossen ist.
Kondensatorbaugruppe gemäß Anspruch 16, wobei das Gehäuse aus einem harzartigen Material gebildet ist, das das Kondensatorelement einkapselt.
Kondensatorbaugruppe gemäß Anspruch 16, wobei das Gehäuse einen inneren Hohlraum definiert, innerhalb dessen sich das Kondensatorelement befindet, wobei der innere Hohlraum eine Gasatmosphäre mit einer relativen Feuchtigkeit von etwa 40% oder mehr aufweist.
Kondensatorbaugruppe gemäß Anspruch 18, wobei die Gasatmosphäre ein Inertgas enthält.
Verfahren, umfassend das Einwirkenlassen einer Atmosphäre mit einer relativen Feuchtigkeit von etwa 40% oder mehr auf eine Kondensatorbaugruppe, wobei die Kondensatorbaugruppe ein Kondensatorelement umfasst, das eine Anode, die ein auf einem gesinterten porösen Körper gebildetes Dielektrikum enthält, und einen die Anode bedeckenden festen Elektrolyten umfasst, wobei der feste Elektrolyt ein intrinsisch leitfähiges Polymer umfasst, das Repetiereinheiten enthält, die die folgende Formel (I) aufweisen:
wobei R = (CH₂)_a-O-(CH₂)_b ist; a = 0 bis 10 beträgt; b = 1 bis 18 beträgt; Z^– ein Anion ist; und X⁺ ein Kation ist.