JP2012517113A - ポリマー外層を有する電解コンデンサを製造するためのプロセス - Google Patents

ポリマー外層を有する電解コンデンサを製造するためのプロセス Download PDF

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Abstract

本発明は、固体電解質と共役ポリマーを含む外層とからなる、低等価直列抵抗、低残留電流および高熱安定性を有する電解コンデンサを製造するためのプロセス、このプロセスによって製造される電解コンデンサ、ならびにこのような電解コンデンサの使用に関する。
【選択図】図1

Description

本発明は、固体電解質と共役ポリマーを含む外層とからなる、低等価直列抵抗、低残留電流および高熱安定性を有する電解コンデンサを製造するためのプロセス、このプロセスによって製造される電解コンデンサ、ならびにこのような電解コンデンサの使用に関する。
従来の固体電解コンデンサは、一般に、多孔性金属電極と、その金属表面の上に配置された酸化物層と、この多孔性構造体の中へと導入された電気伝導性の固体と、外部電極(接点接続)、例えば銀層と、さらなる電気接点と封入体とからなる。
固体電解コンデンサの例は、電荷移動錯体または二酸化マンガンまたはポリマー固体電解質を含むタンタル、アルミニウム、ニオブおよび酸化ニオブコンデンサである。多孔質体を使用することは、大きい表面積に起因して、非常に高いキャパシタンス密度、すなわち小さな空間における高電気容量を成し遂げることができるという長所を有する。
特に適切な固体電解質は、高電気伝導率に起因して、共役ポリマーである。共役ポリマーは、導電性ポリマーまたは合成金属とも呼ばれる。共役ポリマーは、ますます経済的重要性を増している。なぜなら、ポリマーは加工性、重量および化学修飾による特性の制御された調整に関して金属よりも有利な点を有するからである。公知の共役ポリマーの例は、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアニリン、ポリアセチレン、ポリフェニレンおよびポリ(p−フェニレンビニレン)であり、特に重要でかつ工業的に利用されるポリチオフェンはポリ−3,4−(エチレン−1,2−ジオキシ)チオフェン(ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)とも呼ばれることが多い)である。その理由は、それが、酸化された形態で、非常に高い電気伝導率および高い熱安定性を有することである。
電子工学における実用面での開発は、非常に低い等価直列抵抗(ESR)を有する固体電解コンデンサをますます必要としている。この理由は、例えばロジック電圧の低下、集積回路におけるより高い集積密度および上昇するクロック周波数である。さらに、低ESRは電力消費も下げ、これは、携帯型の、バッテリで動作する用途にとっては特に有利である。それゆえ、固体電解コンデンサのESRをできる限り低くするということが望ましい。
特許文献1は、3,4−エチレン−1,2−ジオキシチオフェンからの固体電解質の製造、および電解コンデンサにおける固体電解質としての、酸化重合によって調製されたそのカチオン性ポリマーの使用を記載する。固体電解コンデンサにおける二酸化マンガンまたは電荷移動錯体の置き換え物としてのポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)は、コンデンサの等価直列抵抗を低下させ、かつより高い電気伝導率に起因して周波数挙動を改善する。
低いESRに加えて、現代の固体電解コンデンサは、低い残留電流および外部からの機械的ストレスおよび熱的ストレスに対する良好な安定性をも要求する。特に製造プロセスの間に、コンデンサアノードの残留電流を大きく上昇させる可能性がある高い機械的ストレスが、コンデンサアノードの封入の間に発生する。コンデンサがはんだ付けされるとき、約260℃という高いはんだ付け温度が使用され、このため、このポリマー外層の良好な熱安定性が必要になる。例えば自動車部門における高い作動温度を伴う環境の中でのコンデンサの動作も、ポリマー外層の高い熱安定性を必要とする。
このようなストレスに対する安定性、従って低い残留電流は、とりわけ、コンデンサアノード上の、導電性ポリマーで作られた約5〜50μm厚の外層によって成し遂げられてもよい。この種の層は、コンデンサアノードとカソード側の接触子との間の機械的緩衝材としての役割を果たす。これは、この銀層(接触子)が、例えば、機械的応力の間に誘電体と直接接触するようになることまたはその誘電体を損傷させることを防止し、そしてこのコンデンサの残留電流が結果として増加することを防止する。この導電性ポリマーの外層自体は自己回復挙動として知られる挙動を呈するべきである。外側のアノード表面にあるその誘電体中の比較的軽微な欠陥は、この緩衝材効果にも関わらず発生するが、その外層の電気伝導率は電流によってその欠陥の位置で破壊されるという事実の結果として、この欠陥は電気的に隔離される。この導電性ポリマーの外層は、とりわけコンデンサ体の端部および隅部を被覆しなければならない。なぜなら、最も高い機械的応力がここで発生するからである。
その場重合により厚いポリマーを形成することは非常に困難である。この層形成は、非常に多くのコーティングサイクルを必要とする。非常に多くのコーティングサイクルのため、この外層は非常に不均一になる。このコンデンサアノードの端部は、特に、不十分に被覆されることが多い。特許文献2は、均一な端部の被覆は、プロセスパラメータの複雑なバランスを必要とするということを記載する。しかしながら、このため、製造プロセスは非常に不良品を発生させ易いものになる。加えて、その場重合されたその層から残留する塩を、洗浄によって除去することが一般的に必要である。この結果として、穴がそのポリマー層の中に生成する。
良好な端部の被覆を備えた不浸透性の電気伝導性の外層は、電気化学重合によって成し遂げることができる。しかしながら、電気化学重合は、最初に導電性膜をコンデンサアノードの絶縁性の酸化物層上に堆積させて、次いでこの層を各々個々のコンデンサと電気的に接触させることを必要とする。この接点接触が大量生産においては非常に費用がかかりかつ不便であり、しかもこの酸化物層を損傷する可能性がある。
特許文献3では、ポリマー外層は、導電性ポリマーの粒子および結合剤を含む分散液を塗布することによって得られる。これらのプロセスを用いると、比較的容易にポリマー外層を得ることが可能である。しかしながら、このプロセスでの端部被覆は、必ずしも信頼性が高くなく、必ずしも再現性が高いわけではない。加えて、高温での長期のストレス下でのポリマー外層の熱安定性は不十分である。
特許文献4は、0.7〜20μmの範囲の直径を有する固体粒子を上記分散液に加えることによって、特許文献3のプロセスを改善する。これにより、端部および隅部の被覆は著しく改善される。しかしながら、固体粒子の添加によってポリマーの外膜は脆くなり、このため、外層が局所的に剥がれ落ちるということが生じる可能性があり、従って残留電流およびESRの上昇が生じる可能性がある。
このように、外層を脆くすることなくより良好な端部および隅部の被覆を成し遂げることができるという効果に向けて、特許文献3に記載される固体電解コンデンサを製造するためのプロセスを改善するというニーズがある。
欧州特許第340 512(B)号明細書 特開2003−188052号公報 欧州特許出願公開第1524678(A)号明細書 欧州特許出願公開第1746613(A)号明細書
それゆえ、本発明の目的は、このようなプロセスおよび従って改善されたコンデンサを提供することである。
本発明において、驚くべきことに、これらの要件は、架橋剤が少なくとも1つのジアミン、トリアミン、オリゴアミンもしくは高分子アミンまたはこれらの誘導体、少なくとも1つのカチオンおよび付加的に少なくとも1つのアミン基、もしくは少なくとも1つの多価カチオンを含むか、またはこの架橋剤が、その共役ポリマーの溶液もしくは分散液が付与された後に、少なくとも1つの多価カチオンを形成する場合、この架橋剤をコンデンサ体に付与し、次いで共役ポリマーの溶液または分散液を付与することによって満たされうるということが見出された。
溶液または分散液の付与の前に本発明の架橋剤を付与することは、共役ポリマーによる著しく改善された隅部および端部の被覆につながる。粗い固体粒子などの、上記溶液または分散液への添加剤は、もはや必要とはされない。例えば架橋剤をその溶液または分散液に添加することによる、架橋剤および溶液または分散液の同時付与の場合には、対照的に、上記要件は満たされ得ない。
それゆえ本発明は、電解コンデンサを製造するためのプロセスであって、少なくとも1つの架橋剤e)が、電極材料およびこの電極材料の表面を被覆する誘電体の電極体と、この誘電体表面を完全にまたは部分的に被覆する電気伝導性物質を少なくとも含む固体電解質と、を少なくとも含むコンデンサ体に付与され、架橋剤e)を付与した後に、共役ポリマーb)の少なくとも1つの溶液または分散液a)が付与され、溶媒または分散剤d)を少なくとも部分的に除去することによって、ポリマー外層が形成され、架橋剤E)は、少なくとも1つのジアミン、トリアミン、オリゴアミンもしくは高分子アミンまたはこれらの誘導体、少なくとも1つのカチオンおよび付加的に少なくとも1つのアミン基、もしくは少なくとも1つの多価カチオンを含むか、あるいは架橋剤e)は、溶液または分散液a)を付与した後に、少なくとも1つの多価カチオンを形成することを特徴とする、プロセスを提供する。
タンタルコンデンサの例を使用して、固体電解コンデンサの構築の概略図を示す。 タンタルコンデンサの概略的な層構造の図1からの拡大した細部を示す。 125℃での保存前(0日)ならびに125℃での1日間、2日間、3日間、4日間、6日間および7日間(1〜7日)の保存の各々の後に測定した、実施例35および比較例15から得たコンデンサの平均ESR(ミリオーム単位)。 125℃での保存前(0日)ならびに125℃での1日間、2日間、3日間、4日間、6日間および7日間(1〜7日)の保存の各々の後に測定した、実施例36および比較例16から得たコンデンサの平均ESR(ミリオーム単位)。 実施例37から得たコンデンサのポリマー外層における、引っかき傷の一部。 比較例17から得たコンデンサ体のポリマー外層における、引っかき傷の一部。
以降に与えられる記載は、本発明を例として説明する役割を果たすが、他を排除するものと考えられるべきではない。
本発明に係るプロセスによって製造される電解コンデンサでは、電極材料は、好ましくは、高表面積を有する多孔体を形成し、例えば、多孔性焼結体または粗面化された膜の形態で存在する。この物体は、本願明細書では以降、略して電極体とも呼ばれる。
誘電体で被覆された電極体は、本願明細書では以降、略して酸化された電極体とも呼ばれる。用語「酸化された電極体」は、その電極体の酸化によって製造されたものではない誘電体で被覆された電極体も包含する。
誘電体で被覆され、かつ完全にまたは部分的に固体電解質で覆われた電極体は、本願明細書では以降、略してコンデンサ体とも呼ばれる。
このコンデンサ体の外部表面は、そのコンデンサ体の外面を意味すると理解される。
本発明に係るプロセスによって当該溶液または分散液a)から製造される電気伝導性層は、本願明細書ではポリマー外層と呼ばれる。
溶液または分散液a)は、架橋剤e)によるより良好な架橋が起こり得るように、1000超、より好ましくは3000超、さらにより好ましくは10,000超、非常に好ましくは20,000超、特に好ましい実施形態では50,000超の平均分子量(重量平均)を有する少なくとも1つのポリマーを含むことが好ましい。
1000超の平均分子量を有するポリマーは、好ましくは、少なくとも、溶液または分散液a)の共役ポリマーb)、高分子アニオンまたは高分子結合剤を含む。
1000超の平均分子量を有するポリマーとして、高分子アニオンが特に好ましい。
平均分子量(重量平均)は、例えば、適切な溶離液およびMCXカラムの組み合わせを使用するゲル透過クロマトグラフィ(GPC)によって決定される。本発明では、検出は、RI検出器によってもたらされる。シグナルは、25℃でポリスチレンスルホン酸の検量線を参照して評価される。
本発明に係るプロセスにおける有用な架橋剤e)は、好ましくは、少なくとも以下のものを含む架橋剤である。
●ジアミン、トリアミン、オリゴアミンもしくは高分子アミンまたはこれらの誘導体、
●多価金属カチオン、例えばMg、Al、Ca、Fe、Cr、Mn、Ba、Ti、Co、Ni、Cu、Ru、CeまたはZnの塩または化合物、例えばMgBr、MgCl、MgSO、ZnBr、ZnCl、ZnSO、AlCl、Al(SO、CuCl、CuSO、TiOSO、FeCl、FeCl、FeSO、Fe(SO
●少なくとも2つのホスホニウム基を有する化合物、例えばトリフェニルホスホニウム化合物、例えば臭化(2−ジメチルアミノエチル)トリフェニルホスホニウムまたはp−キシリレンビス(トリフェニルホスホニウムブロミド)、
●ホスホニウム基および少なくとも1つのアミン基を有する化合物、例えば臭化(2−ジメチルアミノエチル)トリフェニルホスホニウムまたはこれらの誘導体、
●少なくとも2つのスルホニウム基を有する化合物、例えばトリアリールスルホニウム塩、例えば、式(XX)にあるもの
Figure 2012517113
●あるいは多価カチオンを形成することができる金属、例えばMg、Al、Ca、Fe、Cr、Mn、Ba、Ti、Co、Ni、Cu、Sn、CeもしくはZn、またはこれらの金属を含む合金。
少なくとも1つのジアミン、トリアミン、オリゴアミンもしくは高分子アミンまたはこれらの誘導体、または多価金属カチオンを含む架橋剤e)が特に好ましい。
少なくとも1つのジアミン、トリアミン、オリゴアミンもしくは高分子アミンまたはこれらの誘導体を含む架橋剤e)がなお特に好ましい。
少なくとも1つのジアミン、トリアミンまたはテトラミンまたはこれらの誘導体を含む架橋剤e)が非常に好ましい。
オリゴアミンは、少なくとも4つ以上のアミン基を含有するアミン、例えば4量体、5量体、6量体、7量体、8量体、9量体、10量体、11量体または12量体を意味すると理解される。
少なくとも1つのジアミン、トリアミン、オリゴアミンもしくは高分子アミンまたはこれらの誘導体を含む架橋剤e)の例としては、以下のアミンが挙げられる:
●脂肪族アミン、例えば
○脂肪族α,ω−ジアミン、例えば1,4−ジアミノシクロヘキサンまたは1,4−ビス(アミノメチル)シクロヘキサン、
○直鎖状脂肪族α,ω−ジアミン、例えばエチレンジアミン、1,6−ヘキサンジアミン、1,7−ヘプタンジアミン、1,8−オクタンジアミン、1,9−ノナンジアミン、1,10−デカンジアミンまたは1,12−ドデカンジアミン、
○上記脂肪族α,ω−ジアミンの誘導体、例えばN,N−ジメチルエチレンジアミン、N,N,N’,N’−テトラメチルエチレンジアミン、N,N,N’,N’−テトラメチル−1,4−ブタンジアミン、N,N,N,N’,N’,N’−ヘキサメチルヘキサメチレン−ジアンモニウムジブロミド、ピペラジン、1,4−ジアザビシクロ[2.2.2]オクタン、N,N,N’,N’−テトラキス(2−ヒドロキシプロピル)エチレンジアミン、N−[3−(トリメトキシシリル)プロピル]エチレンジアミン、または1,4−ビス(3−アミノプロピル)ピペラジン、
●アミド、例えばN,N’−ジアセチル−1,6−ヘキサンジアミン、N,N,N’,N’−テトラアセチルエチレンジアミン、1,4−ジホルミルピペラジンまたはN,N’−エチレンビス(ステアルアミド);
●少なくとも3つのアミノ基を有する脂肪族アミン、例えば1,4−ビス(3−アミノプロピル)ピペラジン、
●少なくとも3つのアミノ基を有する直鎖状脂肪族アミン、例えばN−(6−アミノヘキシル)−1,6−ジアミノヘキサンまたはN−(3−アミノプロピル)−1,4−ジアミノブタン、
●少なくとも3つのアミノ基を有する直鎖状脂肪族アミンの誘導体、例えば3−[2−(2−アミノエチルアミノ)エチルアミノ]プロピルトリメトキシシラン、
●少なくとも2つのアミノ基を有する芳香族アミン、例えばブリリアントグリーン(式XXI)、4,4’−メチレンビス(N,N−ジグリシジルアニリン)、o−フェニレンジアミン、m−フェニレンジアミン、p−フェニレンジアミン、1,5−ジアミノナフタレン、1,8−ジアミノナフタレン、2,3−ジアミノナフタレン、3−アミノフェニルスルホン、4−アミノフェニルスルホン、4−アミノフェニルエーテル、3,3’−ジアミノベンジジン、2−(4−アミノフェニル)エチルアミン、4,4’−メチレンジアニリン、2,6−ジアミノトルエン、N,N,N’,N’−テトラメチル−p−フェニレンジアミン、4,4’−ビス(ジエチルアミノ)ベンゾフェノン、4,4’−ビス(ジメチルアミノ)ベンズヒドロール、3,3’,5,5’−テトラメチルベンジジン、オーラミンO、ルビンS、m−キシレンジアミン、フタレイン、コンプレキソン、ブリリアントブルーG、葉酸
Figure 2012517113
●芳香族トリアミン、例えば4,4’,4”−メチリジントリス(N,N−ジメチルアニリン)(式XXII)
Figure 2012517113
●少なくとも2つのアミノ基を有するアミノ酸、例えばシトルリン、アルギニン、グルタミン、リジン、アスパラギン、ヒスチジンまたはトリプトファン、
●高分子アミン、例えばポリ(プロピレングリコール)ビス(2−アミノプロピル)エーテル、ポリエチレンイミンおよびポリ(アリルアミン)、ならびに
●高分子アミンの誘導体、例えばエトキシル化ポリエチレンイミン;
●さらなる例は式XXIII〜XXVIに与えられている。
Figure 2012517113
上に列挙された架橋剤の混合物を使用することも可能である。
上記脂肪族アミンが好ましく、脂肪族α,ω−ジアミンが特に好ましく、直鎖状脂肪族α,ω−ジアミンがなお特に好ましい。非常に好ましいものは、ジアミノオクタン、ジアミノノナン、ジアミノデカン、ジアミノウンデカンおよびこれらの誘導体、ならびにジアミノオクタン、ジアミノノナン、ジアミノデカン、ジアミノウンデカンおよびこれらの誘導体の混合物である。
本発明に係るプロセスでは、架橋剤e)は、溶液または分散液a)の付与後は、例えば溶液もしくは分散液a)との反応によって、溶媒もしくは分散剤d)との反応によってまたは溶液もしくは分散液a)の中にあるさらなる添加剤との反応によって多価カチオンを形成してもよい。
例えば、上に列挙された金属を含む架橋剤e)は、pHが7未満である溶液または分散液a)と接触すると多価金属カチオンを形成することができる。例えば、上に列挙された金属のうちの少なくとも1つ、例えばCaを含む架橋剤e)は、公知のプロセス、例えば気相成長、スパッタリングまたは昇華によって当該コンデンサ体に付与することができる。これがpHが7未満である溶液または分散液a)と接触するとき、対応する金属カチオン(Ca2+)が形成される。これらの金属カチオン(Ca2+)は、当該共役ポリマーによる当該コンデンサ体の隅部および端部の被覆の著しい改善につながる。
塩基性架橋剤e)は、固体電解質、特に導電性ポリマーを含む固体電解質を破壊する可能性がある。それゆえ架橋剤e)は、pHが10未満、より好ましくは8未満、さらにより好ましくは7未満、非常に好ましくは6未満である溶液または分散液から付与されることが好ましい。このpHは25℃で測定される。pHは、pH試験紙を用いて測定される。このpH試験紙は、非水系の溶液または分散液の場合は、脱塩水で予め湿らされる。この溶液または分散液は、好ましくは1を超える、より好ましくは2を超える、最も好ましくは3を超えるpHを有する。上に列挙されたアミンについては、pHは、例えば、酸を加えることにより調整することができる。使用される酸は、無機酸、例えば硫酸、リン酸もしくは硝酸、または有機酸、例えばカルボン酸もしくはスルホン酸であってもよい。カルボン酸またはスルホン酸、例えばメタンスルホン酸、エタンスルホン酸、プロパンスルホン酸、ブタンスルホン酸などのC〜C20−アルカンスルホン酸、またはドデカンスルホン酸などのより高級のスルホン酸、トリフルオロメタンスルホン酸、ペルフルオロブタンスルホン酸またはペルフルオロオクタンスルホン酸などの脂肪族ペルフルオロスルホン酸、2−エチルヘキシルカルボン酸などの脂肪族C〜C20−カルボン酸、トリフルオロ酢酸またはペルフルオロオクタン酸などの脂肪族ペルフルオロカルボン酸、およびベンゼンスルホン酸、o−トルエンスルホン酸、p−トルエンスルホン酸またはドデシルベンゼンスルホン酸などの、C〜C20−アルキル基によって任意に置換された芳香族スルホン酸、およびカンファースルホン酸などのシクロアルカンスルホン酸が好ましい。
一塩基性または一官能性の酸(本願明細書では以降、一酸とも呼ばれる)、例えばモノスルホン酸またはモノカルボン酸に加えて、pHを調整するために、二酸、三酸など、例えばジスルホン酸およびトリスルホン酸またはジカルボン酸およびトリカルボン酸を使用することも可能である。
pHを調整するために、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸もしくはポリマレイン酸などの高分子カルボン酸、ポリスチレンスルホン酸およびポリビニルスルホン酸などの高分子スルホン酸を使用することも可能である。これらのポリカルボン酸およびポリスルホン酸は、ビニルカルボン酸およびビニルスルホン酸と他の重合性モノマー、アクリルエステルおよびスチレンなどとのコポリマーであってもよい。
架橋剤e)は、コンデンサ体に付与された後に、架橋剤e)が塩または塩溶液の形態で存在するようにして、当該コンデンサ体に付与されることが好ましい。架橋剤e)の塩は、架橋剤e)と塩を形成することができる適切な物質m)で架橋剤e)を処理することにより、得ることができる。適切な物質m)は、例えば、pH調整のために使用することができる上に列挙された酸である。これらの酸は、塩基性架橋剤e)と架橋剤e)の塩を形成することができる。架橋剤e)を処理するために適切な物質m)は、固体、液体またはガス状であってもよい。この適切な物質m)は、溶液または分散液の形態で存在してもよい。架橋剤e)を適切な物質m)の溶液または分散液で処理する場合は、pHが好ましくは10未満、より好ましくは8未満、さらにより好ましくは7未満、非常に好ましくは6未満である溶液または分散液が使用される。このpHは25℃で測定される。この場合、逐次的なプロセスでは、架橋剤e)は最初にコンデンサ体に付与されてもよく、次いで適切な物質m)の溶液または分散液により処理が行われてもよく、または当該コンデンサ体が適切な物質m)の溶液または分散液で処理されてもよく、次いで架橋剤e)がそのコンデンサ体に付与されてもよい。架橋剤e)がpHが好ましくは10未満、より好ましくは8未満、さらにより好ましくは7未満、非常に好ましくは6未満である溶液または分散液の中にすでに存在し、この溶液から架橋剤e)の塩がコンデンサ体に付与されるプロセスが好ましい。
架橋剤e)のための溶媒または分散剤の例としては、以下の有機溶媒が挙げられる:メタノール、エタノール、イソプロパノール、n−プロパノール、n−ブタノール、イソブタノールおよびtert−ブタノールなどの直鎖状もしくは分枝状のC−〜C−アルコール;シクロヘキサノールなどの環状C−〜C−アルコール;アセトンおよびメチルエチルケトンなどの脂肪族ケトン;酢酸エチルおよび酢酸ブチルなどの脂肪族カルボン酸エステル;トルエンおよびキシレンなどの芳香族炭化水素;ヘキサン、ヘプタンおよびシクロヘキサンなどの脂肪族炭化水素;ジクロロメタンおよびジクロロエタンなどの塩素化炭化水素;アセトニトリルなどの脂肪族ニトリル、ジメチルスルホキシドおよびスルホランなどの脂肪族スルホキシドおよびスルホン;メチルアセトアミド、ジメチルアセトアミドおよびジメチルホルムアミドなどの脂肪族カルボキシアミド;ジエチルエーテルおよびアニソールなどの脂肪族エーテルおよび芳香環を含む脂肪族エーテル。上述の有機溶媒の混合物をこの溶媒として使用することも可能である。加えて、水または水と上述の有機溶媒の混合物をこの溶媒として使用することも可能である。
好ましい溶媒または分散剤は、水、またはメタノール、エタノール、イソプロパノール、n−プロパノール、n−ブタノール、イソブタノールおよびtert−ブタノールなどの直鎖状もしくは分枝状のC−〜C−アルコール;シクロヘキサノールなどの環状C−〜C−アルコールなどの他のプロトン性溶媒である。水とこれらのアルコールの混合物または水とこれらのアルコールの混合物の混合物が特に好ましく、水とメタノール、エタノール、イソプロパノールまたはn−プロパノールの混合物がなお特に好ましい。
適宜、架橋剤e)は、上記溶媒としても機能してもよい。
この溶媒または分散剤の中の架橋剤e)の濃度は、好ましくは0.0001M(モル濃度)〜10M、より好ましくは0.001M〜3M、さらにより好ましくは0.01M〜1M、非常に好ましくは0.03M〜0.6Mおよびまさに非常に好ましくは0.05M〜0.3Mである。
架橋剤e)の塩は、少なくとも10−6M、好ましくは少なくとも10−5M、より好ましくは少なくとも10−4M、最も好ましくは少なくとも10−3Mという少量で、少なくとも溶液または分散液a)に可溶であることが好ましい。
架橋剤e)は、公知のプロセスによって、例えばスピンコーティング、含浸、キャスティング(casting)、液滴の塗布(dropwise application)、噴霧、気相成長、スパッタリング、昇華、ナイフコーティング(knife−coating)、塗装または印刷、例えばインクジェット印刷、スクリーン印刷またはパッド印刷によってコンデンサ体に付与される。架橋剤e)は、少なくともコンデンサ体の隅部および/または端部に付与される。簡便な方法では、架橋剤e)は、コンデンサ体の外部表面全体または外部表面の一部に少なくとも付与される。この架橋剤は、さらに加えて多孔性コンデンサ体の中へと導入されてもよい。付与後、架橋剤e)の中に存在する溶媒または分散剤は、例えば熱処理によって少なくとも一部分は除去されることが好ましい。この溶媒または分散剤の除去のために、15℃〜500℃の間、より好ましくは25℃〜300℃の間、最も好ましくは50℃〜150℃の間の乾燥温度が好ましい。
架橋剤e)をコンデンサ体に付与し、そして任意に溶媒または分散剤を除去した後に、共役ポリマーb)の少なくとも1つの溶液または分散液a)がこのコンデンサ体に付与される。架橋剤e)を付与した後、そして任意に溶媒または分散剤を除去した後、溶液または分散液a)が、繰り返し付与されてもよい。より厚くかつ/または密な外層を成し遂げるために、架橋剤e)を付与し、任意に溶媒または分散剤を除去し、次いで溶液または分散液a)を繰り返し付与することが好ましい。架橋剤e)を付与する前に、溶液または分散液a)の層を付与することもすでに可能である。
架橋剤e)の付与後にはコンデンサ体と接触するがコンデンサ体の上には留まらずに再利用される、溶液または分散液a)の一部分は、連続的にまたは段階的に1以上のイオン交換体と接触することが好ましい。例えば、架橋剤e)の付与後に、当該コンデンサ体が、溶液または分散液a)を含む浴に浸漬されるとき、その浴の中での架橋反応を防止するために、その架橋剤に由来するカチオンによる溶液または分散液a)の混入物を除去することが好都合である可能性がある。この目的のために、その浴からの溶液または分散液a)は、1以上のカチオン交換体と、連続的にまたは段階的に接触することが好ましい。溶液または分散液a)は、カチオンに加えて、架橋剤の中に存在するあらゆるアニオンを除去するためにも、さらに加えて、1以上のアニオン交換体と接触されてもよい。その浴からの溶液または分散液a)は、イオン交換体(1種または複数種)を含むカートリッジを通して、連続的にまたは段階的にポンプ輸送されることが好ましい。有用なカチオンおよびアニオン交換体としては、例えば、Lanxess AG、レーバークーゼン(Leverkusen)製のLewatit(登録商標) イオン交換体、例えばLewatit MP 62アニオン交換体およびLewatit S100カチオン交換体が挙げられる。
溶液または分散液a)の共役ポリマーb)は、好ましくは、10S/cm超、より好ましくは20S/cm超、さらにより好ましくは50S/cm超、非常に好ましくは100S/cm超、特に好ましい実施形態では200S/cm超の比電気伝導率を有する。
共役ポリマーb)は、好ましくは、分散液の中に存在する粒子の中に存在する。
分散液の中にある共役ポリマーb)を含む粒子は、本発明に係るプロセスでは、好ましくは1〜10,000nm、より好ましくは1〜1000nm、最も好ましくは5〜500nmの平均直径を有する。
共役ポリマーb)を含む粒子の直径は、超遠心分離測定を用いて決定される。この一般的な方法は、Colloid Polym.Sci. 267、1113−1116(1989)に記載されている。当該分散液の中で膨潤する粒子の場合は、粒径は膨潤状態で決定される。粒子の直径分布は、粒径の関数としての、分散液の中にある粒子の質量分布に基づく。
溶液または分散液a)は、あるとしても、ごく少量のみの金属および遷移金属を含有することが好ましい。金属は、本願明細書では、元素周期表の主族または遷移族の金属の金属または金属イオンを指すと理解される。周知のとおり、遷移金属は、特に誘電体に損傷を与える可能性があり、その結果、このことから生じる残留電流の上昇がコンデンサの寿命を著しく短くするか、または過酷な条件下、例えば高温および/もしくは高い空気湿度下で当該コンデンサを使用することを不可能にしさえもする。
当該プロセスでは、溶液または分散液a)は、好ましくは、5000mg/kg未満、より好ましくは1000mg/kg未満、最も好ましくは200mg/kg未満の金属含有量を有する。本発明の金属の例としては、Na、K、Mg、Al、Ca、Fe、Cr、Mn、Co、Ni、Cu、Ru、CeまたはZnが挙げられる。
当該プロセスでは、溶液または分散液a)は、好ましくは、1000mg/kg未満、より好ましくは100mg/kg未満、最も好ましくは20mg/kg未満の遷移金属含有量を有する。本発明の遷移金属の例としては、Fe、Cu、Cr、Mn、Ni、Ru、Ce、ZnまたはCoが挙げられる。
当該プロセスでは、溶液または分散液a)は、好ましくは、1000mg/kg未満、より好ましくは100mg/kg未満、最も好ましくは20mg/kg未満の鉄含有量を有する。
上記溶液または分散液中での金属の低濃度は、ポリマー外層が形成されるとき、およびその後のそのコンデンサの動作において、誘電体に損傷が加えられないという大きな長所を有する。
溶液または分散液a)は、好ましくは、少なくとも1つの高分子有機結合剤c)を含む。有用な特に好ましい高分子有機結合剤c)としては、例えば、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル、ポリ酪酸ビニル、ポリアクリル酸エステル、ポリアクリルアミド、ポリメタクリル酸エステル、ポリメタクリルアミド、ポリアクリロニトリル、スチレン/アクリルエステル、酢酸ビニル/アクリルエステルおよびエチレン/酢酸ビニルコポリマー、ポリブタジエン、ポリイソプレン、ポリスチレン、ポリエーテル、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリウレタン、ポリアミド、ポリイミド、ポリスルホン、メラミン−ホルムアルデヒド樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂またはセルロース誘導体が挙げられる。さらに有用な高分子有機結合剤c)はまた、好ましくは、架橋剤、例えばメラミン化合物、ブロック化イソシアネートまたは官能性シラン、例えば3−グリシドオキシプロピルトリアルコキシシラン、テトラエトキシシランおよびテトラエトキシシラン加水分解生成物、または架橋性ポリマー、例えばポリウレタン、ポリアクリレートまたはポリオレフィンを添加し、その後で架橋することによって得られるものである。高分子結合剤c)として適切なこのような架橋生成物は、さらに加えて、例えば、添加された架橋剤と、溶液または分散液a)の中に存在するいずれかの高分子アニオンとの反応によって形成されてもよい。完成したコンデンサが後に曝される熱ストレス、例えば220〜260℃というはんだ付け温度に耐えるのに十分な熱安定性を有する結合剤c)が好ましい。
溶液または分散液a)の中での高分子結合剤c)の固形分含量は、0.1〜90重量パーセント(重量%)、好ましくは0.3〜30重量%、最も好ましくは0.5〜10重量%である。
溶液または分散液a)は、1以上の溶媒または分散剤d)を含んでもよい。溶媒または分散剤d)の例としては、例えば、以下の溶媒が挙げられる:メタノール、エタノール、イソプロパノールおよびブタノールなどの脂肪族アルコール;アセトンおよびメチルエチルケトンなどの脂肪族ケトン;酢酸エチルおよび酢酸ブチルなどの脂肪族カルボン酸エステル;トルエンおよびキシレンなどの芳香族炭化水素;ヘキサン、ヘプタンおよびシクロヘキサンなどの脂肪族炭化水素;ジクロロメタンおよびジクロロエタンなどの塩素化炭化水素;アセトニトリルなどの脂肪族ニトリル、ジメチルスルホキシドおよびスルホランなどの脂肪族スルホキシドおよびスルホン;メチルアセトアミド、ジメチルアセトアミドおよびジメチルホルムアミドなどの脂肪族カルボキシアミド;ジエチルエーテルおよびアニソールなどの脂肪族エーテルおよび芳香環を含む脂肪族エーテル。上述の有機溶媒の混合物をこの溶媒として使用することも可能である。加えて、水または水と上述の有機溶媒との混合物をこの溶媒または分散剤d)として使用することも可能である。
好ましい溶媒または分散剤d)は、水、または例えばメタノール、エタノール、i−プロパノール、およびブタノールなどのアルコールなどの他のプロトン性溶媒、ならびに水とこれらのアルコールの混合物である。特に好ましい溶媒は水である。
適宜、結合剤c)は、上記溶媒または分散剤d)としても機能することができる。
本発明に関しては、用語「ポリマー」は、複数の、同一のまたは異なる繰り返し単位を有するすべての化合物を包含する。
共役ポリマーは、交互の二重結合および単結合の少なくとも1つの配列、または芳香環もしくはヘテロ芳香環の連続した配列を含むポリマーである。
導電性ポリマーは、本願明細書では、とりわけ、酸化または還元の後に、電気伝導性を有する共役ポリマーの化合物の種類を意味すると理解される。好ましくは、このような共役ポリマーは、酸化後に、少なくとも1μScm−1の桁の電気伝導率を有する導電性ポリマーであると考えられる。
溶液または分散液a)の中の共役ポリマーb)は、好ましくは、任意に置換されている、少なくとも1つのポリチオフェン、ポリピロールまたはポリアニリンを含有する。
より好ましくは、共役ポリマーb)は、一般式(I)もしくは一般式(II)もしくは一般式(X)の繰り返し単位、または式(I)および(II)の繰り返し単位、もしくは式(I)および(X)の繰り返し単位、もしくは式(II)および(X)の繰り返し単位、または式(I)、(II)および(X)の繰り返し単位を有する少なくとも1つのポリチオフェン
Figure 2012517113
(式中、
Aは、任意に置換されたC〜C−アルキレンラジカルであり、
Rは、独立に、H、直鎖状もしくは分枝状の、任意に置換されたC〜C10−アルキルラジカル、任意に置換されたC〜C12−シクロアルキルラジカル、任意に置換されたC〜C14−アリールラジカル、任意に置換されたC〜C18−アラルキルラジカル、任意に置換されたC〜C−ヒドロキシアルキルラジカルまたはヒドロキシルラジカルであり、
xは0〜8の整数であり、
複数のRラジカルがAに結合されている場合は、それらは同じであってもよいし異なっていてもよい)
を含む。
一般式(I)および(II)は、x個の置換基RがアルキレンラジカルAに結合されていてもよいというように理解されるべきである。
一般式(I)もしくは(II)の繰り返し単位、または一般式(I)および(II)の繰り返し単位を有するポリチオフェン(式中、Aは任意に置換されたC〜C−アルキレンラジカルであり、xは0または1である)が特に好ましい。
さらに特に好ましい共役ポリマーb)は、任意に置換されているポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)である。
本発明に関しては、接頭辞「ポリ」は、複数の同じまたは異なる繰り返し単位が当該ポリマーまたはポリチオフェンの中に存在するということを意味すると理解されたい。当該ポリチオフェンは、全部でn個の、一般式(I)もしくは一般式(II)もしくは一般式(X)、または一般式(I)および(II)もしくは一般式(I)および(X)もしくは一般式(II)および(X)、または一般式(I)、(II)および(X)の繰り返し単位(ここで、nは2〜2000、好ましくは2〜100の整数である)を含む。一般式(I)もしくは一般式(II)もしくは一般式(X)の繰り返し単位、または一般式(I)および(II)の繰り返し単位もしくは一般式(I)および(X)の繰り返し単位もしくは一般式(II)および(X)の繰り返し単位、または一般式(I)、(II)および(X)の繰り返し単位は、ポリチオフェンの範囲内で各々同じであってもよいし異なっていてもよい。いずれの場合も同一の一般式(I)もしくは一般式(II)もしくは一般式(X)の繰り返し単位を有する、またはいずれの場合も同一の一般式(I)および(II)、もしくは一般式(I)および(X)、もしくは一般式(II)および(X)の繰り返し単位を有する、またはいずれの場合も同一の一般式(I)、(II)および(X)の繰り返し単位を有するポリチオフェンが好ましい。いずれの場合も同一の一般式(I)もしくは一般式(II)の繰り返し単位を有する、またはいずれの場合も同一の一般式(I)および(II)の繰り返し単位を有するポリチオフェンが特に好ましい。
末端基に、当該ポリチオフェンは、各々Hを有することが好ましい。
本発明に関しては、C〜C−アルキレンラジカルAは、好ましくは、メチレン、エチレン、n−プロピレン、n−ブチレンまたはn−ペンチレンである。C〜C18−アルキルRは、好ましくは、メチル、エチル、n−またはイソプロピル、n−、iso−、sec−またはtert−ブチル、n−ペンチル、1−メチルブチル、2−メチルブチル、3−メチルブチル、1−エチルプロピル、1,1−ジメチルプロピル、1,2−ジメチルプロピル、2,2−ジメチルプロピル、n−ヘキシル、n−ヘプチル、n−オクチル、2−エチルヘキシル、n−ノニル、n−デシル、n−ウンデシル、n−ドデシル、n−トリデシル、n−テトラデシル、n−ヘキサデシルまたはn−オクタデシルなどの直鎖状もしくは分枝状のC〜C18−アルキルラジカルであり、C〜C12−シクロアルキルラジカルRは、例えば、シクロペンチル、シクロヘキシル、シクロヘプチル、シクロオクチル、シクロノニルまたはシクロデシルであり、C〜C14−アリールラジカルRは、例えば、フェニルまたはナフチルであり、C〜C18−アラルキルラジカルRは、例えば、ベンジル、o−、m−、p−トリル、2,3−、2,4−、2,5−、2,6−、3,4−、3,5−キシリルまたはメシチルである。上記の一覧は、例として本発明を説明する役割を果たすが、排他的なものであるとみなされるべきではない。
本発明に関しては、Aラジカルおよび/またはRラジカルの任意のさらなる置換基としては、多くの有機基、例えばアルキル、シクロアルキル、アリール、アラルキル、アルコキシ、ハロゲン、エーテル、チオエーテル、ジスルフィド、スルホキシド、スルホン、スルホネート、アミノ、アルデヒド、ケト、カルボン酸エステル、カルボン酸、カーボネート、カルボキシレート、シアノ、アルキルシランおよびアルコキシシラン基、ならびにカルボキシアミド基が挙げられる。
ポリアニリンまたはポリピロールについての可能な置換基としては、例えば、上に列挙されたAおよびRラジカルならびに/またはAおよびRラジカルのさらなる置換基が挙げられる。非置換のポリアニリンが好ましい。
本発明の範囲は、上記のおよび以下に特定されるすべてのラジカルの画定、パラメータ、および説明を、全般的にまたは好ましい範囲内において互いとともに、すなわち、特定の範囲と好ましい範囲との間の任意の組み合わせを含めて、包含する。
好ましいプロセスにおいて共役ポリマーb)として使用されるポリチオフェンは、電荷を帯びていなくてもよいし、またはカチオン性であってもよい。好ましい実施形態では、それらはカチオン性である。「カチオン性」は、単にこのポリチオフェン主鎖上に存在する電荷のみを指す。Rラジカル上の置換基に応じて、当該ポリチオフェンは正電荷および負電荷をその構造単位の中に有することができ、この場合、この正電荷は当該ポリチオフェン主鎖上に存在し、負電荷は、存在する場合、スルホネート基またはカルボキシレート基によって置換されたRラジカル上に存在する。当該ポリチオフェン主鎖の正電荷は、Rラジカルに存在しうるアニオン性基によって部分的にまたは完全に飽和されていてもよい。全体的に見ると、このポリチオフェンは、これらの場合にはカチオン性であってもよく、電荷を帯びていなくてもよく、またはアニオン性でさえあってもよい。とはいうものの、本発明に関しては、それらは、すべてカチオン性ポリチオフェンであると考えられる。なぜなら、このポリチオフェン主鎖上の正電荷が非常に重要だからである。この正電荷は、上記式の中には示されていない。なぜなら、それらの正確な数および位置は明確に特定できないからである。しかしながら正電荷の数は、少なくとも1であり、多くともnである(nは、このポリチオフェン内のすべての(同じまたは異なる)繰り返し単位の総数である)。
任意にスルホネートまたはカルボキシレート置換された、従って負に帯電したRラジカルによってこの正電荷と均衡がとられていない限りでは、この正電荷と均衡をとるために、このカチオン性ポリチオフェンは対イオンとしてアニオンを必要とする。
対イオンは、モノマーアニオンであってもよくまたは高分子アニオンであってもよく、後者は、本願明細書ではポリアニオンとも呼ばれる。
高分子アニオンはモノマーアニオンよりも好ましい。なぜなら、高分子アニオンは膜形成に寄与し、かつそのサイズに起因して、熱的により安定な、電気伝導性の膜を導くからである。
本発明においては、高分子アニオンは、例えばポリアクリル酸、ポリメタクリル酸もしくはポリマレイン酸などの高分子カルボン酸のアニオン、またはポリスチレンスルホン酸およびポリビニルスルホン酸などの高分子スルホン酸のアニオンであってもよい。これらのポリカルボン酸およびポリスルホン酸は、ビニルカルボン酸およびビニルスルホン酸と他の重合性モノマー(アクリル酸エステルおよびスチレンなど)との共重合体であってもよい。
当該共役ポリマーb)における好ましい高分子アニオンは、高分子カルボン酸または高分子スルホン酸のアニオンである。
特に好ましい高分子アニオンは、ポリスチレンスルホン酸(PSS)のアニオンである。
このポリアニオンを与えるポリ酸の分子量は、好ましくは1000〜2,000,000、より好ましくは2000〜500,000である。このポリ酸またはそのアルカリ金属塩は市販されており、例えばポリスチレンスルホン酸およびポリアクリル酸などは、公知の方法(例えばHouben Weyl、Methoden der organischen Chemie[Methods of Organic Chemisry]、第E20巻、Makromolekulare Stoffe[Macromolecular Substances]、第2部、(1987)、1141頁以下参照)によって調製することができる。
高分子アニオン(1種または複数種)および電気伝導性のポリマーは、分散液a)の中に、とりわけ0.5:1〜50:1、好ましくは1:1〜30:1、より好ましくは2:1〜20:1の重量比で存在してもよい。当該電気伝導性ポリマーの重量は、本発明においては、当該重合において完全変換があると仮定して、使用されるモノマーの初期重量に相当する。
使用されるモノマーアニオンは、例えばメタンスルホン酸、エタンスルホン酸、プロパンスルホン酸、ブタンスルホン酸などのまたはより高級のスルホン酸(ドデカンスルホン酸など)などのC〜C20−アルカンスルホン酸のモノマーアニオン、トリフルオロメタンスルホン酸、ペルフルオロブタンスルホン酸またはペルフルオロオクタンスルホン酸などの脂肪族ペルフルオロスルホン酸のモノマーアニオン、2−エチルヘキシルカルボン酸などの脂肪族C〜C20−カルボン酸のモノマーアニオン、トリフルオロ酢酸またはペルフルオロオクタン酸などの脂肪族ペルフルオロカルボン酸のモノマーアニオン、およびベンゼンスルホン酸、o−トルエンスルホン酸、p−トルエンスルホン酸またはドデシルベンゼンスルホン酸などのC〜C20−アルキル基によって任意に置換された芳香族スルホン酸のモノマーアニオン、ならびにカンファースルホン酸などのシクロアルカンスルホン酸のモノマーアニオン、またはテトラフルオロホウ酸のモノマーアニオン、ヘキサフルオロリン酸のモノマーアニオン、過塩素酸のモノマーアニオン、ヘキサフルオロアンチモン酸のモノマーアニオン、ヘキサフルオロヒ酸のモノマーアニオンまたはヘキサクロロアンチモン酸のモノマーアニオンである。
好ましいモノマーアニオンは、p−トルエンスルホン酸、メタンスルホン酸またはカンファースルホン酸のアニオンである。
電荷の均衡をとるための対イオンとしてアニオンを含有するカチオン性ポリチオフェンは、当該技術分野では、ポリチオフェン/(ポリ)アニオン錯体とも呼ばれることが多い。
溶液または分散液a)は、表面活性物質、例えばイオン性および/または非イオン性の界面活性剤;接着促進剤、例えば有機官能性シランまたはその加水分解生成物、例えば3−グリシドオキシプロピルトリアルコキシシラン、3−アミノプロピルトリエトキシシラン、3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、3−メタクリロイルオキシプロピルトリメトキシシラン、ビニルトリメトキシシランまたはオクチルトリエトキシシラン;メラミン化合物、ブロック化イソシアネート、官能性シラン −例えばテトラエトキシシラン、(例えばテトラエトキシシランに基づく)アルコキシシラン加水分解生成物、エポキシシラン(3−グリシドオキシプロピルトリアルコキシシラン)−、ポリウレタン、ポリアクリレートもしくはポリオレフィン分散液などの架橋剤、またはさらなる添加剤などのさらなる物質も含んでよい。
本発明に関しては、溶液または分散液a)は、表面活性物質、接着促進剤、架橋剤およびさらなる添加剤を、いずれも単独でまたはそれらの任意の所望の組み合わせで含んでもよい。
溶液または分散液a)は、電気伝導率を増大させるさらなる添加剤、例えばエーテル基を含む化合物(例えばテトラヒドロフラン);ラクトン基を含む化合物(γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトンなど);アミドまたはラクタム基を含む化合物(カプロラクタム、N−メチルカプロラクタム、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチルアセトアミド、N,N−ジメチルホルムアミド(DMF)、N−メチルホルムアミド、N−メチルホルムアニリド、N−メチルピロリドン(NMP)、N−オクチルピロリドン、ピロリドンなど);スルホンおよびスルホキシド(例えばスルホラン(テトラメチレンスルホン)、ジメチルスルホキシド(DMSO));糖類または糖誘導体(例えばスクロース、グルコース、フルクトース、ラクトース、糖アルコール(例えばソルビトール、マンニトール));イミド(例えばスクシンイミドまたはマレイミド);フラン誘導体(例えば2−フランカルボン酸、3−フランカルボン酸)、および/またはジアルコールまたはポリアルコール(例えばエチレングリコール、グリセロールまたはジエチレングリコールまたはトリエチレングリコール)を含むことが好ましい。電気伝導率増大添加剤として、テトラヒドロフラン、N−メチルホルムアミド、N−メチルピロリドン、エチレングリコール、ジメチルスルホキシドまたはソルビトールを使用することが特に好ましい。このさらなる添加剤は、いずれも単独でまたはそれらの任意の所望の組み合わせで溶液または分散液a)の中に存在してもよい。
溶液または分散液a)は1〜14のpHを有してもよく、1〜10のpHが好ましく、1〜8のpHが特に好ましい。このpHは25℃で測定される。
このpHを調整するために、例えば、塩基または酸を、上記溶液または分散液に加えることができる。使用される塩基は、無機塩基、例えば水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウムもしくはアンモニア、または有機塩基、例えばエチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン、プロピルアミン、ジプロピルアミン、トリプロピルアミン、イソプロピルアミン、ジイソプロピルアミン、ブチルアミン、ジブチルアミン、トリブチルアミン、イソブチルアミン、ジイソブチルアミン、トリイソブチルアミン、1−メチルプロピルアミン、メチルエチルアミン、ビス(1−メチル)プロピルアミン、1,1−ジメチルエチルアミン、ペンチルアミン、ジペンチルアミン、トリペンチルアミン、2−ペンチルアミン、3−ペンチルアミン、2−メチルブチルアミン、3−メチルブチルアミン、ビス(3−メチルブチルアミン)、トリス(3−メチルブチルアミン)、ヘキシルアミン、オクチルアミン、2−エチルヘキシルアミン、デシルアミン、N−メチルブチルアミン、N−エチルブチルアミン、N,N−ジメチルエチルアミン、N,N−ジメチルプロピル、N−エチルジイソプロピルアミン、アリルアミン、ジアリールアミン、エタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、メチルエタノールアミン、メチルジエタノールアミン、ジメチルエタノールアミン、ジエチルエタノールアミン、N−ブチルエタノールアミン、N−ブチルジエタノールアミン、ジブチルエタノールアミン、シクロヘキシルエタノールアミン、シクロヘキシルジエタノールアミン、N−エチルエタノールアミン、N−プロピルエタノールアミン、tert−ブチルエタノールアミン、tert−ブチルジエタノールアミン、プロパノールアミン、ジプロパノールアミン、トリプロパノールアミンもしくはベンジルアミンであってもよい。使用される酸は、無機酸、例えば硫酸、リン酸もしくは硝酸、または有機酸、例えばカルボン酸もしくはスルホン酸であってもよい。上記溶液または分散液の膜形成を損なわずかつ比較的高温で、例えばはんだ付け温度で当該固体電解質の中に留まる添加剤、例えば塩基であるジメチルエタノールアミン、ジエタノールアミン、アンモニアまたはトリエタノールアミン、および酸であるポリスチレンスルホン酸が好ましい。
付与方法に応じて、溶液または分散液a)の粘度は、0.1〜100,000mPa.sの間(レオメータを用いて20℃および100s−1のせん断速度で測定した値)であってもよい。この粘度は、好ましくは1〜10,000mPa.s、より好ましくは10〜1000mPa.sの間、最も好ましくは30〜500mPa.sである。
当該固体電解質の電気伝導性物質は、導電性ポリマーまたはポリマーではない導電性物質、例えば電荷移動錯体、例えばTCNQ(7,7,8,8−テトラシアノ−1,4−キノジメタン)、二酸化マンガンまたは塩、例えばイオン液体を形成することができる塩を含んでもよい。
当該固体電解質は、好ましくは導電性ポリマーを含む。使用される導電性ポリマーは、ポリマー外層用にも使用される上述の導電性ポリマーであってもよい。より好ましくは、この固体電解質は、ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)を上記導電性ポリマーとして含み;最も好ましくは、この固体電解質は、ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)/ポリスチレンスルホン酸を導電性ポリマーとして含む。
この固体電解質は、好ましくは、誘電体表面上で、1000nm未満、より好ましくは200nm未満、最も好ましくは50nm未満の厚さを有する層を形成する。
この固体電解質による誘電体の被覆は、以下のとおりにして測定することができる:コンデンサのキャパシタンスは、乾燥状態および湿状態で120Hzで測定される。被覆の程度は、湿状態でのキャパシタンスに対する乾燥状態でのキャパシタンスの、パーセントで表された比である。「乾燥状態」は、そのコンデンサが、分析される前に、高温(80〜120℃)で数時間にわたって乾燥されたということを意味する。「湿状態」は、そのコンデンサが、高められた圧力下で、例えば蒸気ボイラーの中で数時間にわたって飽和空気湿度に曝されたということを意味する。この過程で、水分は、当該固体電解質で被覆されていない孔の中へと浸透して、そこで液体電解質として作用する。
当該固体電解質による誘電体の被覆は、好ましくは50%より大きく、より好ましくは70%より大きく、最も好ましくは80%より大きい。
このポリマー外層は、概略的におよび例として図1および図2に示されるように、コンデンサ体の外部表面全体または外部表面の一部分にわたって存在することが好ましい。この外部表面は、コンデンサ体の外面を意味すると理解される。
図1は、以下のものを含むタンタルコンデンサの例を使用して、固体電解コンデンサの構築の概略図を記載する:
1 コンデンサ体
5 ポリマー外層
6 グラファイト/銀層
7 電極体2へのワイヤ接点
8 外側接点
9 封入体
10 細部。
図2は、以下のものを含むタンタルコンデンサの概略的な層構造の、図1からの拡大した細部10を記載する:
10 細部
2 多孔性電極体(アノード)
3 誘電体
4 固体電解質(カソード)
5 ポリマー外層
6 グラファイト/銀層。
多孔性焼結体の代わりに、多孔性膜、例えばアルミニウム箔が電極体として使用される場合、上記のものと同様の構築物が、原理上、現れる。より高いキャパシタンスを成し遂げるために、好ましくは複数の膜が接点接続されて、1つの筐体の中に並列に一緒に封入される。
ポリマー外層の厚さは、好ましくは1〜1000μm、より好ましくは1〜100μm、さらにより好ましくは2〜50μm、なおとりわけ好ましくは4〜20μmである。この層厚さは、外部表面の上で変化してもよい。より具体的には、層厚さは、コンデンサ体の側面上よりも、コンデンサ体の端部で厚くてもまたは薄くてもよい。しかしながら、実質的に均一な層厚さが好ましい。
ポリマー外層は、コンデンサ体の外層を形成する多層系の一部であってもよい。さらなる機能層がこのポリマー外層上に存在することも可能である。加えて、複数のポリマー外層が、コンデンサ体上に存在してもよい。
特に好ましい実施形態では、当該新規なプロセスによって製造される電解コンデンサは、導電性物質としてポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)(PEDT)を含む固体電解質と、ポリスチレンスルホン酸(PSS)およびポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)を含むポリマー外層とを含む。
さらに特に好ましい実施形態では、この新規なプロセスによって製造される電解コンデンサは、PEDT/PSSを含む固体電解質と、PEDT/PSSを含むポリマー外層とを含む。本発明に係るプロセスによって製造される固体電解コンデンサは、低残留電流、低等価直列抵抗および高熱安定性について、顕著なものである。
原理上、このような本発明の電解コンデンサは、以下のようにして製造することができる:まず、例えば、高表面積を有するバルブ金属粉末が圧縮され、多孔性電極体へと焼結される。これがなされるとき、好ましくはバルブ金属、例えばタンタルの電気接点ワイヤも、典型的にその電極体の中へと含められる。あるいは、多孔性膜を得るために金属箔をエッチングすることも可能である。
この電極体は、例えば電気化学的酸化によって誘電体、すなわち酸化物層でコーティングされる。次いで誘電体上に、例えば酸化重合によって、導電性ポリマーが化学的にまたは電気化学的に堆積され、上記固体電解質を形成する。この目的のために、導電性ポリマーを調製するための前駆体、1以上の酸化剤、および適切な場合、対イオンが、一緒にまたは連続的に、多孔性電極体の誘電体に付与され、化学的におよび酸化的に重合されるか、または導電性ポリマーを生成するための前駆体および対イオンが、多孔性電極体の誘電体の上で、電気化学重合によって重合される。固体電解質を形成するために、使用される導電性物質は、好ましくは、導電性ポリマー、例えば任意に置換されたポリチオフェン、ポリピロールまたはポリアニリンの分散液または溶液である。例えば国際公開第2007/031206号パンフレットに記載されている、ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)に基づく導電性ポリチオフェンの分散液が好ましい。
本発明に従って固体電解質が生成された後、架橋剤e)、次いで共役ポリマーb)を含む溶液または分散液a)、および溶媒または分散剤d)がコンデンサ体に付与され、溶媒または分散剤d)を少なくとも部分的に除去することによって、ポリマー外層が形成される。任意に、このポリマー外層は、ポリマー外層の中にある共役ポリマーの電気伝導率を増大するために、後処理される。この後処理は、例えば、熱的な後処理からなってもよい。任意に、さらなる層がこのポリマー外層に付与される。良好な電気伝導率の層を有するコーティング、例えばグラファイトおよび銀は、電流を放電するための電極としての働きをする。最後に、このコンデンサは、接点接続されて、封入される。
電極材料がバルブ金属またはバルブ金属に匹敵する電気特性を有する化合物であることを特徴とする電解コンデンサを製造するためのプロセスは、さらに好ましい。
本発明に関しては、バルブ金属は、金属の酸化物層が両方向に等しく電流の流れを許容するわけではない、その金属を表すと理解される。電圧がアノードに印加されるときこのバルブ金属の酸化物層は電流の流れを遮断するが、他方、電圧がカソードに印加されるときその酸化物層を破壊する可能性がある大電流が流れる。バルブ金属としては、Be、Mg、Al、Ge、Si、Sn、Sb、Bi、Ti、Zr、Hf、V、Nb、TaおよびWならびにこれらの金属の少なくとも1つと他の元素との合金または化合物が挙げられる。バルブ金属の最も知られた例は、Al、TaおよびNbである。バルブ金属に匹敵する電気特性を有する化合物は、易酸化性でありかつその酸化物層が本願明細書にこれまでに記載された特性を有する、金属的な電気伝導率を呈する化合物である。例えばNbOは金属的な電気伝導率を呈するが、一般にはバルブ金属とは考えられない。しかしながら酸化されたNbOの層はバルブ金属酸化物層の典型的な特性を呈し、そのため、NbOまたはNbOと他の元素との合金もしくは化合物はバルブ金属に匹敵する電気特性を有するそのような化合物の典型例である。
タンタル、アルミニウムから構成される電極材料、およびニオブまたは酸化ニオブに基づく電極材料が好ましい。
ニオブまたは酸化ニオブに基づく電極材料は、ニオブまたは酸化ニオブが最大の量的割合の構成成分を構成する材料を意味すると理解される。
ニオブまたは酸化ニオブに基づく電極材料は、好ましくはニオブ、NbO、ニオブ酸化物NbO(xは、0.8〜1.2の値をとってもよい)、窒化ニオブ、ニオブ酸窒化物もしくはこれらの物質の混合物、またはこれらの物質のうちの少なくとも1つと他の元素との合金もしくは化合物である。
好ましい合金は、少なくとも1つのバルブ金属、例えばBe、Mg、Al、Ge、Si、Sn、Sb、Bi、Ti、Zr、Hf、V、Nb、TaまたはWとの合金である。
従って、用語「易酸化性の金属」は、金属だけでなく金属と他の元素との合金または化合物をも包含するが、ただしそれはその金属と他の元素との合金または化合物が金属的な電気伝導率を呈しかつ易酸化性である場合に限る。
この易酸化性の金属は、例えば粉末形態で多孔性電極体へと焼結されるか、または多孔性構造体が金属体に付与される。後者は、例えば膜をエッチングすることにより行うことができる。
この多孔性電極体は、電圧を印加することにより、例えば適切な電解質中、例えばリン酸中で酸化される。この形成電圧の大きさは、成し遂げられるべき酸化物層の厚さおよび/またはそのコンデンサにのちに印加される電圧に依存する。好ましい形成電圧は、1〜800V、より好ましくは1〜300Vである。
当該電極体を製造するために、1000〜1,000,000μC/gの比電荷を有する金属粉末が好ましく、より好ましくは5000〜500,000μC/gの比電荷、さらにより好ましくは5000〜300,000μC/gの比電荷、特に好ましくは10,000〜200,000μC/gの比電荷を有する金属粉末が使用される。
この金属粉末の比電荷は次のようにして算出される:
金属粉末の比電荷=(キャパシタンス×アノード酸化電圧)/酸化された電極体の重量
このキャパシタンスは、電解質水溶液中で120Hzにおいて測定された、当該酸化された電極体のキャパシタンスから決定される。この電解質の電気伝導率は、120Hzにおいて、電解質の電気抵抗率に起因するキャパシタンスの減衰がまだ存在しないほどに十分大きい。例えば、18%硫酸電解質水溶液がこの測定のために使用される。
使用される電極体は、10〜90%、好ましくは30〜80%、より好ましくは50〜80%の多孔性を有する。
多孔性電極体は、10〜10,000nm、好ましくは50〜5000nm、より好ましくは100〜3000nmの平均孔径を有する。
従って本発明は、より好ましくは、電解コンデンサを製造するためのプロセスであって、上記バルブ金属またはバルブ金属に匹敵する電気特性を有する化合物がタンタル、ニオブ、アルミニウム、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、バナジウム、これらの金属のうちの少なくとも1つと他の元素との合金もしくは化合物、NbOまたはNbOと他の元素との合金もしくは化合物であることを特徴とする、プロセスを提供する。
当該誘電体は、好ましくは当該電極材料の酸化物からなる。それは、任意に、さらなる元素および/または化合物を含む。
当該コンデンサのキャパシタンスは、誘電体の種類だけでなく、誘電体の表面積および厚さにも依存する。比電荷は、酸化された電極体が単位重量あたりにどれくらい多くの電荷を収容することができるかの尺度である。このコンデンサの比電荷は次のようにして算出される:
コンデンサの比電荷=(キャパシタンス×定格電圧)/酸化された電極体の重量
このキャパシタンスは、120Hzにおいて測定された完成したコンデンサのキャパシタンスから決定され、定格電圧は、当該コンデンサの特定された使用電圧である。酸化された電極体の重量は、ポリマー、接点および封入体なしの誘電体がコーティングされた多孔性電極材料の単純な重量に基づく。
この新規なプロセスによって製造される電解コンデンサは、好ましくは500〜500,000μC/gの比電荷、より好ましくは2500〜250,000μC/gの比電荷、さらにより好ましくは2500〜150,000μC/gの比電荷、特に好ましくは5000〜100,000μC/gの比電荷を有する。
溶液または分散液a)の中の共役ポリマーb)の調製のための調製のための前駆体は、本願明細書において前駆体とも呼ばれ、この前駆体は、適切なモノマーまたはその誘導体を意味すると理解される。異なる前駆体の混合物を使用することも可能である。適切なモノマー前駆体は、例えば、任意に置換されたチオフェン、ピロールまたはアニリン、好ましくは任意に置換されたチオフェン、より好ましくは任意に置換された3,4−アルキレンジオキシチオフェン、3,4−アルキレンオキシチアチオフェンまたはチエノ[3,4−b]チオフェンである。
任意に置換された3,4−アルキレンジオキシチオフェン、3,4−アルキレンオキシチアチオフェンまたはチエノ[3,4−b]チオフェンの例としては、一般式(III)もしくは一般式(IV)もしくは一般式(XI)の化合物、または一般式(III)および(IV)のチオフェンの混合物、もしくは一般式(III)および(XI)のチオフェンの混合物、もしくは一般式(IV)および(XI)のチオフェンの混合物、または一般式(III)、(IV)および(XI)のチオフェンの混合物
Figure 2012517113
(式中、
Aは、任意に置換されたC〜C−アルキレンラジカル、好ましくは任意に置換されたC〜C−アルキレンラジカルであり、
Rは、直鎖状もしくは分枝状の、任意に置換されたC〜C18−アルキルラジカル、好ましくは直鎖状もしくは分枝状の、任意に置換されたC〜C14−アルキルラジカル、任意に置換されたC〜C12−シクロアルキルラジカル、任意に置換されたC〜C14−アリールラジカル、任意に置換されたC〜C18−アラルキルラジカル、任意に置換されたC〜C−ヒドロキシアルキルラジカル、好ましくは任意に置換されたC〜C−ヒドロキシアルキルラジカル、またはヒドロキシルラジカルであり、
xは、0〜8の整数、好ましくは0〜6の整数、より好ましくは0または1であり、
複数のRラジカルがAに結合されている場合、このRラジカルは同じであってもよいし異なっていてもよい)
が挙げられる。
まさに特に好ましいモノマー前駆体は、任意に置換された3,4−エチレンジオキシチオフェンである。
置換3,4−エチレンジオキシチオフェンの例としては、一般式(V)の化合物
Figure 2012517113
(式中、Rおよびxは、各々、一般式(III)および(IV)について画定されたとおりである)が挙げられる。
本発明に関しては、これらのモノマー前駆体の誘導体は、例えば、これらのモノマー前駆体の二量体または三量体を意味するものと理解される。このモノマー前駆体のより高分子量の誘導体、すなわち四量体、五量体なども誘導体として可能である。
置換3,4−アルキレンジオキシチオフェンの誘導体の例としては、一般式(VI)の化合物
Figure 2012517113
(式中、
nは、2〜20の整数、好ましくは2〜6の整数、より好ましくは2または3であり、
A、Rおよびxは、各々、一般式(III)および(IV)について画定されたとおりである)
が挙げられる。
これらの誘導体は同一のまたは異なるモノマー単位から形成されてもよく、純粋な形態でまたは互いとのおよび/もしくは当該モノマー前駆体との混合物として使用されてもよい。これらの前駆体の酸化された形態または還元された形態は、本発明に関しては用語「前駆体」に包含されるが、ただしそれは、それらの重合によって上に列挙した前駆体の場合と同じ導電性ポリマーが形成される場合に限る。
上記の前駆体についての、とりわけチオフェンについての、好ましくは3,4−アルキレンジオキシチオフェンについての有用な置換基としては、一般式(III)、(IV)または(XI)について特定されるRラジカルが挙げられる。
ピロールおよびアニリンについての有用な置換基としては、例えば、上で詳述したAおよびRラジカルならびに/またはAおよびRラジカルのさらなる置換基が挙げられる。
Aラジカルおよび/またはRラジカルの任意のさらなる置換基としては、一般式(I)、(II)または(X)に関連して特定される有機基が挙げられる。
導電性ポリマーの調製のためのモノマー前駆体およびその誘導体を調製するためのプロセスは当業者に公知であり、例えばL.Groenendaal、F.Jonas、D.Freitag、H.PielartzikおよびJ.R.Reynolds、Adv.Mater.、12(2000) 481−494およびその中で引用される文献に記載されている。
使用されるポリチオフェンの調製のために必要とされる式(III)の3,4−アルキレンオキシチアチオフェンは当業者に公知であるか、または公知のプロセスによって(例えばP.Blanchard、A.Cappon、E.Levillain、Y.Nicolas、P.FrereおよびJ.Roncali、Org.Lett.、4(4)、2002、607−609頁に従って)調製することができる。
使用されるポリチオフェンの調製のために必要とされる式(XI)のチエノ[3,4−b]チオフェンは、当業者に公知であるか、または公知のプロセスによって(例えば米国特許出願公開第2004/0074779(A1)号明細書に従って)調製することができる。
当該分散液は、例えば、欧州特許出願公開第440 957(A)号明細書で特定される条件と同様にして、上記の前駆体から調製される。この分散液の調製のための改良された変法は、無機塩含有量またはその一部を除去するためにイオン交換体を使用することである。このような変法は、例えば独国特許出願公開第19627071号明細書に記載されている。このイオン交換体は、例えば生成物とともに撹拌されてもよいし、または生成物をイオン交換樹脂を充填したカラムに通してもよい。
ポリアニリン/ポリアニオンまたはポリチオフェン/ポリアニオン錯体の調製およびその後の1以上の溶媒への分散または再分散も可能である。
溶液または分散液a)の中の共役ポリマーb)の固形分含量は、0.1〜90重量%、好ましくは0.5〜30重量%、最も好ましくは0.5〜10重量%である。
溶液または分散液a)は、公知のプロセスにより、例えばスピンコーティング、含浸、キャスティング、液滴の塗布、噴霧、ナイフコーティング、塗装または印刷、例えばインクジェット印刷、スクリーン印刷またはパッド印刷により当該電極体の誘電体へと付与される。
溶液または分散液a)の中の共役ポリマーb)およびいずれかのさらなる添加剤がポリマー外層を形成することができるように、溶液または分散液a)が付与された後に、溶媒または分散剤d)が除去されることが好ましい。しかしながら、溶媒または分散剤d)のうちの少なくとも一部分がこのポリマー外層の中に留まることも可能である。溶媒または分散剤d)の種類に応じて、溶媒または分散剤d)は、完全に除去されでもよいし、一部分だけが、部分的な除去後にまだ留まってもよい。
溶媒または分散剤d)は、この分散液が付与された後に、単純なエバポレーションにより室温で除去することができる。しかしながら、より高い処理速度を達成するために、溶媒または分散剤d)を高温で、例えば20〜300℃まで、好ましくは40〜250℃までの温度で除去することがより有利である。熱的後処理は、溶媒の除去とともに直接、またはコーティングの完了とは異なる時期に行うことができる。
コーティングのために使用される溶液または分散液の種類に応じて、熱処理の継続期間は5秒〜数時間である。熱処理については、異なる温度および滞留時間の温度プロファイルを使用することもできる。
この熱処理は、例えば、コーティングされた酸化された電極体が、加熱されたチャンバーの中を所望の温度で、選択された温度での所望の滞留時間が達成されるような速度で移動されるか、または所望の滞留時間の間、所望の温度でホットプレートと接触されるようにして実施することができる。加えて、この熱処理は、例えば1つのオーブンまたは異なる温度のいくつかのオーブンの中で行うことができる。
ポリマー外層が生成された後、良好な電気伝導率を有するさらなる層、例えばグラファイトおよび/または銀層が、好ましくはこのコンデンサに付与されてもよく、このコンデンサは、接点に接続されて、封入される。
本発明に係るプロセスによって、コンデンサ体の端部および隅部でさえも不浸透性であるポリマー外層を有する固体電解コンデンサを特に簡単な様式で製造することが可能になる。この固体電解コンデンサは、低ESR、低残留電流および高熱安定性について、顕著なものである。従って、本発明に係るプロセスによって製造される電解コンデンサは、本発明の主題の一部を形成する。
本発明に従って製造される電解コンデンサは、その低残留電流および低ESRのため、電子回路の中の構成要素として、例えばフィルターコンデンサまたはデカップリングコンデンサとして使用するのに極めて適している。この使用も本発明の主題の一部を形成する。例えば、コンピューター(デスクトップ、ラップトップ、サーバー)の中に、コンピューター周辺機器(例えばPCカード)の中に、携帯用電子デバイス、例えば携帯電話、デジタルカメラまたは娯楽用電子機器の中に、娯楽用電子機器用装置の中に、例えばCD/DVDプレーヤおよびコンピューターゲーム用コンソールの中に、ナビゲーションシステムの中に、電気通信設備の中に、家電製品の中に、電圧源の中に、または自動車用電子機器の中に存在するような、電子回路が好ましい。
以下の実施例は、本発明を例示的に説明する働きをするが、決して限定として解釈されるべきではない。
実施例1:導電性ポリマーの分散液の調製
分散液A)
撹拌機および温度計を具える5lのガラス反応器に、最初に、1736gの脱イオン水、660gの、70,000の平均分子量(重量平均M)および3.8重量%の固形分含量を有するポリスチレンスルホン酸水溶液を投入した。反応温度を20〜25℃の間に保った。撹拌しながら、10.2gの3,4−エチレンジオキシチオフェンを加えた。この溶液を30分間撹拌した。その後、0.06gの硫酸鉄(III)および19gの過硫酸ナトリウムを加え、この溶液をさらに24時間撹拌した。この反応が終了した後、200mlの強酸性のカチオン交換体(Lewatit S100、Lanxess AG)および500mlの弱塩基性のイオン交換体(Lewatit MP 62、Lanxess AG)を使用して無機塩を除去し、この溶液をさらに2時間撹拌した。このイオン交換体を濾別した。
固形分含量を決定するために、この分散液5gを100℃で14時間乾燥した。分散液Aは1%の固形分含量を有していた。
分散液Aは以下の粒子粒度分布を有していた:
10 60nm
50 163nm
90 271nm。
当該導電性ポリマーの粒子b)の直径は、粒径の関数としての、当該分散液の中にある粒子b)の質量分布に基づく。この測定は、超遠心分離測定を用いて行った。この粒径は、粒子の膨潤状態で測定した。
分散液B)
PEDT/PSS分散液Aの一部分を、高圧ホモジナイザーを用いて、700barの圧力で10回、均質化した。
このように調製した分散液Bは以下の粒子粒度分布を有していた:
10 20nm
50 28nm
90 44nm。
分散液Bの固形分含量は、1%であった。
10gの分散液Bを0.5gのジメチルスルホキシド(DMSO)と混合し、撹拌して分散液を形成した。この分散液の一部分を、スピンコーター(Chemat Technology KW−4A)を用いて顕微鏡スライド(26mm×26mm×1mm)の上へと広げた。この試料を120℃で10分間乾燥した。その後、この顕微鏡スライドの2つの対向する端部を導電性の銀でコーティングした。この導電性の銀を乾燥した後、この2つの銀のストリップを接点に接続し、Keithley 199マルチメータを使用して、表面抵抗率を測定した。層厚さは、Tencor Alpha Step 500 Surface Profilerを用いて測定した。表面抵抗率および層厚さdを使用して、σ=1/(R×d)に従って、比電気伝導率σを決定した。層厚さは75nmであり、比電気伝導率は430S/cmであった。
上記分散液の粘度は、100Hzのせん断速度および20℃で30mPa・sであった。
分散液Bの金属含有量のICP分析から以下の値を得た:
ナトリウム(Na):130mg/kg
マグネシウム(Mg):0.62mg/kg
アルミニウム(Al):1.1mg/kg
ケイ素(Si):1.3mg/kg
リン(P):6.3mg/kg
カリウム(K):0.71mg/kg
カルシウム(Ca):4.0mg/kg
クロム(Cr):0.17mg/kg
鉄(Fe):1.07mg/kg
亜鉛(Zn):<0.01mg/kg。
分散液C)
PEDT/PSS分散液A)の一部分を、ロータリー・エバポレーターで、固形分含量1.5%まで濃縮した。撹拌機を具えたビーカーの中で、160gのこの濃縮分散液PEDT/PSS分散液A)、28gの水、6gのスルホポリエステル(Eastek 1100、固形分含量30%、平均分子量10,000〜15,000、Eastman)、8gのジメチルスルホキシド、1gの3−グリシドオキシプロピルトリメトキシシラン(Silquest A−187、OSi Specialties)および0.4gの湿潤剤(Dynol 604、Air Products)を、勢いよく1時間混合した。このようにして得たこの分散液C)は、2.7%の固形分含量および188mPasの粘度を有していた。比電気伝導率は205S/cmであった。
分散液D)
撹拌機および温度計を具えた5lのガラス反応器に、最初に2.5lの脱塩水を投入した。撹拌しながら、214.2gのp−トルエンスルホン酸一水和物および2.25gの硫酸鉄(III)七水和物を導入した。すべてが溶解すると、85.8gの3,4−エチレンジオキシチオフェンを加え、この混合物を30分間撹拌した。その後、192.9gのペルオキソ二硫酸ナトリウムを撹拌しながら導入し、この混合物を室温でさらに24時間撹拌した。この反応が終了した後、生成したPEDT/p−トルエンスルホン酸塩粉末を磁器製の吸引漏斗上で濾別し、3lの脱塩水で洗浄し、最後に100℃で6時間乾燥した。89gの青黒色のPEDT−トルエンスルホン酸塩粉末を得た。
撹拌機を具えたビーカーの中で、170gの、実施例1から得たPEDT/PSS分散液A)、15gのスルホポリエステル(Eastek 1100、Eastman)、8gのジメチルスルホキシド、1gの3−グリシドオキシプロピルトリメトキシシラン(Silquest A−187、OSi Specialties)および0.4gの湿潤剤(Dynol 604、Air Products)を、勢いよく1時間混合した。その後、6gのPEDT/トルエンスルホン酸塩粉末を、ボールミル溶解装置を用いて分散させた。これに、300gの酸化ジルコニウムビーズ(φ1mm)を加え、この混合物を、水で冷却しながら、7000rpmで1時間撹拌した。最後に、0.8μmのふるい(sieve)を用いて粉砕用ビーズを取り除いた。こうして生成した分散液D)は、7%の固形分含量を有していた。
実施例2)架橋剤を含む溶液の調製
溶液1)本発明の架橋剤e)の調製
撹拌機を具えたビーカーに、最初に0.01molの1,4−ビス(3−アミノプロピル)ピペラジンを投入し、75mlの脱塩水を撹拌しながら加えた。その後、撹拌しながら、この溶液が4のpHに到達するのに十分な量のパラトルエンスルホン酸一水和物を加えた。pHを、pH試験紙を用いて25℃で測定した。最後に、100mlの全溶液量、従って0.1M溶液を得るのに十分な量の脱塩水を加えた。
溶液2)本発明の架橋剤e)の調製
撹拌機を具えたビーカーに、最初に0.01molの硫酸アルミニウムを投入し、撹拌しながら、75mlの脱塩水を加えた。その後、撹拌しながら、この溶液が5のpHに到達するのに十分な量のパラトルエンスルホン酸一水和物を加え、最後に、100mlの全溶液量、従って0.1M溶液を得るのに十分な量の脱塩水を加えた。
溶液3)本発明の架橋剤e)の調製
撹拌機を具えたビーカーに、最初に0.01molの4,4’,4”−メチリジントリス(N,N−ジメチルアニリン)(式XXII)を投入し、撹拌しながら、75mlの脱塩水を加えた。その後、撹拌しながら、この溶液が5のpHに到達するのに十分な量のパラトルエンスルホン酸一水和物を加え、最後に、100mlの全溶液量、従って0.1M溶液を得るのに十分な量の脱塩水を加えた。
Figure 2012517113
溶液4)本発明の架橋剤e)の調製
撹拌機を具えたビーカーに、最初に0.01molのN,N,N’,N’−テトラメチルエチレンジアミンを投入し、撹拌しながら、75mlの脱塩水を加えた。その後、撹拌しながら、この溶液が5のpHに到達するのに十分な量のパラトルエンスルホン酸一水和物を加え、最後に、100mlの全溶液量、従って0.1M溶液を得るのに十分な量の脱塩水を加えた。
溶液5)本発明の架橋剤e)の調製
撹拌機を具えたビーカーに、最初に0.01molの1,8−ジアミノオクタンを投入し、撹拌しながら、75mlの脱塩水を加えた。その後、撹拌しながら、この溶液が4のpHに到達するのに十分な量の18重量%硫酸を加え、最後に、100mlの全溶液量、従って0.1M溶液を得るのに十分な量の脱塩水を加えた。
溶液6)本発明の架橋剤e)の調製
撹拌機を具えたビーカーに、最初に0.01molの硫酸マグネシウムを投入し、撹拌しながら、75mlの脱塩水を加えた。その後、撹拌しながら、この溶液が4のpHに到達するのに十分な量のパラトルエンスルホン酸一水和物を加え、最後に、100mlの全溶液量、従って0.1M溶液を得るのに十分な量の脱塩水を加えた。
溶液7)本発明の架橋剤e)の調製
撹拌機を具えたビーカーに、最初に0.01molのN,N,N,N’,N’,N’−ヘキサメチルヘキサメチレン−ジアンモニウムジブロミドを投入し、撹拌しながら、75mlの脱塩水を加えた。その後、撹拌しながら、この溶液が4のpHに到達するのに十分な量のパラトルエンスルホン酸一水和物を加え、最後に、100mlの全溶液量、従って0.1M溶液を得るのに十分な量の脱塩水を加えた。
溶液8)本発明の架橋剤e)の調製
撹拌機を具えたビーカーに、最初に0.01molの硫酸銅を投入し、撹拌しながら、75mlの脱塩水を加えた。その後、撹拌しながら、この溶液が5のpHに到達するのに十分な量の18重量%硫酸を加え、最後に、100mlの全溶液量、従って0.1M溶液を得るのに十分な量の脱塩水を加えた。
溶液9)本発明の架橋剤e)の調製
撹拌機を具えたビーカーに、最初に0.01molの式XXIVで示される物質を投入し、撹拌しながら、75mlの脱塩水を加えた。その後、撹拌しながら、この溶液が4のpHに到達するのに十分な量のパラトルエンスルホン酸一水和物を加え、最後に、100mlの全溶液量、従って0.1M溶液を得るのに十分な量の脱塩水を加えた。
Figure 2012517113
溶液10)本発明の架橋剤e)の調製
撹拌機を具えたビーカーに、最初に0.01molのL−リジンを投入し、撹拌しながら、75mlの脱塩水を加えた。その後、撹拌しながら、この溶液が5のpHに到達するのに十分な量のパラトルエンスルホン酸一水和物を加え、最後に、100mlの全溶液量、従って0.1M溶液を得るのに十分な量の脱塩水を加えた。
溶液11)本発明の架橋剤e)の調製
撹拌機を具えたビーカーに、最初に0.01molの硫酸亜鉛を投入し、撹拌しながら、75mlの脱塩水を加えた。その後、撹拌しながら、この溶液が4のpHに到達するのに十分な量の18重量%硫酸を加え、最後に、100mlの全溶液量、従って0.1M溶液を得るのに十分な量の脱塩水を加えた。
溶液12)本発明の架橋剤e)の調製
撹拌機を具えたビーカーに、最初に0.01molのエチレンジアミンを投入し、撹拌しながら、75mlの脱塩水を加えた。その後、撹拌しながら、この溶液が4のpHに到達するのに十分な量のパラトルエンスルホン酸一水和物を加え、最後に、100mlの全溶液量、従って0.1M溶液を得るのに十分な量の脱塩水を加えた。
溶液13)本発明の架橋剤e)の調製
撹拌機を具えたビーカーに、最初に60mlのエタノールを投入し、60mlの脱塩水を撹拌しながら加えた。この溶媒混合物を、本願明細書中では以降、「50/50混合物」と呼ぶ。撹拌機を具えたビーカーに、最初に0.01molのエチレンジアミンを投入し、75mlの「50/50混合物」を撹拌しながら加えた。その後、撹拌しながら、この溶液が4のpHに到達するのに十分な量のパラトルエンスルホン酸一水和物を加え、最後に100mlの全溶液量、従って0.1M溶液を得るのに十分な量の「50/50混合物」を加えた。
溶液14)本発明の架橋剤e)の調製
撹拌機を具えたビーカーに、最初に0.01molの1,8−ジアミノオクタンを投入し、撹拌しながら、75mlのエタノールを加えた。その後、撹拌しながら、この溶液が5のpHに到達するのに十分な量のパラトルエンスルホン酸一水和物を加え、最後に、100mlの全溶液量、従って0.1M溶液を得るのに十分な量のエタノールを加えた。pHを、脱塩水を用いて湿らせたpH試験紙を用いて25℃で測定した。
溶液15)本発明の架橋剤e)の調製
撹拌機を具えたビーカーに、最初に100mlのエタノールを投入し、25mlの脱塩水を撹拌しながら加えた。この溶媒混合物を、本願明細書中では以降、「80/20混合物」と呼ぶ。撹拌機を具えたビーカーに、最初に0.02molの1,10−ジアミノデカンを投入し、75mlの「80/20混合物」を撹拌しながら加えた。その後、撹拌しながら、この溶液が4のpHに到達するのに十分な量のパラトルエンスルホン酸一水和物を加え、最後に100mlの全溶液量、従って0.2M溶液を得るのに十分な量の「80/20混合物」を加えた。
溶液16)本発明の架橋剤e)の調製
撹拌機を具えたビーカーに、最初に0.01molの1,10−ジアミノデカンを投入し、撹拌しながら、75mlのエタノールを加えた。その後、撹拌しながら、この溶液が5のpHに到達するのに十分な量のパラトルエンスルホン酸一水和物を加え、最後に、100mlの全溶液量、従って0.1M溶液を得るのに十分な量のエタノールを加えた。
溶液17)本発明の架橋剤e)の調製
撹拌機を具えたビーカーに、最初に0.01molの1,10−ジアミノデカンを投入し、撹拌しながら、75mlのエタノールを加えた。最後に、100mlの全溶液量、従って0.1M溶液を得るのに十分な量のエタノールを加えた。この溶液のpHは11であった。
溶液18)本発明の架橋剤e)の調製
撹拌機を具えたビーカーに、最初に0.01molのエチレンジアミンを投入し、撹拌しながら、75mlの脱塩水を加えた。その後、撹拌しながら、この溶液が7のpHに到達するのに十分な量の18重量%硫酸を加え、最後に、100mlの全溶液量、従って0.1M溶液を得るのに十分な量の脱塩水を加えた。この溶液のpHは11であった。
溶液19)本発明の架橋剤e)の調製
撹拌機を具えたビーカーに、最初に0.01molのエチレンジアミンを投入し、撹拌しながら、75mlの脱塩水を加えた。最後に、100mlの全溶液量、従って0.1M溶液を得るのに十分な量の脱塩水を加えた。この溶液のpHは11であった。
溶液20)本発明によらない架橋剤の調製
撹拌機を具えたビーカーに、最初に0.01molの硫酸アンモニウムを投入し、撹拌しながら、75mlの脱塩水を加えた。最後に、100mlの全溶液量、従って0.1M溶液を得るのに十分な量の脱塩水を加えた。この溶液のpHは5であった。
溶液21)本発明によらない架橋剤の調製
撹拌機を具えたビーカーに、最初に0.01molの(3−グルシジルオキシプロピル)トリメトキシシランを投入し、撹拌しながら、100mlの全溶液量、従って0.1M溶液を得るのに十分な量のメタノールを加えた。
溶液22)本発明によらない架橋剤の調製
撹拌機を具えたビーカーに、最初に0.01molの臭化トリメチルオクタデシルアンモニウムを投入し、75mlのメタノールを撹拌しながら加えた。その後、撹拌しながら、この溶液が5のpHに到達するのに十分な量のパラトルエンスルホン酸一水和物を加え、最後に、100mlの全溶液量、従って0.1M溶液を得るのに十分な量のメタノールを加えた。
溶液23)本発明によらない架橋剤の調製
撹拌機を具えたビーカーに、最初に75mlの脱塩水を投入し、撹拌しながら、この溶液が5のpHに到達するのに十分な量の20重量%アンモニア水溶液を加えた。最後に、100mlの全溶液量を得るのに十分な量の脱塩水を加えた。
溶液24)本発明によらない架橋剤の調製
撹拌機を具えたビーカーに、最初に0.01molのL−システインを投入し、撹拌しながら、75mlの脱塩水を加えた。最後に、撹拌しながら、この溶液が4のpHに到達するのに十分な量の18重量%硫酸を加え、最後に、100mlの全溶液量、従って0.1M溶液を得るのに十分な量の脱塩水を加えた。
溶液25)本発明によらない架橋剤の調製
撹拌機を具えたビーカーに、最初に0.01molのL−メチオニンを投入し、撹拌しながら、75mlの脱塩水を加えた。その後、撹拌しながら、この溶液が4のpHに到達するのに十分な量のパラトルエンスルホン酸一水和物を加え、最後に、100mlの全溶液量、従って0.1M溶液を得るのに十分な量の脱塩水を加えた。
溶液26)本発明によらない架橋剤の調製
撹拌機を具えたビーカーに、最初に0.01molの臭化ジメチルジオクタデシルアンモニウムを投入し、撹拌しながら、75mlのエタノールを加えた。その後、撹拌しながら、この溶液が5のpHに到達するのに十分な量の18重量%硫酸を加え、最後に、100mlの全溶液量、従って0.1M溶液を得るのに十分な量のエタノールを加えた。
溶液27)本発明によらない架橋剤e)の調製
撹拌機を具えたビーカーに、最初に0.01molの1,8−ジアミノオクタンを投入し、撹拌しながら、75mlのエタノールを加えた。その後、撹拌しながら、この溶液が5のpHに到達するのに十分な量のジノニルナフタレンジスルホン酸を加え、最後に、100mlの全溶液量、従って0.1M溶液を得るのに十分な量のエタノールを加えた。
溶液28)本発明によらない架橋剤e)の調製
撹拌機を具えたビーカーに、最初に0.01molの1,12−ジアミノドデカンを投入し、撹拌しながら、75mlのエタノールを加えた。その後、撹拌しながら、この溶液が5のpHに到達するのに十分な量のジノニルナフタレンスルホン酸を加え、最後に、100mlの全溶液量、従って0.1M溶液を得るのに十分な量のエタノールを加えた。
溶液29)本発明の架橋剤e)の調製
撹拌機を具えたビーカーに、最初に0.01molの1,4−ピペラジンジカルボキシアルデヒドを投入し、撹拌しながら、75mlのエタノールを加えた。その後、撹拌しながら、この溶液が5のpHに到達するのに十分な量のパラトルエンスルホン酸一水和物を加え、最後に、100mlの全溶液量、従って0.1M溶液を得るのに十分な量のエタノールを加えた。
溶液30)本発明の架橋剤e)の調製
撹拌機を具えたビーカーに、最初に0.01molのN,N’−ヘキサメチレンビスアセトアミドを投入し、撹拌しながら、75mlの脱塩水を加えた。その後、撹拌しながら、この溶液が4のpHに到達するのに十分な量のパラトルエンスルホン酸一水和物を加え、最後に、100mlの全溶液量、従って0.1M溶液を得るのに十分な量の脱塩水を加えた。
実施例3:本発明に係るプロセスによるコンデンサの製造
3.1. 酸化された電極体の製造:
18,000μFV/gの比容量を有するタンタル粉末を、タンタルワイヤを組み込んでペレットへとプレスし、1.5mm×2.9mm×4.0mmの寸法を有する電極体を形成するために焼結した。これらの多孔性電極体のうちの10個を、リン酸電解質の中で100Vまでアノード酸化し、誘電体を形成した。
3.2 固体電解質の製造
100gの、実施例1から得た分散液Bおよび4gのジメチルスルホキシド(DMSO)を、撹拌機を具えたビーカーの中で勢いよく混合し、分散液B1を得た。
酸化された電極体を、この分散液B1の中に1分間含浸した。このあと120℃で10分間乾燥した。含浸および乾燥をさらに9回行った。
3.3 本発明の架橋剤e)を使用したポリマー外層の製造
これらのコンデンサ体を、実施例2から得た溶液1に含浸し、次いで120℃で10分間乾燥した。
このコンデンサ体を実施例1からの分散液Cに含浸し、次いで120℃で10分間乾燥した。
ポリマー外層によるこのコンデンサ体の隅部および端部の被覆を、光学顕微鏡を用いた視覚による評価によって評価した。この電極体の隅部および端部の被覆に関する情報は、表1に見出すことができる。
最後に、これらの電極体を、グラファイト層および銀層で被覆した。
残留電流(マイクロアンペア単位)を、33Vの電圧を印加して3分後に、Keithley 199マルチメータを用いて測定した。上記のようにして製造した10個のコンデンサの残留電流についての平均値は、表1に見出すことができる。
実施例4:本発明に係るプロセスによるコンデンサの製造
コンデンサ体を、実施例2から得た溶液1の代わりに実施例2から得た溶液2に含浸したことを除いて、10個のコンデンサを実施例3のようにして製造した。
この電極体の隅部および端部の被覆に関する情報は、表1に見出すことができる。
実施例5:本発明に係るプロセスによるコンデンサの製造
コンデンサ体を、実施例2から得た溶液1の代わりに実施例2から得た溶液3に含浸したことを除いて、10個のコンデンサを実施例3のようにして製造した。
この電極体の隅部および端部の被覆に関する情報は、表1に見出すことができる。
実施例6:本発明に係るプロセスによるコンデンサの製造
コンデンサ体を、実施例2から得た溶液1の代わりに実施例2から得た溶液12に含浸したことを除いて、10個のコンデンサを実施例3のようにして製造した。
この電極体の隅部および端部の被覆に関する情報は、表1に見出すことができる。
実施例7:本発明に係るプロセスによるコンデンサの製造
コンデンサ体を、実施例2から得た溶液1の代わりに実施例2から得た溶液29に含浸したことを除いて、10個のコンデンサを実施例3のようにして製造した。
この電極体の隅部および端部の被覆に関する情報は、表1に見出すことができる。
実施例8:本発明に係るプロセスによるコンデンサの製造
コンデンサ体を、実施例2から得た溶液1の代わりに実施例2から得た溶液30に含浸したことを除いて、10個のコンデンサを実施例3のようにして製造した。
この電極体の隅部および端部の被覆に関する情報は、表1に見出すことができる。
比較例1:本発明の架橋剤e)を使用しないコンデンサの製造
本発明の架橋剤e)を使用しないこと、すなわち、実施例2から得た溶液1にコンデンサ体を含浸させないことを除いて、10個のコンデンサを実施例3のようにして製造した。
この電極体の隅部および端部の被覆に関する情報は、表1に見出すことができる。
比較例2:本発明の架橋剤e)を使用しないコンデンサの製造
コンデンサ体を、実施例2から得た溶液1の代わりに実施例2から得た溶液20に含浸したことを除いて、10個のコンデンサを実施例3のようにして製造した。
この電極体の隅部および端部の被覆に関する情報は、表1に見出すことができる。
比較例3:本発明の架橋剤e)を使用しないコンデンサの製造
コンデンサ体を、実施例2から得た溶液1の代わりに実施例2から得た溶液21に含浸したことを除いて、10個のコンデンサを実施例3のようにして製造した。
この電極体の隅部および端部の被覆に関する情報は、表1に見出すことができる。
比較例4:本発明の架橋剤e)を使用しないコンデンサの製造
コンデンサ体を、実施例2から得た溶液1の代わりに実施例2から得た溶液22に含浸したことを除いて、10個のコンデンサを実施例3のようにして製造した。
この電極体の隅部および端部の被覆に関する情報は、表1に見出すことができる。
比較例5:本発明の架橋剤e)を使用しないコンデンサの製造
コンデンサ体を、実施例2から得た溶液1の代わりに実施例2から得た溶液23に含浸したことを除いて、10個のコンデンサを実施例3のようにして製造した。
この電極体の隅部および端部の被覆に関する情報は、表1に見出すことができる。
比較例6:本発明の架橋剤e)を使用しないコンデンサの製造
コンデンサ体を、実施例2から得た溶液1の代わりに実施例2から得た溶液24に含浸したことを除いて、10個のコンデンサを実施例3のようにして製造した。
この電極体の隅部および端部の被覆に関する情報は、表1に見出すことができる。
比較例7:本発明の架橋剤e)を使用しないコンデンサの製造
コンデンサ体を、実施例2から得た溶液1の代わりに実施例2から得た溶液25に含浸したことを除いて、10個のコンデンサを実施例3のようにして製造した。
この電極体の隅部および端部の被覆に関する情報は、表1に見出すことができる。
比較例8:本発明の架橋剤e)を使用しないコンデンサの製造
コンデンサ体を、実施例2から得た溶液1の代わりに実施例2から得た溶液26に含浸したことを除いて、10個のコンデンサを実施例3のようにして製造した。
この電極体の隅部および端部の被覆に関する情報は、表1に見出すことができる。
比較例9:本発明によらない、コンデンサの製造
9.1. 酸化された電極体の製造:
18,000μFV/gの比容量を有するタンタル粉末を、タンタルワイヤを組み込んでペレットへとプレスし、1.5mm×2.9mm×4.0mmの寸法を有する電極体を形成するために焼結した。これらの多孔性電極体のうちの10個を、リン酸電解質の中で100Vまでアノード酸化し、誘電体を形成した。
9.2 固体電解質の製造
100gの、実施例1から得た分散液Bおよび4gのジメチルスルホキシド(DMSO)を、撹拌機を具えたビーカーの中で勢いよく混合し、分散液B1を得た。
酸化された電極体を、この分散液B1の中に1分間含浸した。このあと120℃で10分間乾燥した。含浸および乾燥をさらに9回行った。
9.3 ポリマー外層の製造
撹拌機を具えたビーカーに、最初に100mlの分散液C)を投入し、10mlの実施例2から得た溶液5を、撹拌しながら加え、この混合物を5分間撹拌した。
当該コンデンサ体をこの分散液に含浸し、次いで120℃で10分間乾燥した。
ポリマー外層によるこのコンデンサ体の隅部および端部の被覆を、光学顕微鏡を用いた視覚による評価によって評価した。この電極体の隅部および端部の被覆に関する情報は、表1に見出すことができる。
比較例10:本発明によらない、コンデンサの製造
10.1. 酸化された電極体の製造:
18,000μFV/gの比容量を有するタンタル粉末を、タンタルワイヤを組み込んでペレットへとプレスし、1.5mm×2.9mm×4.0mmの寸法を有する電極体を形成するために焼結した。これらの多孔性電極体のうちの10個を、リン酸電解質の中で100Vまでアノード酸化し、誘電体を形成した。
10.2 固体電解質の製造
100gの、実施例1から得た分散液Bおよび4gのジメチルスルホキシド(DMSO)を、撹拌機を具えたビーカーの中で勢いよく混合し、分散液B1を得た。
酸化された電極体を、この分散液B1の中に1分間含浸した。このあと120℃で10分間乾燥した。含浸および乾燥をさらに9回行った。
10.3 ポリマー外層の製造
撹拌機を具えたビーカーに、最初に100mlの分散液C)を投入し、10mlの実施例2から得た溶液15を、撹拌しながら加え、この混合物を5分間撹拌した。
当該コンデンサ体をこの分散液に含浸し、次いで120℃で10分間乾燥した。
ポリマー外層によるこのコンデンサ体の隅部および端部の被覆を、光学顕微鏡を用いた視覚による評価によって評価した。この電極体の隅部および端部の被覆に関する情報は、表1に見出すことができる。
Figure 2012517113
実施例3〜8から得たコンデンサは、 −比較例1〜10とは対照的に− 電極体のすべての隅部および端部を含めた電極体の完全被覆を有する。本発明の架橋剤e)の使用によって、電極体の完全被覆が可能になる。
実施例3から得たコンデンサは、比較例1のコンデンサよりも著しく低い残留電流を有する。本発明の架橋剤e)の使用によって、残留電流は著しく低下する。
比較例9および10に記載する、架橋剤e)および分散液C)の混合物の中で電極体を含浸させることによる、ポリマー外層の本発明によらない製造は、ポリマー外層による電極体の不完全被覆につながる。架橋剤e)を分散液C)の中へと導入することにより、分散液C)の粘度は著しく増大した。
実施例9:本発明に係るプロセスによるコンデンサの製造
9.1. 酸化された電極体の製造:
18,000μFV/gの比容量を有するタンタル粉末を、タンタルワイヤを組み込んでペレットへとプレスし、1.5mm×2.9mm×4.0mmの寸法を有する電極体を形成するために焼結した。これらの多孔性電極体のうちの10個を、リン酸電解質の中で100Vまでアノード酸化し、誘電体を形成した。
9.2 固体電解質の製造
100gの、実施例1から得た分散液Bおよび4gのジメチルスルホキシド(DMSO)を、撹拌機を具えたビーカーの中で勢いよく混合し、分散液B1を得た。
酸化された電極体を、この分散液B1の中に1分間含浸した。このあと120℃で10分間乾燥した。含浸および乾燥をさらに9回行った。
9.3 本発明の架橋剤e)を使用したポリマー外層の製造
これらのコンデンサ体を、実施例2から得た溶液4に含浸し、次いで120℃で10分間乾燥した。
これらのコンデンサ体を実施例1からの分散液Cに含浸し、次いで120℃で10分間乾燥した。
これらのコンデンサ体を、実施例2から得た溶液4に再度含浸し、次いで120℃で10分間乾燥した。
これらのコンデンサ体を実施例1から得た分散液Cに再度含浸し、次いで120℃で10分間乾燥した。
ポリマー外層によるこのコンデンサ体の隅部および端部の被覆を、光学顕微鏡を用いた視覚による評価によって評価した。この電極体の隅部および端部の被覆に関する情報は、表2に見出すことができる。
実施例10:本発明に係るプロセスによるコンデンサの製造
コンデンサ体を、実施例2から得た溶液4の代わりに実施例2から得た溶液6に含浸したことを除いて、10個のコンデンサを実施例9のようにして製造した。
この電極体の隅部および端部の被覆に関する情報は、表2に見出すことができる。
実施例11:本発明に係るプロセスによるコンデンサの製造
コンデンサ体を、実施例2から得た溶液4の代わりに実施例2から得た溶液7に含浸したことを除いて、10個のコンデンサを実施例9のようにして製造した。
この電極体の隅部および端部の被覆に関する情報は、表2に見出すことができる。
実施例12:本発明に係るプロセスによるコンデンサの製造
コンデンサ体を、実施例2から得た溶液4の代わりに実施例2から得た溶液8に含浸したことを除いて、10個のコンデンサを実施例9のようにして製造した。
この電極体の隅部および端部の被覆に関する情報は、表2に見出すことができる。
実施例13:本発明に係るプロセスによるコンデンサの製造
コンデンサ体を、実施例2から得た溶液4の代わりに実施例2から得た溶液9に含浸したことを除いて、10個のコンデンサを実施例9のようにして製造した。
この電極体の隅部および端部の被覆に関する情報は、表2に見出すことができる。
実施例14:本発明に係るプロセスによるコンデンサの製造
コンデンサ体を、実施例2から得た溶液4の代わりに実施例2から得た溶液10に含浸したことを除いて、10個のコンデンサを実施例9のようにして製造した。
この電極体の隅部および端部の被覆に関する情報は、表2に見出すことができる。
実施例15:本発明に係るプロセスによるコンデンサの製造
コンデンサ体を、実施例2から得た溶液4の代わりに実施例2から得た溶液11に含浸したことを除いて、10個のコンデンサを実施例9のようにして製造した。
この電極体の隅部および端部の被覆に関する情報は、表2に見出すことができる。
比較例11:本発明の架橋剤e)を使用しないコンデンサの製造
本発明の架橋剤e)を使用しないこと、すなわち、実施例2から得た溶液4にコンデンサ体を含浸させないことを除いて、10個のコンデンサを実施例9のようにして製造した。
この電極体の隅部および端部の被覆に関する情報は、表2に見出すことができる。
Figure 2012517113
実施例9〜15から得たコンデンサは、 −比較例11とは対照的に− 電極体のすべての隅部および端部を含めた電極体の完全被覆を有する。本発明の架橋剤e)の使用によって、電極体の完全被覆が可能になる。
実施例16:本発明に係るプロセスによるコンデンサの製造
16.1 酸化された電極体の製造:
18,000μFV/gの比容量を有するタンタル粉末を、タンタルワイヤを組み込んでペレットへとプレスし、1.5mm×2.9mm×4.0mmの寸法を有する電極体を形成するために焼結した。これらの多孔性電極体のうちの10個を、リン酸電解質の中で100Vまでアノード酸化し、誘電体を形成した。
16.2 固体電解質の製造
100gの、実施例1から得た分散液Bおよび4gのジメチルスルホキシド(DMSO)を、撹拌機を具えたビーカーの中で勢いよく混合し、分散液B1を得た。
酸化された電極体を、この分散液B1の中に1分間含浸した。このあと120℃で10分間乾燥した。含浸および乾燥をさらに9回行った。
16.3 本発明の架橋剤e)を使用したポリマー外層の製造
これらのコンデンサ体を、実施例2から得た溶液13に含浸し、次いで120℃で10分間乾燥した。
これらのコンデンサ体を、実施例1から得た分散液Cに含浸し、次いで120℃で10分間乾燥した。
ポリマー外層によるこのコンデンサ体の隅部および端部の被覆を、光学顕微鏡を用いた視覚による評価によって評価した。この電極体の隅部および端部の被覆に関する情報は、表3に見出すことができる。
最後に、これらの電極体を、グラファイト層および銀層でコーティングした。
上記のようにして製造した10個のコンデンサの平均電気値は、表3に見出すことができる。LCRメータ(Agilent 4284A)を用いて、キャパシタンス(マイクロファラド単位)を120Hzで、等価直列抵抗(ESR)(ミリオーム単位)を100kHzで測定した。
実施例17:本発明に係るプロセスによるコンデンサの製造
17.1 酸化された電極体の製造:
18,000μFV/gの比容量を有するタンタル粉末を、タンタルワイヤを組み込んでペレットへとプレスし、1.5mm×2.9mm×4.0mmの寸法を有する電極体を形成するために焼結した。これらの多孔性電極体のうちの10個を、リン酸電解質の中で100Vまでアノード酸化し、誘電体を形成した。
17.2 固体電解質の製造
100gの、実施例1から得た分散液Bおよび4gのジメチルスルホキシド(DMSO)を、撹拌機を具えたビーカーの中で勢いよく混合し、分散液B1を得た。
酸化された電極体を、この分散液B1の中に1分間含浸した。このあと120℃で10分間乾燥した。含浸および乾燥をさらに9回行った。
17.3 本発明の架橋剤e)を使用したポリマー外層の製造
これらのコンデンサ体を、実施例2から得た溶液13に含浸し、次いで120℃で10分間乾燥した。
これらのコンデンサ体を実施例1から得た分散液Cに含浸し、次いで120℃で10分間乾燥した。
これらのコンデンサ体を、実施例2から得た溶液13に再度含浸し、次いで120℃で10分間乾燥した。
これらのコンデンサ体を実施例1から得た分散液Cに再度含浸し、次いで120℃で10分間乾燥した。
ポリマー外層によるこのコンデンサ体の隅部および端部の被覆を、光学顕微鏡を用いた視覚による評価によって評価した。この電極体の隅部および端部の被覆に関する情報は、表3に見出すことができる。
最後に、これらの電極体を、グラファイト層および銀層でコーティングした。
上記のようにして製造した10個のコンデンサの平均電気値は、表3に見出すことができる。LCRメータ(Agilent 4284A)を用いて、キャパシタンス(マイクロファラド単位)を120Hzで、等価直列抵抗(ESR)(ミリオーム単位)を100kHzで測定した。
実施例18:本発明に係るプロセスによるコンデンサの製造
18.1 酸化された電極体の製造:
18,000μFV/gの比容量を有するタンタル粉末を、タンタルワイヤを組み込んでペレットへとプレスし、1.5mm×2.9mm×4.0mmの寸法を有する電極体を形成するために焼結した。これらの多孔性電極体のうちの10個を、リン酸電解質の中で100Vまでアノード酸化し、誘電体を形成した。
18.2 固体電解質の製造
100gの、実施例1から得た分散液Bおよび4gのジメチルスルホキシド(DMSO)を、撹拌機を具えたビーカーの中で勢いよく混合し、分散液B1を得た。
酸化された電極体を、この分散液B1の中に1分間含浸した。このあと120℃で10分間乾燥した。含浸および乾燥をさらに9回行った。
18.3 本発明の架橋剤e)を使用したポリマー外層の製造
これらのコンデンサ体を、実施例2から得た溶液13に含浸し、次いで120℃で10分間乾燥した。
これらのコンデンサ体を実施例1からの分散液Cに含浸し、次いで120℃で10分間乾燥した。
これらのコンデンサ体を、実施例2から得た溶液13に再度含浸し、次いで120℃で10分間乾燥した。
これらのコンデンサ体を実施例1から得た分散液Cに再度含浸し、次いで120℃で10分間乾燥した。
これらのコンデンサ体を、実施例2から得た溶液13に再度含浸し、次いで120℃で10分間乾燥した。
これらのコンデンサ体を実施例1から得た分散液Cに再度含浸し、次いで120℃で10分間乾燥した。
ポリマー外層によるこのコンデンサ体の隅部および端部の被覆を、光学顕微鏡を用いた視覚による評価によって評価した。
この電極体の隅部および端部の被覆に関する情報は、表3に見出すことができる。
最後に、これらの電極体を、グラファイト層および銀層でコーティングした。
上記のようにして製造した10個のコンデンサの平均電気値は、表3に見出すことができる。LCRメータ(Agilent 4284A)を用いて、キャパシタンス(マイクロファラド単位)を120Hzで、等価直列抵抗(ESR)(ミリオーム単位)を100kHzで測定した。
実施例19:本発明に係るプロセスによるコンデンサの製造
コンデンサ体を、実施例2から得た溶液13の代わりに実施例2から得た溶液5に含浸したことを除いて、10個のコンデンサを実施例16のようにして製造した。
上記のようにして製造した10個のコンデンサの平均電気値は、この電極体の隅部および端部の被覆に関する情報とともに、表3に見出すことができる。
実施例20:本発明に係るプロセスによるコンデンサの製造
コンデンサ体を、実施例2から得た溶液13の代わりに実施例2から得た溶液5に含浸したことを除いて、10個のコンデンサを実施例17のようにして製造した。
上記のようにして製造した10個のコンデンサの平均電気値は、この電極体の隅部および端部の被覆に関する情報とともに、表3に見出すことができる。
実施例21:本発明に係るプロセスによるコンデンサの製造
コンデンサ体を、実施例2から得た溶液13の代わりに実施例2から得た溶液5に含浸したことを除いて、10個のコンデンサを実施例18のようにして製造した。
上記のようにして製造した10個のコンデンサの平均電気値は、この電極体の隅部および端部の被覆に関する情報とともに、表3に見出すことができる。
実施例22:本発明に係るプロセスによるコンデンサの製造
コンデンサ体を、実施例2から得た溶液13の代わりに実施例2から得た溶液14に含浸したことを除いて、10個のコンデンサを実施例16のようにして製造した。
上記のようにして製造した10個のコンデンサの平均電気値は、この電極体の隅部および端部の被覆に関する情報とともに、表3に見出すことができる。
実施例23:本発明に係るプロセスによるコンデンサの製造
コンデンサ体を、実施例2から得た溶液13の代わりに実施例2から得た溶液14に含浸したことを除いて、10個のコンデンサを実施例17のようにして製造した。
上記のようにして製造した10個のコンデンサの平均電気値は、この電極体の隅部および端部の被覆に関する情報とともに、表3に見出すことができる。
実施例24:本発明に係るプロセスによるコンデンサの製造
コンデンサ体を、実施例2から得た溶液13の代わりに実施例2から得た溶液14に含浸したことを除いて、10個のコンデンサを実施例18のようにして製造した。
上記のようにして製造した10個のコンデンサの平均電気値は、この電極体の隅部および端部の被覆に関する情報とともに、表3に見出すことができる。
実施例25:本発明に係るプロセスによるコンデンサの製造
コンデンサ体を、実施例2から得た溶液13の代わりに実施例2から得た溶液15に含浸したことを除いて、10個のコンデンサを実施例16のようにして製造した。
上記のようにして製造した10個のコンデンサの平均電気値は、この電極体の隅部および端部の被覆に関する情報とともに、表3に見出すことができる。
実施例26:本発明に係るプロセスによるコンデンサの製造
コンデンサ体を、実施例2から得た溶液13の代わりに実施例2から得た溶液15に含浸したことを除いて、10個のコンデンサを実施例17のようにして製造した。
上記のようにして製造した10個のコンデンサの平均電気値は、この電極体の隅部および端部の被覆に関する情報とともに、表3に見出すことができる。
実施例27:本発明に係るプロセスによるコンデンサの製造
コンデンサ体を、実施例2から得た溶液13の代わりに実施例2から得た溶液15に含浸したことを除いて、10個のコンデンサを実施例18のようにして製造した。
上記のようにして製造した10個のコンデンサの平均電気値は、この電極体の隅部および端部の被覆に関する情報とともに、表3に見出すことができる。
比較例12:本発明の架橋剤e)を使用しないコンデンサの製造
本発明の架橋剤e)を使用しないこと、すなわち、実施例2から得た溶液13にコンデンサ体を含浸させないことを除いて、10個のコンデンサを実施例16のようにして製造した。
上記のようにして製造した10個のコンデンサの平均電気値は、この電極体の隅部および端部の被覆に関する情報とともに、表3に見出すことができる。
比較例13:本発明の架橋剤e)を使用しないコンデンサの製造
本発明の架橋剤e)を使用しないこと、すなわち、実施例2から得た溶液13にコンデンサ体を含浸させないことを除いて、10個のコンデンサを実施例17のようにして製造した。
上記のようにして製造した10個のコンデンサの平均電気値は、この電極体の隅部および端部の被覆に関する情報とともに、表3に見出すことができる。
比較例14:本発明の架橋剤e)を使用しないコンデンサの製造
本発明の架橋剤e)を使用しないこと、すなわち、実施例2から得た溶液13にコンデンサ体を含浸させないことを除いて、10個のコンデンサを実施例18のようにして製造した。
上記のようにして製造した10個のコンデンサの平均電気値は、この電極体の隅部および端部の被覆に関する情報とともに、表3に見出すことができる。
Figure 2012517113
実施例16〜27から得たコンデンサは、比較例12〜14の電極体とは対照的に、同等のキャパシタンスを有して、電極体の完全被覆を有する。
本発明の架橋剤e)および本発明の架橋剤e)の調製のための溶媒系の適切な選択によって、電極体の完全被覆を得つつ、同等のキャパシタンスを有して、固体電解コンデンサにおけるESRの著しい低下が可能になる。
本発明の架橋剤e)を使用しない、実施例1から得た分散液C)での複数回の含浸でも、得られる固体電解コンデンサの電極体の完全被覆は導かれない。これは、比較例12〜14によって示される。
実施例28:本発明に係るプロセスによるコンデンサの製造
コンデンサ体を、実施例2から得た溶液13の代わりに実施例2から得た溶液16に含浸したことを除いて、10個のコンデンサを実施例16のようにして製造した。
上記のようにして製造した10個のコンデンサの平均電気値は、この電極体の隅部および端部の被覆に関する情報とともに、表4に見出すことができる。
実施例29:本発明に係るプロセスによるコンデンサの製造
コンデンサ体を、実施例2から得た溶液13の代わりに実施例2から得た溶液17に含浸したことを除いて、10個のコンデンサを実施例16のようにして製造した。
上記のようにして製造した10個のコンデンサの平均電気値は、この電極体の隅部および端部の被覆に関する情報とともに、表4に見出すことができる。
実施例30:本発明に係るプロセスによるコンデンサの製造
コンデンサ体を、実施例2から得た溶液13の代わりに実施例2から得た溶液18に含浸したことを除いて、10個のコンデンサを実施例16のようにして製造した。
上記のようにして製造した10個のコンデンサの平均電気値は、この電極体の隅部および端部の被覆に関する情報とともに、表4に見出すことができる。
実施例31:本発明に係るプロセスによるコンデンサの製造
コンデンサ体を、実施例2から得た溶液13の代わりに実施例2から得た溶液19に含浸したことを除いて、10個のコンデンサを実施例16のようにして製造した。
上記のようにして製造した10個のコンデンサの平均電気値は、この電極体の隅部および端部の被覆に関する情報とともに、表4に見出すことができる。
Figure 2012517113
実施例28および30から得たコンデンサは、実施例29および31のコンデンサよりも、著しく低いESRを有する。本発明に従って調製した架橋剤e)のpHは、実施例28では5であり、実施例30では7であったが、実施例29および31ではpHは11であった。
好ましい範囲内のpHを有する本発明に従って調製した架橋剤e)は、固体電解コンデンサにおいて、ESRの著しい低下を導く。固体電解コンデンサの電極体の完全被覆を得つつ、これがなされる。
実施例32:
撹拌機を具えたビーカーに、最初に100mlの分散液C)を投入し、10mlの脱塩水を、撹拌しながら加え、この混合物を60分間撹拌した。その後、粘度を、レオメータを用いて、20℃および100s−1のせん断速度で測定した。測定した粘度の値は、表5に見出すことができる。
実施例33:
撹拌機を具えたビーカーに、最初に100mlの分散液C)を投入し、10mlの実施例2から得た溶液5を、撹拌しながら加え、この混合物を60分間撹拌した。その後、粘度を、レオメータを用いて、20℃および100s−1のせん断速度で測定した。測定した粘度の値は、表5に見出すことができる。
実施例34:
撹拌機を具えたビーカーに、最初に100mlの分散液C)を投入し、10mlの実施例2から得た溶液5、次いで1gの、Lanxess AG(レーバークーゼン(Leverkusen))製のカチオン交換体Lewatit S100を、撹拌しながら加え、この混合物を60分間撹拌した。このカチオン交換体を5μmのふるいによって除去し、粘度を、レオメータを用いて、20℃および100s−1のせん断速度で測定した。測定した粘度の値は、表5に見出すことができる。
Figure 2012517113
実施例32と比較して、本発明に従って調製した架橋剤e)を分散液C)に加えることは、 −実施例33で起こったように− 分散液の粘度の著しい上昇につながる。
実施例32と比較して、本発明に従って調製した架橋剤e)を分散液C)に加えること、およびその後のカチオン交換体の添加は、−実施例34で行ったように− 分散液の粘度の安定化につながる。
イオン交換体を用いた処理によって、浴の中での架橋反応を防止するために、架橋剤e)に由来するカチオンを分散液C)から除去することが可能である。
実施例35:本発明に係るプロセスによるコンデンサの製造
35.1 酸化された電極体の製造:
18,000μFV/gの比容量を有するタンタル粉末を、タンタルワイヤを組み込んでペレットへとプレスし、1.5mm×2.9mm×4.0mmの寸法を有する電極体を形成するために焼結した。これらの多孔性電極体のうちの10個を、リン酸電解質の中で100Vまでアノード酸化し、誘電体を形成した。
35.2 固体電解質の製造
100gの、実施例1から得た分散液Bおよび4gのジメチルスルホキシド(DMSO)を、撹拌機を具えたビーカーの中で勢いよく混合し、分散液B1を得た。
酸化された電極体を、この分散液B1の中に1分間含浸した。このあと120℃で10分間乾燥した。含浸および乾燥をさらに9回行った。
35.3 本発明の架橋剤e)を使用したポリマー外層の製造
これらのコンデンサ体を、実施例2から得た溶液15に含浸し、次いで120℃で10分間乾燥した。
これらのコンデンサ体を実施例1からの分散液Cに含浸し、次いで120℃で10分間乾燥した。
これらのコンデンサ体を、実施例2から得た溶液15に再度含浸し、次いで120℃で10分間乾燥した。
これらのコンデンサ体を実施例1から得た分散液Cに再度含浸し、次いで120℃で10分間乾燥した。
これらのコンデンサ体を、実施例2から得た溶液15に再度含浸し、次いで120℃で10分間乾燥した。
これらのコンデンサ体を実施例1から得た分散液Cに再度含浸し、次いで120℃で10分間乾燥した。
これらのコンデンサ体を、実施例2から得た溶液15に再度含浸し、次いで120℃で10分間乾燥した。
これらのコンデンサ体を実施例1から得た分散液Cに再度含浸し、次いで120℃で10分間乾燥した。
最後に、これらの電極体を、グラファイト層および銀層で被覆した。
等価直列抵抗(ESR)(ミリオーム単位)を、LCRメータ(Agilent 4284A)を用いて100kHzで測定した(0日目)。その後、このコンデンサを、乾燥機の中で125℃で7日間保存し、ESRを1日間、2日間、3日間、4日間、6日間および7日間の保存後に測定した。上記のようにして製造し保存した10個のコンデンサの各々のESRについての平均値は図3に見出すことができる。
比較例15:本発明の架橋剤e)を使用しないコンデンサの製造
本発明の架橋剤e)を使用しないこと、すなわち、実施例2から得た溶液15にコンデンサ体を含浸させないことを除いて、10個のコンデンサを実施例35のようにして製造した。
等価直列抵抗(ESR)(ミリオーム単位)を、LCRメータ(Agilent 4284A)を用いて100kHzで測定した(0日目)。その後、このコンデンサを、乾燥機の中で125℃で7日間保存し、ESRを1日間、2日間、3日間、4日間、6日間および7日間の保存後に測定した。上記のようにして製造し保存した10個のコンデンサの各々のESRについての平均値は図3に見出すことができる。
図3:125℃での保存前(0日)ならびに125℃での1日間、2日間、3日間、4日間、6日間および7日間(1〜7日)の保存の各々の後に測定した、実施例35および比較例15から得たコンデンサの平均ESR(ミリオーム単位)。
実施例35から得たコンデンサは、比較例15のコンデンサよりも著しく低いESRを有する。
本発明に従って調製した架橋剤e)は、固体電解コンデンサにおける、ESRの著しい低下を導く。
実施例35から得たコンデンサは、比較例15から得たコンデンサとは対照的に、熱ストレス下でもESRの上昇はなかった。
本発明に従って調製した架橋剤e)は、固体電解コンデンサにおける、熱安定性の著しい改善を導く。
実施例36:本発明に係るプロセスによるコンデンサの製造
36.1 酸化された電極体の製造:
50,000μFV/gの比容量を有するタンタル粉末を、タンタルワイヤ7を組み込んでペレット2へとプレスし、4.2mm×3mm×1mmの寸法を有する多孔性電極体を形成するために焼結した。これらの多孔性電極体のうちの10個を、リン酸電解質の中で30Vまでアノード酸化し、誘電体を形成した。
36.2 固体電解質の製造
1重量部の3,4−エチレンジオキシチオフェン(Clevios(商標) MV2、H.C.Starck GmbH)および20重量部の、p−トルエンスルホン酸鉄(III)の40重量%エタノール溶液(Clevios(商標) C−E、H.C.Starck GmbH)からなる溶液を調製した。
この溶液を使用して、10個のアノード酸化した電極体を含浸させた。これらの電極体をこの溶液の中で含浸し、次いで室温(20℃)で30分間乾燥した。この後、これらの電極体を、乾燥機の中で、50℃で30分間熱処理した。その後、電極体を、p−トルエンスルホン酸の2重量%水溶液の中で30分間洗浄した。これらの電極体をp−トルエンスルホン酸の0.25%水溶液の中で、30分間改質し(reformed)、次いで脱塩水の中でリンスし、乾燥した。記載した含浸、乾燥、熱処理および改質(reforming)を、同じ電極体を用いてもう2回行った。
36.3 本発明の架橋剤e)を使用したポリマー外層の製造
これらのコンデンサ体を、実施例2から得た溶液15に含浸し、次いで120℃で10分間乾燥した。
これらのコンデンサ体を実施例1からの分散液Cに含浸し、次いで120℃で10分間乾燥した。
これらのコンデンサ体を、実施例2から得た溶液15に再度含浸し、次いで120℃で10分間乾燥した。
これらのコンデンサ体を実施例1から得た分散液Cに再度含浸し、次いで120℃で10分間乾燥した。
これらのコンデンサ体を、実施例2から得た溶液15に再度含浸し、次いで120℃で10分間乾燥した。
これらのコンデンサ体を実施例1から得た分散液Cに再度含浸し、次いで120℃で10分間乾燥した。
これらのコンデンサ体を、実施例2から得た溶液15に再度含浸し、次いで120℃で10分間乾燥した。
これらのコンデンサ体を実施例1から得た分散液Cに再度含浸し、次いで120℃で10分間乾燥した。
最後に、これらの電極体を、グラファイト層および銀層でコーティングした。
等価直列抵抗(ESR)(ミリオーム単位)を、LCRメータ(Agilent 4284A)を用いて100kHzで測定した(0日目)。その後、このコンデンサを、乾燥機の中で125℃で7日間保存し、ESRを1日間、2日間、3日間、4日間、6日間および7日間の保存後に測定した。上記のようにして製造し保存した10個のコンデンサの各々のESRについての平均値は図4に見出すことができる。
比較例16:本発明の架橋剤e)を使用しないコンデンサの製造
本発明の架橋剤e)を使用しないこと、すなわち、実施例2から得た溶液15に当該コンデンサ体を含浸させないことを除いて、10個のコンデンサを実施例36のようにして製造した。
等価直列抵抗(ESR)(ミリオーム単位)を、LCRメータ(Agilent 4284A)を用いて100kHzで測定した(0日目)。その後、このコンデンサを、乾燥機の中で125℃で7日間保存し、ESRを1日間、2日間、3日間、4日間、6日間および7日間の保存後に測定した。上記のようにして製造し保存した10個のコンデンサの各々のESRについての平均値は図4に見出すことができる。
図4:125℃での保存前(0日)ならびに125℃での1日間、2日間、3日間、4日間、6日間および7日間(1〜7日)の保存の各々の後に測定した、実施例36および比較例16から得たコンデンサの平均ESR(ミリオーム単位)。
実施例36から得たコンデンサは、比較例16から得たコンデンサとは対照的に、継続する熱ストレスの下でもESRの著しい上昇はなかった。
本発明に従って調製した架橋剤e)は、固体電解コンデンサにおける、熱安定性の著しい改善を導く。
実施例37:本発明に係るプロセスによるコンデンサの製造
37.1 酸化された電極体の製造:
18,000μFV/gの比容量を有するタンタル粉末を、タンタルワイヤを組み込んでペレットへとプレスし、1.5mm×2.9mm×4.0mmの寸法を有する電極体を形成するために焼結した。これらの多孔性電極体のうちの10個を、リン酸電解質の中で100Vまでアノード酸化し、誘電体を形成した。
37.2 固体電解質の製造
100gの、実施例1から得た分散液Bおよび4gのジメチルスルホキシド(DMSO)を、撹拌機を具えたビーカーの中で勢いよく混合し、分散液B1を得た。
これらの酸化された電極体を、この分散液B1の中に1分間含浸した。このあと120℃で10分間乾燥した。含浸および乾燥をさらに9回行った。
37.3 本発明の架橋剤e)を使用したポリマー外層の製造
これらのコンデンサ体を、実施例2から得た溶液15に含浸し、次いで120℃で10分間乾燥した。
これらのコンデンサ体を実施例1からの分散液Cに含浸し、次いで120℃で10分間乾燥した。
電極体の側面のうちの1つの上にあるポリマー外層を、メスを用いて刻み目をつけた(scored)。刻み目をつけることから生じたポリマー外層の損傷(引っかき傷)を、光学顕微鏡を用いた視覚による評価によって評価した。発生するポリマー外層の引っかき傷および何らかの剥離の種類および形態は、このポリマー外層の脆性についての結論を引き出すために使用することができる。図5は、例として、コンデンサ体上の引っかき傷の一部を示す。このコンデンサ体のポリマー外層の剥離は、引っかき傷の場所では見つからなかった。このポリマー外層は、脆くはなかった。
図5:実施例37から得たコンデンサのポリマー外層における、引っかき傷の一部。
比較例17:本発明によらない、コンデンサの製造
17.1 酸化された電極体の製造:
18,000μFV/gの比容量を有するタンタル粉末を、タンタルワイヤを組み込んでペレットへとプレスし、1.5mm×2.9mm×4.0mmの寸法を有する電極体を形成するために焼結した。これらの多孔性電極体のうちの10個を、リン酸電解質の中で100Vまでアノード酸化し、誘電体を形成した。
17.2 固体電解質の製造
100gの、実施例1から得た分散液Bおよび4gのジメチルスルホキシド(DMSO)を、撹拌機を具えたビーカーの中で勢いよく混合し、分散液B1を得た。
酸化された電極体を、この分散液B1に1分間含浸した。このあと120℃で10分間乾燥した。含浸および乾燥をさらに9回行った。
17.3 ポリマー外層の製造
これらのコンデンサ体を、実施例1から得た分散液Dに含浸し、次いで120℃で10分間乾燥した。
電極体の側面のうちの1つの上にあるポリマー外層を、メスを用いて刻み目をつけた。刻み目をつけることから生じたポリマー外層の損傷(引っかき傷)を、光学顕微鏡を用いた視覚による評価によって評価した。発生するポリマー外層の引っかき傷および何らかの剥離の種類および形態は、このポリマー外層の脆性についての結論を引き出すために使用することができる。図6は、例として、コンデンサ体上の引っかき傷の一部を示す。引っかき傷の場所で、このコンデンサ体のポリマー外層の大きい範囲での剥離が見つかった。このポリマー外層は脆かった。
図6:比較例17から得たコンデンサ体のポリマー外層における、引っかき傷の一部。
実施例37では、引っかき傷の場所で、ポリマー外層の剥離はない。比較例17では、対照的に、ポリマー外層の大きい範囲での剥離が観察される。本発明の架橋剤e)の使用によって、0.7〜20μmの範囲の直径を有する固体粒子を含む分散液を使用することなく、ポリマー外層による電極体の完全被覆が成し遂げられる。このように製造したポリマー外層は脆くなく、それゆえ機械的ストレスの下でも剥がれ落ちない。
実施例38:本発明の架橋剤e)の溶解性の検討
5mlの実施例2から得た溶液2をビーカーに加え、この溶液が乾固するまで濃縮されるまで、しかし少なくとも120分間、このビーカーを、120℃の、ファンで換気した乾燥機の中に置いた。5mlの実施例1から得た分散液C)を、撹拌機を用いて撹拌しながら、このようにして得られた残渣z)に加え、こうして残渣z)を分散液C)に溶解させようとした。
実施例1から得た分散液C)の中の残渣z)の残渣についての視覚による評価を行った:残渣z)は、5mlの実施例1から得た分散液C)の中に残渣なく取り込まれたので、「可溶」と表示した。
実施例1から得た分散液C)に可溶であるこの架橋剤e)を使用するとき、実施例4に示すように、電極体の完全被覆が、本発明に係るプロセスにおいて得られる。
溶解性の評価の結果ならびにこの電極体の隅部および端部の被覆に関する情報を表6に列挙する。
実施例39:本発明の架橋剤e)の溶解性の検討
使用した架橋剤が実施例2から得た溶液2の代わりに実施例2から得た溶液18であったことを除いて、溶解性の検討を実施例38のようにして行った。
溶液18の残渣は、5mlの実施例1から得た分散液C)の中に残渣なく取り込まれたので、「可溶」と表示した。
実施例1から得た分散液C)に可溶のこの架橋剤e)を使用するとき、実施例30に示すように、電極体の完全被覆が、本発明に係るプロセスにおいて得られる。
溶解性の評価の結果ならびにこの電極体の隅部および端部の被覆に関する情報を表6に列挙する。
実施例40:本発明の架橋剤e)の溶解性の検討
使用した架橋剤が実施例2から得た溶液2の代わりに実施例2から得た溶液14であったことを除いて、溶解性の検討を実施例38のようにして行った。
溶液14の残渣は、5mlの実施例1から得た分散液C)の中に残渣なく取り込まれたので、「可溶」と表示した。
実施例1から得た分散液C)に可溶のこの架橋剤e)を使用するとき、実施例22に示すように、電極体の完全被覆が、本発明に係るプロセスにおいて得られる。
溶解性の評価の結果ならびにこの電極体の隅部および端部の被覆に関する情報を表6に列挙する。
実施例41:本発明の架橋剤e)の溶解性の検討
使用した架橋剤が実施例2から得た溶液2の代わりに実施例2から得た溶液15であったことを除いて、溶解性の検討を実施例38のようにして行った。
溶液15の残渣は、5mlの実施例1から得た分散液C)の中に残渣なく取り込まれたので、「可溶」と表示した。
実施例1から得た分散液C)に可溶のこの架橋剤e)を使用するとき、実施例25に示すように、電極体の完全被覆が、本発明に係るプロセスにおいて得られる。
溶解性の評価の結果ならびにこの電極体の隅部および端部の被覆に関する情報を表6に列挙する。
比較例18:本発明によらない架橋剤e)の溶解性の検討
使用した架橋剤が実施例2から得た溶液2の代わりに実施例2から得た溶液27であったことを除いて、溶解性の検討を実施例38のようにして行った。
溶液27の残渣は、5mlの実施例1から得た分散液C)の中に残渣なく取り込まれることはなかったので、「不溶」と表示した。
コンデンサ体を、実施例2から得た溶液1の代わりに実施例2から得た溶液27に含浸したことを除いて、10個のコンデンサを実施例3のようにして製造した。
溶解性の評価の結果ならびにこの電極体の隅部および端部の被覆に関する情報を表6に列挙する。
比較例19:本発明によらない架橋剤e)の溶解性の検討
使用した架橋剤が実施例2から得た溶液2の代わりに実施例2から得た溶液28であったことを除いて、溶解性の検討を実施例38のようにして行った。
溶液28の残渣は、5mlの実施例1から得た分散液C)の中に残渣なく取り込まれることはなかったので、「不溶」と表示した。
コンデンサ体を、実施例2から得た溶液1の代わりに実施例2から得た溶液28に含浸したことを除いて、10個のコンデンサを実施例3のようにして製造した。
溶解性の評価の結果ならびにこの電極体の隅部および端部の被覆に関する情報を表6に列挙する。
Figure 2012517113
実施例38〜41で使用した架橋剤e)は、比較例18および19における架橋剤とは対照的に、分散液C)に可溶であった。分散液に対する架橋剤e)の溶解性は、より良好な隅部および端部の被覆につながった。

Claims (15)

  1. 電解コンデンサを製造するためのプロセスであって、
    少なくとも1つの架橋剤e)が、
    電極材料およびこの電極材料の表面を被覆する誘電体の電極体と、
    前記誘電体表面を完全にまたは部分的に被覆する電気伝導性物質を少なくとも含む固体電解質と、
    を少なくとも含むコンデンサ体に付与され、
    前記架橋剤e)を付与した後に、共役ポリマーb)の少なくとも1つの溶液または分散液a)が付与され、前記溶媒または分散剤d)を少なくとも部分的に除去することによって、ポリマー外層が形成され、
    前記架橋剤e)は、少なくとも1つのジアミン、トリアミン、オリゴアミンもしくは高分子アミンまたはこれらの誘導体、少なくとも1つのカチオンおよび付加的に少なくとも1つのアミン基、もしくは少なくとも1つの多価カチオンを含むか、あるいは前記架橋剤e)は、前記溶液または分散液a)を付与した後に、少なくとも1つの多価カチオンを形成することを特徴とする、プロセス。
  2. 前記溶液または分散液a)は、1000超の平均分子量(重量平均)を有する少なくとも1つのポリマーを含む、請求項1に記載のプロセス。
  3. 1000超の平均分子量を有する前記ポリマーは、少なくとも、前記溶液または分散液a)の前記共役ポリマーb)、高分子アニオンまたは高分子結合剤を含む、請求項2に記載のプロセス。
  4. 前記高分子アニオンは、高分子カルボン酸または高分子スルホン酸のアニオンである、請求項3に記載のプロセス。
  5. 前記架橋剤e)は、25℃で測定されたpHが10未満である溶液または分散液から付与される、請求項1から請求項4のいずれか1項に記載のプロセス。
  6. 付与される前記架橋剤e)が由来する溶液または分散液の前記溶媒または分散剤は、少なくとも水または少なくとも1つの有機溶媒もしくは分散剤を含む、請求項5に記載のプロセス。
  7. 前記架橋剤e)は、前記コンデンサ体に付与された後は、塩または塩溶液の形態にある、請求項1から請求項6のいずれか1項に記載のプロセス。
  8. 前記架橋剤e)の前記塩は、溶液または分散液a)に可溶である、請求項7に記載のプロセス。
  9. 前記架橋剤および溶液または分散液a)は逐次的にかつ繰り返し付与される、請求項1から請求項8のいずれか1項に記載のプロセス。
  10. 前記溶液または分散液a)は、前記共役ポリマーb)として、任意に置換されている少なくとも1つのポリチオフェン、ポリアニリンまたはポリピロールを含む、請求項1から請求項9のいずれか1項に記載のプロセス。
  11. 前記固体電解質の導電性物質は導電性ポリマーである、請求項1から請求項10のいずれか1項に記載のプロセス。
  12. 前記電極体の前記電極材料は、バルブ金属またはバルブ金属に匹敵する電気特性を有する化合物である、請求項1から請求項11のいずれか1項に記載のプロセス。
  13. 前記架橋剤e)の付与後には前記コンデンサ体と接触していたが前記コンデンサ体の上には留まらずに再利用される前記溶液または分散液a)の一部分は、連続的にまたは段階的に1以上のイオン交換体と接触する、請求項1から請求項12のいずれか1項に記載のプロセス。
  14. 請求項1から請求項13のいずれか1項に記載のプロセスによって製造される電解コンデンサ。
  15. 電子回路における、請求項14に記載の電解コンデンサの使用。
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