JP2015048370A - Conductive composite material - Google Patents

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Kohei Yamada
耕平 山田
眞美 金子
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眞美 金子
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a conductive material which impregnates into the inside of a dielectric oxide film of a capacitor and has conductive performance that endures a heating treatment in a capacitor production process; a method for producing the same; a solid electrolytic capacitor using the conductive material; and a method for producing the solid electrolytic capacitor.SOLUTION: Provided is a conductive composite material which contains a conductive polymer (A) having an acidic group and a polymer (B) obtained by polymerizing a thiophene derivative, and satisfies the following condition (I). Condition (I): among one or more peaks obtained by measuring a particle size distribution by a dynamic light scattering method using a conductive composite material solution containing 1 mass% of the conductive composite material, a volume average particle size of a minimum particle distribution including a peak with a minimum particle size is 25 nm or less.

Description

本発明は、導電性複合材料、およびその製造方法、固体電解コンデンサ、およびその製造方法に関する。   The present invention relates to a conductive composite material, a manufacturing method thereof, a solid electrolytic capacitor, and a manufacturing method thereof.

近年、アルミニウム、ニオブ、タンタル、チタン、マグネシウムなどの弁作用を有する多孔質の金属体からなる陽極体(被膜形成金属)の表面に形成された誘電体酸化膜上に、導電性高分子を固体電解質として用いてなる固体電解質層、および陰極体が順次形成された固体電解コンデンサが開発されている。
このような固体電解コンデンサは、固体電解質として二酸化マンガンを用いた従来の固体電解コンデンサと比較して、固体電解質の導電率が10〜100倍高く、またESR(等価直列抵抗)を大きく減少させることが可能であり、小型電子機器の高周波ノイズの吸収用など様々な用途への応用が期待されている。
In recent years, a conductive polymer has been solidified on a dielectric oxide film formed on the surface of an anode body (film-forming metal) made of a porous metal body having a valve action such as aluminum, niobium, tantalum, titanium, and magnesium. A solid electrolytic capacitor in which a solid electrolyte layer used as an electrolyte and a cathode body are sequentially formed has been developed.
Such a solid electrolytic capacitor has a conductivity 10 to 100 times higher than that of a conventional solid electrolytic capacitor using manganese dioxide as a solid electrolyte, and greatly reduces ESR (equivalent series resistance). Therefore, it is expected to be applied to various uses such as high frequency noise absorption of small electronic devices.

誘電体酸化膜上に固体電解質層を形成する方法としては、化学酸化重合法や、電解重合法が一般的である。また、誘電体酸化膜上で化学酸化重合や電解重合を行わずに固体電解質層を形成する方法として、ポリマー浸漬法がある。   As a method for forming a solid electrolyte layer on a dielectric oxide film, a chemical oxidative polymerization method or an electrolytic polymerization method is generally used. As a method of forming a solid electrolyte layer without performing chemical oxidative polymerization or electrolytic polymerization on a dielectric oxide film, there is a polymer dipping method.

ポリマー浸漬法は、予めモノマーを酸化剤によって重合させてポリマー(導電性高分子)とし、該ポリマーを含む分散液に誘電体酸化膜を浸漬させて乾燥し、固体電解質層を形成する方法である。そのため、化学酸化重合法や電解重合法のように重合反応を誘電体酸化膜上で行う必要がないため、固体電解質層への不純物の混入が少なく、製造工程の制御も比較的容易である。
例えば、特許文献1には、ポリマー浸漬法による固体電解質層の形成方法が開示されている。具体的には、EDOTおよび酸化剤、ポリスチレンスルホン酸およびジメチルスルホキシドを混合し、EDOTと酸化剤を添加することで得られた導電性高分子分散液を用いて固体電解質を形成している。
The polymer immersion method is a method in which a monomer is polymerized with an oxidizing agent in advance to form a polymer (conductive polymer), and a dielectric oxide film is immersed in a dispersion containing the polymer and dried to form a solid electrolyte layer. . Therefore, it is not necessary to perform the polymerization reaction on the dielectric oxide film unlike the chemical oxidative polymerization method or the electrolytic polymerization method, so that the impurities are not mixed into the solid electrolyte layer and the manufacturing process is relatively easy to control.
For example, Patent Document 1 discloses a method for forming a solid electrolyte layer by a polymer dipping method. Specifically, a solid electrolyte is formed using a conductive polymer dispersion obtained by mixing EDOT and an oxidizing agent, polystyrene sulfonic acid and dimethyl sulfoxide, and adding EDOT and an oxidizing agent.

しかしながら、ポリマー浸漬法の場合、導電性高分子の分散液が誘電体酸化膜の内部まで含浸しにくく、その結果、誘電体酸化膜の微細孔の内部に固体電解質層が形成されにくく、表層のみに形成されるため、得られる固体電解コンデンサの容量発現率が低くなるという問題があった。
近年、固体電解コンデンサの小型化・軽量化・大容量化が進んでおり、コンデンサの誘電体酸化膜の内部は微細かつ複雑となっている。誘電体酸化膜の内部に固体電解質を形成させる方法として、特定の可溶性アニリン系導電性ポリマーの平均粒子径を規定したポリマー溶液を用いることで誘電体酸化膜の内部へポリマー溶液を含浸させる方法が提案されている(特許文献2)。
しかしながら、コンデンサ製造工程での加熱処理に耐える導電性能が不十分であった。
However, in the case of the polymer immersion method, it is difficult for the dispersion liquid of the conductive polymer to be impregnated to the inside of the dielectric oxide film, and as a result, the solid electrolyte layer is hardly formed inside the micropores of the dielectric oxide film, and only the surface layer is formed. Therefore, there is a problem that the capacity expression rate of the obtained solid electrolytic capacitor is lowered.
In recent years, solid electrolytic capacitors have been reduced in size, weight, and capacity, and the inside of the dielectric oxide film of the capacitor has become fine and complicated. As a method of forming a solid electrolyte inside the dielectric oxide film, there is a method of impregnating the polymer solution inside the dielectric oxide film by using a polymer solution in which the average particle diameter of a specific soluble aniline-based conductive polymer is defined. It has been proposed (Patent Document 2).
However, the conductive performance that can withstand the heat treatment in the capacitor manufacturing process is insufficient.

特開2013−122016号公報JP 2013-12216 A WO13/024532公報WO13 / 024532

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、コンデンサの誘電体酸化膜の内部に浸漬し、コンデンサ製造工程での加熱処理に耐える導電性能をもった導電性材料、およびその製造方法、導電性材料を用いた固体電解コンデンサ、および固体電解コンデンサの製造方法を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above circumstances, a conductive material having a conductive performance that is immersed in the dielectric oxide film of the capacitor and can withstand heat treatment in the capacitor manufacturing process, and a method for manufacturing the conductive material. An object of the present invention is to provide a solid electrolytic capacitor using the material and a method of manufacturing the solid electrolytic capacitor.

本発明の導電性材料は、酸性基を有する導電性高分子(A)とチオフェン誘導体を重合したポリマー(B)とを含み、下記条件(I)を満たす導電性複合材料である。   The conductive material of the present invention is a conductive composite material that includes a conductive polymer (A) having an acidic group and a polymer (B) obtained by polymerizing a thiophene derivative and satisfies the following condition (I).

条件(I):導電性材料を1質量%含む導電性材料溶液を用いて動的光散乱法により粒子分布を測定して得られる1つ以上のピークのうち、粒子径が最小となるピークを含む最小粒子分布の体積平均粒子径が25nm以下である。   Condition (I): Among one or more peaks obtained by measuring the particle distribution by a dynamic light scattering method using a conductive material solution containing 1% by mass of a conductive material, the peak having the smallest particle diameter The volume average particle diameter of the minimum particle distribution to be included is 25 nm or less.

ここで、前記酸性基を有する導電性高分子(A)が、下記一般式(1)で表される繰り返し単位を有することが好ましい。   Here, it is preferable that the conductive polymer (A) having the acidic group has a repeating unit represented by the following general formula (1).

式(1)中、R〜Rは、各々独立に、−H、炭素数1〜24の直鎖もしくは分岐のアルキル基、炭素数1〜24の直鎖もしくは分岐のアルコキシ基、酸性基もしくはその塩、水酸基、ニトロ基、−F、−Cl、−Brまたは−Iであり、R〜Rのうちの少なくとも一つは酸性基もしくはその塩である。ここで、酸性基とはスルホン酸またはカルボキシ基である。)
さらに、前記導電性複合材料が、OH基を有する化合物をさらに含有することを特徴とする導電性複合材料である。
In formula (1), R 1 to R 4 each independently represent —H, a linear or branched alkyl group having 1 to 24 carbon atoms, a linear or branched alkoxy group having 1 to 24 carbon atoms, or an acidic group. Or its salt, a hydroxyl group, a nitro group, -F, -Cl, -Br or -I, and at least one of R 1 to R 4 is an acidic group or a salt thereof. Here, the acidic group is a sulfonic acid or a carboxy group. )
Furthermore, the conductive composite material further includes a compound having an OH group.

また、前記記載の導電性材料の製造方法は、前記酸性基を有する導電性高分子(A)の存在下で、チオフェン誘導体を重合し、上記条件(I)を満たすことを特徴とする。   In addition, the method for producing a conductive material described above is characterized in that the thiophene derivative is polymerized in the presence of the conductive polymer (A) having the acidic group to satisfy the condition (I).

また、本発明の固体電解コンデンサは、被膜形成金属の表面に形成された誘電体酸化膜上に、上記導電性複合材料を用いた固体電解質層を有することを特徴とする。   The solid electrolytic capacitor of the present invention is characterized by having a solid electrolyte layer using the conductive composite material on a dielectric oxide film formed on the surface of a film-forming metal.

また、本発明の固体電解コンデンサの製造方法は、被膜形成金属の表面に形成された誘電体酸化膜上に、上記導電性複合材料を用いて固体電解質層を形成する工程を有することを特徴とする。   Moreover, the method for producing a solid electrolytic capacitor of the present invention includes a step of forming a solid electrolyte layer on the dielectric oxide film formed on the surface of the film-forming metal using the conductive composite material. To do.

本発明の導電性複合材料はコンデンサの誘電体酸化膜の内部に浸漬し、コンデンサ製造工程での加熱処理に耐える導電性能を兼ね備えている。   The conductive composite material of the present invention has a conductive performance that is immersed in the dielectric oxide film of the capacitor and can withstand heat treatment in the capacitor manufacturing process.

また、本発明の導電性複合材料の製造方法によれば、コンデンサの誘電体酸化膜の内部に浸漬し、コンデンサ製造工程での加熱処理に耐える導電性能を兼ね備えた導電性材料を簡便に製造できる。   In addition, according to the method for manufacturing a conductive composite material of the present invention, a conductive material that has a conductive performance that is immersed in the dielectric oxide film of the capacitor and can withstand heat treatment in the capacitor manufacturing process can be easily manufactured. .

本発明の固体電解コンデンサの一例を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the solid electrolytic capacitor of this invention typically. 本発明の固体電解コンデンサの他の一例を模式的に示す斜視図である。It is a perspective view which shows typically another example of the solid electrolytic capacitor of this invention. 動的光散乱法により測定した導電性材料の粒子分布を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically particle distribution of the electroconductive material measured by the dynamic light scattering method.

以下、本発明を詳細に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in detail.

なお、本発明において、「導電性材料」とは、導電性材料、又は導電性材料及びそのドーパントを示す。   In the present invention, “conductive material” refers to a conductive material, or a conductive material and its dopant.

本発明において、「導電性材料溶液」とは、導電性材料、又は導電性材料及びそのドーパントを溶解または分散した溶液を示すものである。   In the present invention, the “conductive material solution” refers to a conductive material or a solution in which a conductive material and its dopant are dissolved or dispersed.

本発明において「複合材料」とは、2種以上の異なる導電性ポリマーを一体的に組み合わせた材料を示すものである。   In the present invention, “composite material” refers to a material obtained by integrally combining two or more different conductive polymers.

また、本発明において、「含浸」とは、導電性材料が誘電体酸化膜の微細な凹凸の内部に浸漬(浸透)すること、あるいは、該誘電体酸化膜の微細な凹凸の内部にどの程度浸漬(浸透)しているかを示すものである。
含浸性は、例えば、コンデンサの誘電体酸化膜の表面を目視または顕微鏡等で観察することや、コンデンサの断面を走査型電子顕微鏡等で観察することにより、相対的に評価することができる。
<酸性基を有する導電性高分子(A)>
酸性基を有する導電性高分子(A)としては、高い導電性を発現できる観点から、下記一般式(1)で表される単位を有することが好ましい。
In the present invention, the term “impregnation” means that the conductive material is immersed (penetrated) inside the fine irregularities of the dielectric oxide film, or how much the conductive material is immersed in the fine irregularities of the dielectric oxide film. It shows whether it is immersed (penetrated).
The impregnation property can be relatively evaluated by, for example, observing the surface of the dielectric oxide film of the capacitor visually or with a microscope, or observing the cross section of the capacitor with a scanning electron microscope or the like.
<Conductive polymer having acidic group (A)>
The conductive polymer (A) having an acidic group preferably has a unit represented by the following general formula (1) from the viewpoint of exhibiting high conductivity.

なお、本発明において「可溶」とは、10gの水または有機溶剤(液温25℃)に、0.1g以上均一に溶解することを意味する。   In the present invention, “soluble” means that 0.1 g or more is uniformly dissolved in 10 g of water or an organic solvent (liquid temperature: 25 ° C.).

また、本発明において「導電性」とは、10−8S/cm以上の導電率を有することである。 Further, in the present invention, “conductive” means having a conductivity of 10 −8 S / cm or more.

式(1)中、R〜Rは、各々独立に、水素原子、炭素数1〜24の直鎖もしくは分岐のアルキル基、炭素数1〜24の直鎖もしくは分岐のアルコキシ基、酸性基、ヒドロキシ基、ニトロ基、およびハロゲン原子からなる群より選ばれる。 In formula (1), R 1 to R 4 each independently represent a hydrogen atom, a linear or branched alkyl group having 1 to 24 carbon atoms, a linear or branched alkoxy group having 1 to 24 carbon atoms, or an acidic group. , A hydroxy group, a nitro group, and a halogen atom.

ここで、「酸性基」とは、スルホン酸基またはカルボキシ基である。スルホン酸基およびカルボキシ基は、それぞれ酸の状態(−SOH、−COOH)で含まれていてもよく、イオンの状態(−SO−、−COO−)で含まれていてもよい。 Here, the “acidic group” is a sulfonic acid group or a carboxy group. The sulfonic acid group and the carboxy group may each be included in an acid state (—SO 3 H, —COOH), or may be included in an ionic state (—SO 3 —, —COO—).

なお、酸性基には、酸性基のアルカリ金属塩、アンモニウム塩、または置換アンモニウム塩なども含まれる。   The acidic group includes alkali metal salts, ammonium salts, substituted ammonium salts, and the like of acidic groups.

アルキル基としては、例えばメチル基、エチル基、n−プロピル基、iso−プロピル基、n−ブチル基、iso−ブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、ドデシル基、テトラコシル基などが挙げられる。   Examples of the alkyl group include a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, an iso-propyl group, an n-butyl group, an iso-butyl group, a sec-butyl group, a tert-butyl group, a dodecyl group, and a tetracosyl group. It is done.

アルコキシ基としては、例えばメトキシ基、エトキシ基、n−プロポキシ基、iso−プロポキシ基、n−ブトキシ基、iso−ブトキシ基、sec−ブトキシ基、tert−ブトキシ基、ヘプトキシ基、ヘクソオキシ基、オクトキシ基、ドデコキシ基、テトラコソキシ基などが挙げられる。   Examples of the alkoxy group include a methoxy group, an ethoxy group, an n-propoxy group, an iso-propoxy group, an n-butoxy group, an iso-butoxy group, a sec-butoxy group, a tert-butoxy group, a heptoxy group, a hexoxy group, and an octoxy group. , Dodecoxy group, tetracosoxy group and the like.

ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子などが挙げられる。   Examples of the halogen atom include a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, and an iodine atom.

式(1)中、R〜Rのうちの少なくとも1つは酸性基である。 In formula (1), at least one of R 1 to R 4 is an acidic group.

前記一般式(1)で表される単位としては、製造が容易な点で、R1〜R4のうち、いずれか1つが炭素数1〜4の直鎖または分岐のアルコキシ基であり、他のいずれか1つがスルホン酸基であり、残りが水素であるものが好ましい。   As the unit represented by the general formula (1), one of R1 to R4 is a linear or branched alkoxy group having 1 to 4 carbon atoms, and any of the other units can be easily manufactured. Those in which one is a sulfonic acid group and the remainder is hydrogen are preferred.

酸性基を有する導電性高分子(A)は、高分子を構成する全単位(100mol%)のうち、前記一般式(1)で表される単位を10〜100mol%含有することが好ましく、50〜100mol%含有することがより好ましく、pHに関係なく水および有機溶媒への溶解性に優れる点で、100mol%含有することが特に好ましい。   The conductive polymer (A) having an acidic group preferably contains 10 to 100 mol% of the unit represented by the general formula (1) among all units (100 mol%) constituting the polymer. It is more preferable to contain -100 mol%, and it is especially preferable to contain 100 mol% at the point which is excellent in the solubility to water and an organic solvent irrespective of pH.

また、酸性基を有する導電性高分子(A)は、導電性に優れる観点で、前記一般式(1)で表される単位を1分子中に10以上含有することが好ましい。   Moreover, it is preferable that the conductive polymer (A) which has an acidic group contains 10 or more units represented by the said General formula (1) in 1 molecule from a viewpoint which is excellent in electroconductivity.

また、酸性基を有する導電性高分子(A)の質量平均分子量は、導電性、成膜性および膜強度の観点から、3000〜1000000が好ましく、5000〜100000がより好ましい。
<酸性基を有する導電性高分子(A)の製造方法>
酸性基を有する導電性高分子(A)(A)は、例えば、下記一般式(1)で表される酸性基置換アニリン、そのアルカリ金属塩、アンモニウム塩および置換アンモニウム塩からなる群より選ばれる少なくとも1種の化合物(モノマー)を、酸化剤を用いて重合することで得られる。
Moreover, 3000-1 million are preferable and, as for the mass average molecular weight of the conductive polymer (A) which has an acidic group, from a viewpoint of electroconductivity, film formability, and film | membrane intensity | strength, 5000-100000 are more preferable.
<Method for Producing Conductive Polymer (A) Having Acidic Group>
The conductive polymer (A) (A) having an acidic group is selected from the group consisting of, for example, an acidic group-substituted aniline represented by the following general formula (1), an alkali metal salt thereof, an ammonium salt, and a substituted ammonium salt. It is obtained by polymerizing at least one compound (monomer) using an oxidizing agent.

式(1)中、R〜Rは、各々独立に、水素原子、炭素数1〜24の直鎖もしくは分岐のアルキル基、炭素数1〜24の直鎖もしくは分岐のアルコキシ基、酸性基、ヒドロキシ基、ニトロ基、およびハロゲン原子からなる群より選ばれ、R**〜R**のうちの少なくとも1つは酸性基である。 In formula (1), R 1 to R 4 each independently represent a hydrogen atom, a linear or branched alkyl group having 1 to 24 carbon atoms, a linear or branched alkoxy group having 1 to 24 carbon atoms, or an acidic group. , A hydroxy group, a nitro group, and a halogen atom, and at least one of R ** to R ** is an acidic group.

一般式(1)で表される酸性基置換アニリンとしては、例えば酸性基としてスルホン酸基を有するスルホン酸基置換アニリンが挙げられる。   Examples of the acidic group-substituted aniline represented by the general formula (1) include sulfonic acid group-substituted anilines having a sulfonic acid group as an acidic group.

スルホン基置換アニリンとして代表的なものは、アミノベンゼンスルホン酸類であり、具体的にはo−,m−,p−アミノベンゼンスルホン酸、アニリン−2,6−ジスルホン酸、アニリン−2,5−ジスルホン酸、アニリン−3,5−ジスルホン酸、アニリン−2,4−ジスルホン酸、アニリン−3,4−ジスルホン酸などが好ましく用いられる。   Typical examples of the sulfone group-substituted aniline are aminobenzenesulfonic acids, specifically, o-, m-, p-aminobenzenesulfonic acid, aniline-2,6-disulfonic acid, aniline-2,5- Disulfonic acid, aniline-3,5-disulfonic acid, aniline-2,4-disulfonic acid, aniline-3,4-disulfonic acid and the like are preferably used.

アミノベンゼンスルホン酸類以外のスルホン基置換アニリンとしては、例えばメチルアミノベンゼンスルホン酸、エチルアミノベンゼンスルホン酸、n−プロピルアミノベンゼンスルホン酸、iso−プロピルアミノベンゼンスルホン酸、n−ブチルアミノベンゼンスルホン酸、sec−ブチルアミノベンゼンスルホン酸、t−ブチルアミノベンゼンスルホン酸等のアルキル基置換アミノベンゼンスルホン酸類;メトキシアミノベンゼンスルホン酸、エトキシアミノベンゼンスルホン酸、プロポキシアミノベンゼンスルホン酸等のアルコキシ基置換アミノベンゼンスルホン酸類;ヒドロキシ基置換アミノベンゼンスルホン酸類;ニトロ基置換アミノベンゼンスルホン酸類;フルオロアミノベンゼンスルホン酸、クロロアミノベンゼンスルホン酸、ブロムアミノベンゼンスルホン酸等のハロゲン置換アミノベンゼンスルホン酸類などを挙げることができる。   Examples of sulfone group-substituted anilines other than aminobenzenesulfonic acids include methylaminobenzenesulfonic acid, ethylaminobenzenesulfonic acid, n-propylaminobenzenesulfonic acid, iso-propylaminobenzenesulfonic acid, n-butylaminobenzenesulfonic acid, Alkyl group-substituted aminobenzenesulfonic acids such as sec-butylaminobenzenesulfonic acid and t-butylaminobenzenesulfonic acid; alkoxy group-substituted aminobenzenesulfones such as methoxyaminobenzenesulfonic acid, ethoxyaminobenzenesulfonic acid and propoxyaminobenzenesulfonic acid Acids; Hydroxy group-substituted aminobenzene sulfonic acids; Nitro group-substituted aminobenzene sulfonic acids; Fluoroaminobenzene sulfonic acid, Chloroaminobenzene sulfone , And the like halogen-substituted aminobenzenesulfonic acids such as bromo aminobenzenesulfonic acid.

これらの中では、導電性や溶解性に特に優れるポリアニリンが得られる点で、アルキル基置換アミノベンゼンスルホン酸類、アルコキシ基置換アミノベンゼンスルホン酸類、ヒドロキシ基置換アミノベンゼンスルホン酸類、または、ハロゲン置換アミノベンゼンスルホン酸類が好ましい。   Among them, alkyl group-substituted aminobenzene sulfonic acids, alkoxy group-substituted aminobenzene sulfonic acids, hydroxy group-substituted aminobenzene sulfonic acids, or halogen-substituted aminobenzenes are obtained in that polyaniline particularly excellent in conductivity and solubility is obtained. Sulfonic acids are preferred.

これらのスルホン酸基置換アニリンはそれぞれ単独で用いてもよく、2種以上を任意の割合で混合して用いてもよい。   These sulfonic acid group-substituted anilines may be used alone or in a mixture of two or more at any ratio.

これら一般式(1)で表される酸性基置換アニリンの中でも、製造が容易な点で、アルコキシ基置換アミノベンゼンスルホン酸類、そのアルカリ金属塩、アンモニウム塩および置換アンモニウム塩からなる群より選ばれる少なくとも1種の化合物が特に好ましい。   Among these acidic group-substituted anilines represented by the general formula (1), at least selected from the group consisting of alkoxy group-substituted aminobenzene sulfonic acids, alkali metal salts, ammonium salts and substituted ammonium salts in terms of easy production. One compound is particularly preferred.

導電性高分子(A)の製造に用いられる酸化剤としては、標準電極電位が0.6V以上である酸化剤であれば限定はないが、例えばペルオキソ二硫酸、ペルオキソ二硫酸アンモニウム、ペルオキソ二硫酸ナトリウム、ペルオキソ二硫酸カリウム等のペルオキソ二硫酸類;過酸化水素等を用いることが好ましい。
これらの酸化剤は、それぞれ1種単独で用いてもよいし、2種以上を任意の割合で混合して用いてもよい。
酸化剤の使用量は、前記モノマー1molに対して1〜5mol当量が好ましく、より好ましくは1〜3mol当量である。
The oxidizing agent used for the production of the conductive polymer (A) is not limited as long as the standard electrode potential is 0.6 V or more. For example, peroxodisulfuric acid, ammonium peroxodisulfate, sodium peroxodisulfate Peroxodisulfuric acids such as potassium peroxodisulfate; hydrogen peroxide or the like is preferably used.
These oxidizing agents may be used alone or in a combination of two or more at any ratio.
1-5 mol equivalent is preferable with respect to 1 mol of said monomers, and, as for the usage-amount of an oxidizing agent, More preferably, it is 1-3 mol equivalent.

重合後は、通常、遠心分離器等の濾過器により溶媒を濾別する。さらに、必要に応じて濾過物を洗浄液により洗浄した後、乾燥させて、導電性高分子(A)を得る。 未反応モノマー、低分子量物質、不純物質などを除去するには、導電性高分子(A)の分散液または溶解液を膜濾過する方法が好ましい。膜濾過する際に用いる溶媒としては、例えば水、塩基性塩を含む水、酸を含む水、アルコールを含む水等の溶媒やそれらの混合物などを用いることができる。膜濾過に用いる分離膜としては、未反応モノマー、低分子量物質および不純物質の除去効率を考慮すると、限外濾過膜が好ましい。   After polymerization, the solvent is usually filtered off with a filter such as a centrifugal separator. Furthermore, after filtering a filtrate with a washing | cleaning liquid as needed, it is made to dry and the conductive polymer (A) is obtained. In order to remove unreacted monomers, low molecular weight substances, impurities, etc., a method of subjecting the dispersion or solution of the conductive polymer (A) to membrane filtration is preferred. As a solvent used for membrane filtration, for example, a solvent such as water, water containing a basic salt, water containing an acid, water containing an alcohol, or a mixture thereof can be used. As a separation membrane used for membrane filtration, an ultrafiltration membrane is preferable in consideration of removal efficiency of unreacted monomers, low molecular weight substances and impurities.

また、塩基性化合物や酸化剤由来の不純物を除去するには、導電性高分子(A)の分散液または溶解液を陽イオン交換樹脂に接触させる方法が好ましい。陽イオン交換樹脂の形態については特に限定されることなく、種々の形態のものを使用でき、例えば球状細粒、膜状や繊維状などが挙げられる。   In order to remove impurities derived from the basic compound and the oxidizing agent, a method of bringing the dispersion or solution of the conductive polymer (A) into contact with a cation exchange resin is preferable. The form of the cation exchange resin is not particularly limited, and various forms can be used. Examples thereof include spherical fine particles, membranes, and fibers.

このようにして精製された導電性高分子(A)は、オリゴマーやモノマーなどの低分子量体、塩基性化合物、酸化剤由来の陽イオン等の不純物などが十分に除去されているので、より優れた導電性を示す。
<チオフェン誘導体を重合したポリマー(B)>
本発明において、チオフェン誘導体としては、例えば下記一般式(2)で表させる化合物が挙げられる。
The conductive polymer (A) purified in this manner is more excellent because impurities such as low molecular weight substances such as oligomers and monomers, basic compounds, and cations derived from oxidizing agents are sufficiently removed. Conductivity.
<Polymer (B) polymerized with thiophene derivative>
In the present invention, examples of the thiophene derivative include compounds represented by the following general formula (2).

式(2)中、R〜Rは、各々独立に、水素原子または炭素数1〜4のアルキル基であるか、あるいは互いに結合して炭素数1〜4のアルキレン基を形成していてもよい。 In formula (2), R 5 to R 6 are each independently a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, or bonded to each other to form an alkylene group having 1 to 4 carbon atoms. Also good.

一般式(2)で表させる化合物としては以下の化合物が挙げられる。   Examples of the compound represented by the general formula (2) include the following compounds.

〜Rが独立している場合は、3,4−ジメトキシチオフェン、3−メトキシ−4−エトキシチオフェン、3,4−ジエトキシチオフェン、3−メトキシ−4−プロポキシチオフェン、3−エトキシ−4−プロポキシチオフェン、3,4−ジプロポキシチオフェン、3−ブトキシ−4−メトキシチオフェン、3−ブトキシ−4−エトキシチオフェン、3−ブトキシ−4−プロポキシチオフェン、3,4−ジブトキシチオフェン等の3,4−ジアルコキシチオフェンが挙げられる。
R5〜R6が互いに結合してアルキレン基を形成している場合は、3,4−メチレンジオキシチオフェン、3,4−エチレンジオキシチオフェン、3,4−プロピレンジオキシチオフェン、3,4−ブチレンジオキシチオフェン等の3,4−アルキレンジオキシチオフェンが挙げられる。
When R 5 to R 6 are independent, 3,4-dimethoxythiophene, 3-methoxy-4-ethoxythiophene, 3,4-diethoxythiophene, 3-methoxy-4-propoxythiophene, 3-ethoxy- 3 such as 4-propoxythiophene, 3,4-dipropoxythiophene, 3-butoxy-4-methoxythiophene, 3-butoxy-4-ethoxythiophene, 3-butoxy-4-propoxythiophene, 3,4-dibutoxythiophene , 4-dialkoxythiophene.
When R5 to R6 are bonded to each other to form an alkylene group, 3,4-methylenedioxythiophene, 3,4-ethylenedioxythiophene, 3,4-propylenedioxythiophene, 3,4-butyne Examples include 3,4-alkylenedioxythiophenes such as rangeoxythiophene.

これらの化合物はそれぞれ単独で用いてもよく、2種以上を任意の割合で混合して用いてもよい。   Each of these compounds may be used alone, or two or more kinds thereof may be mixed and used in an arbitrary ratio.

これら一般式(2)で表される化合物の中でも、導電性、耐熱性に優れる点で、3,4−エチレンジオキシチオフェンが好ましい。
<導電性複合材料の製造方法>
酸性基を有する導電性高分子(A)と、チオフェン誘導体を重合したポリマー(B)とを含む導電性複合材料は、酸性基を有する導電性高分子(A)とチオフェン誘導体を重合したポリマー(B)との混合物、あるいは、酸性基を有する導電性高分子(A)の存在下でチオフェン誘導体のモノマーを重合することで得ることができる。具体的には、以下のようにして重合する。
Among these compounds represented by the general formula (2), 3,4-ethylenedioxythiophene is preferable in terms of excellent conductivity and heat resistance.
<Method for producing conductive composite material>
The conductive composite material containing the conductive polymer (A) having an acidic group and the polymer (B) polymerized with a thiophene derivative is a polymer (A) polymerized with a conductive polymer (A) having an acidic group and a thiophene derivative ( It can be obtained by polymerizing a monomer of a thiophene derivative in the presence of a mixture with B) or a conductive polymer (A) having an acidic group. Specifically, the polymerization is performed as follows.

まず、酸性基を有する導電性高分子(A)とチオフェン誘導体のモノマーとの混合物を溶媒に溶解または分散させて混合液を調製する。酸性基を有する導電性高分子(A)は、固体状のものを用いてもよいし、例えば精製後の溶媒に分散または溶解した状態のものを用いてもよい。   First, a mixture is prepared by dissolving or dispersing a mixture of a conductive polymer (A) having an acidic group and a monomer of a thiophene derivative in a solvent. As the conductive polymer (A) having an acidic group, a solid polymer may be used, or a polymer dispersed or dissolved in a solvent after purification may be used, for example.

別途、酸化剤単独、あるいは酸化剤と触媒との混合物を溶媒に溶解させ、酸化剤溶液を調製する。
これら混合液と酸化剤溶液とを混合して重合を行う。このとき、混合液中に酸化剤溶液を滴下してもよいし、酸化剤溶液中に混合液を滴下してもよいし、反応容器等に混合液と酸化剤溶液とを同時に滴下してもよい。
導電性高分子のモノマーとしては、チオフェン誘導体、ピロール誘導体、アニリン誘導体が挙げられる。
Separately, an oxidizing agent solution or a mixture of an oxidizing agent and a catalyst is dissolved in a solvent to prepare an oxidizing agent solution.
Polymerization is performed by mixing the mixed solution and the oxidizing agent solution. At this time, the oxidant solution may be dropped into the mixed solution, the mixed solution may be dropped into the oxidant solution, or the mixed solution and the oxidant solution may be dropped simultaneously into the reaction vessel or the like. Good.
Examples of the conductive polymer monomer include thiophene derivatives, pyrrole derivatives, and aniline derivatives.

導電性高分子(A)とチオフェン誘導体とのmol比は、導電性高分子(A)/チオフェン誘導体=1/0.01〜1/10であることが好ましく、1/0.05〜1/5であることがより好ましい。チオフェン誘導体の比率が高いとチオフェン誘導体の重合物の粒子径が大きくなりコンデンサの誘電体酸化膜に浸み込まない場合があり、一方、チオフェン誘導体の比率が低いとコンデンサ製造工程かかる熱によって導電性が低下する場合がある。   The molar ratio of the conductive polymer (A) to the thiophene derivative is preferably: conductive polymer (A) / thiophene derivative = 1 / 0.01 to 1/10, 1 / 0.05 to 1 / 5 is more preferable. If the ratio of the thiophene derivative is high, the particle size of the polymer of the thiophene derivative may become large and may not penetrate into the dielectric oxide film of the capacitor. May decrease.

酸化剤としては、導電性高分子(A)の製造の説明において先に例示した酸化剤を用いることができる。導電性高分子(A)の製造に用いる酸化剤と、導電性複合体の製造に用いる酸化剤とは同じ種類であってもよいし、異なる種類であってもよい。   As the oxidizing agent, the oxidizing agent exemplified above in the description of the production of the conductive polymer (A) can be used. The same kind may be sufficient as the oxidizing agent used for manufacture of a conductive polymer (A), and the oxidizing agent used for manufacture of a conductive composite, and a different kind may be sufficient as it.

酸化剤の使用量は、前記チオフェン誘導体1molに対して0.5〜5.0mol当量が好ましく、より好ましくは1.0〜3.0mol当量である。   The amount of the oxidizing agent used is preferably 0.5 to 5.0 mol equivalent, more preferably 1.0 to 3.0 mol equivalent, relative to 1 mol of the thiophene derivative.

触媒としては、鉄、銅などの遷移金属化合物が挙げられる。具体的には、硫酸第二鉄、硝酸第二鉄、塩化第二銅などが挙げられる。   Examples of the catalyst include transition metal compounds such as iron and copper. Specific examples include ferric sulfate, ferric nitrate, and cupric chloride.

また、三フッ化ホウ素などの金属ハロゲン化合物、酸化銀、酸化セシウム等の金属酸化物、有機酸の鉄(III)塩、などを触媒として用いることもできる。具体的には、有機酸の鉄(III)塩の例として、メタンまたはラウリル硫酸等のアルキルスルホン酸、2−エチルヘキシルカルボン酸等の脂肪族カルボン酸、トリフルオロ酢酸等の脂肪族パーフルオロカルボン酸、シュウ酸等のジカルボン酸、アルキルベンゼンスルホン酸、p−トルエンスルホン酸、ドデシルベンゼンスルホン酸等のFe(III)塩が挙げられる。   Further, metal halogen compounds such as boron trifluoride, metal oxides such as silver oxide and cesium oxide, iron (III) salts of organic acids, and the like can also be used as catalysts. Specifically, examples of iron (III) salts of organic acids include alkyl sulfonic acids such as methane or lauryl sulfuric acid, aliphatic carboxylic acids such as 2-ethylhexyl carboxylic acid, and aliphatic perfluorocarboxylic acids such as trifluoroacetic acid. And Fe (III) salts such as dicarboxylic acids such as oxalic acid, alkylbenzenesulfonic acid, p-toluenesulfonic acid, and dodecylbenzenesulfonic acid.

触媒の使用量は、前記チオフェン誘導体1molに対して0.01〜1mol当量が好ましく、より好ましくは0.05〜0.5mol当量である。   The amount of the catalyst used is preferably 0.01 to 1 mol equivalent, more preferably 0.05 to 0.5 mol equivalent, relative to 1 mol of the thiophene derivative.

混合液および酸化剤溶液に用いる溶媒としては、水、純水、N−メチル−2−ピロリドン、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド等の極性溶媒;クレゾール、フェノール等のフェノール類;メタノール、エタノール、プロパノール等のアルコール類;アセトン、メチルエチルケトン等のケトン類;ヘキサン、ベンゼン、トルエン等の炭化水素類;ギ酸、酢酸等のカルボン酸;エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート等のカーボネート化合物;ジオキサン、ジエチルエーテル等のエーテル化合物;エチレングリコールジアルキルエーテル、プロピレングリコールジアルキルエーテル、ポリエチレングリコールジアルキルエーテル、ポリプロピレングリコールジアルキルエーテル等の鎖状エーテル類;3−メチル−2−オキサゾリジノン等の複素環化合物;アセトニトリル、グルタロジニトリル、メトキシアセトニトリル、プロピオニトリル、ベンゾニトリル等のニトリル化合物などが挙げられる。これらの溶媒は、単独で用いてもよいし、2種類以上の混合物としてもよいし、他の有機溶媒との混合物としてもよい。   Solvents used in the mixed solution and oxidant solution include polar solvents such as water, pure water, N-methyl-2-pyrrolidone, N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, dimethyl sulfoxide; cresol, phenol, etc. Phenols; alcohols such as methanol, ethanol and propanol; ketones such as acetone and methyl ethyl ketone; hydrocarbons such as hexane, benzene and toluene; carboxylic acids such as formic acid and acetic acid; carbonate compounds such as ethylene carbonate and propylene carbonate Ether compounds such as dioxane and diethyl ether; chains such as ethylene glycol dialkyl ether, propylene glycol dialkyl ether, polyethylene glycol dialkyl ether, and polypropylene glycol dialkyl ether Heterocyclic compounds such as 3-methyl-2-oxazolidinone; ethers acetonitrile, glutarodinitrile, methoxy acetonitrile, propionitrile, nitrile compounds such as benzonitrile and the like. These solvents may be used alone, as a mixture of two or more kinds, or as a mixture with other organic solvents.

重合時の温度は50℃以下が好ましく、25℃以下がより好ましく、10℃以下が特に好ましい。重合時の温度が25℃以下であれば、導電性がより向上する。ただし、重合時の温度が低すぎると、重合反応が進行しにくくなり、重合時間を長く設定する場合がある。また、塗膜の表面平滑性が低下する傾向にもある。このような観点から、重合時の温度は−20℃以上が好ましく、−10℃以上がより好ましい。   The temperature during the polymerization is preferably 50 ° C. or lower, more preferably 25 ° C. or lower, and particularly preferably 10 ° C. or lower. If the temperature at the time of superposition | polymerization is 25 degrees C or less, electroconductivity will improve more. However, when the temperature at the time of polymerization is too low, the polymerization reaction hardly proceeds, and the polymerization time may be set longer. Moreover, it exists also in the tendency for the surface smoothness of a coating film to fall. From such a viewpoint, the temperature during polymerization is preferably −20 ° C. or higher, more preferably −10 ° C. or higher.

重合時間は、反応性や生産性を考慮して、1〜72時間が好ましく、2〜48時間がより好ましい。   The polymerization time is preferably 1 to 72 hours, more preferably 2 to 48 hours in consideration of reactivity and productivity.

また、重合は酸の存在下で行うことが好ましい。酸の存在下で重合を行えば、導電性がより向上する。   The polymerization is preferably performed in the presence of an acid. Conducting the polymerization in the presence of an acid improves the conductivity.

重合の際に用いる酸としては、硫酸、硝酸、リン酸、ホウ酸、クロム酸、ハロゲンオキソ酸として次亜塩素酸、亜塩素酸、塩素酸、過塩素酸、塩酸、臭化水素酸、ヨウ化水素酸、ヘキサフルオロアンチモン酸、テトラフルオロホウ酸、ヘキサフルオロリン酸、トリフルオロメタンスルホン酸、ノナフルオロ−1−ブタンスルホン酸、1,1,1−トリフルオロ−N−[(トリフルオロメチル)スルホニル]メタンスルホンアミド、ジベンゼンスルホンイミド、1,1,2,2,3,3−ヘキサフルオロプロパン−1,3−ジスルホンイミド、ビス[ノナフルオロブタンスルホン]イミドなどが挙げられる。これらは1種単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。   Acids used in the polymerization include sulfuric acid, nitric acid, phosphoric acid, boric acid, chromic acid, halogen oxoacids such as hypochlorous acid, chlorous acid, chloric acid, perchloric acid, hydrochloric acid, hydrobromic acid, iodine. Hydrofluoric acid, hexafluoroantimonic acid, tetrafluoroboric acid, hexafluorophosphoric acid, trifluoromethanesulfonic acid, nonafluoro-1-butanesulfonic acid, 1,1,1-trifluoro-N-[(trifluoromethyl) sulfonyl Methanesulfonamide, dibenzenesulfonimide, 1,1,2,2,3,3-hexafluoropropane-1,3-disulfonimide, bis [nonafluorobutanesulfone] imide and the like. These may be used alone or in combination of two or more.

酸の使用量は、前記チオフェン誘導体1molに対して0.05〜50mol当量が好ましく、より好ましくは0.1〜20mol当量である。酸の使用量が0.05mol当量以上であれば導電性の向上効果が十分に得られるが、50mol当量を超えても導電性は頭打ちとなるため、コストを高めるだけである。   The amount of the acid used is preferably 0.05 to 50 mol equivalent, more preferably 0.1 to 20 mol equivalent, relative to 1 mol of the thiophene derivative. If the amount of the acid used is 0.05 mol equivalent or more, the effect of improving the conductivity is sufficiently obtained. However, even if the amount exceeds 50 mol equivalent, the conductivity reaches its peak, which only increases the cost.

重合後は、通常、遠心分離器等の濾過器により溶媒を濾別する。さらに、必要に応じて濾過物を洗浄液により洗浄した後、乾燥させて、導電性高分子(A)とチオフェン誘導体の重合物とが複合した導電性材料を得る。   After polymerization, the solvent is usually filtered off with a filter such as a centrifugal separator. Further, the filtered material is washed with a washing liquid as necessary, and dried to obtain a conductive material in which the conductive polymer (A) and the polymer of the thiophene derivative are combined.

なお、このようにして得られる導電性材料には未反応のチオフェン誘導体や不純物質などが含まれている場合があり、これらが導電性を阻害する要因となることがある。従って、導電性複合体を精製して不純物質などを除去することが好ましい。   Note that the conductive material thus obtained may contain unreacted thiophene derivatives, impurities, and the like, which may be a factor that hinders conductivity. Therefore, it is preferable to purify the conductive composite to remove impurities.

未反応のチオフェン誘導体や不純物質などを除去するには、重合後の反応液を膜濾過する方法が好ましい。このとき、重合後の反応液に重合溶媒を加えて所望の濃度に希釈してから膜濾過してもよい。膜濾過に用いる分離膜としては、未反応のチオフェン誘導体や不純物質の除去効率を考慮すると、限外濾過膜が好ましい。   In order to remove unreacted thiophene derivatives and impurities, a method of membrane filtration of the reaction solution after polymerization is preferred. At this time, a polymerization solvent may be added to the reaction solution after polymerization to dilute to a desired concentration, and then membrane filtration may be performed. As a separation membrane used for membrane filtration, an ultrafiltration membrane is preferable in consideration of removal efficiency of unreacted thiophene derivatives and impurities.

なお、精製後の導電性複合体は、水などの溶媒に分散または溶解した状態である。従って、エバポレータなどで溶媒を全て除去すれば固体状の導電性複合体が得られるが、導電性複合体は溶媒に分散または溶解した状態のまま用いてもよい。
<条件(I)>
本発明の導電性複合材料の体積平均粒子径は、25nm以下である。体積平均粒子径が25nm以下であれば、誘電体酸化膜12の微細な凹凸の内部へ導電性材料が十分に含浸するので、容量発現率の高い固体電解コンデンサが得られる。含浸性により優れる点で、導電性材料の体積平均粒子径は、20nm以下が好ましく、10nm以下がより好ましく、5nm以下が特に好ましい。
Note that the conductive composite after purification is in a state of being dispersed or dissolved in a solvent such as water. Accordingly, if all the solvent is removed with an evaporator or the like, a solid conductive composite can be obtained, but the conductive composite may be used in a state dispersed or dissolved in the solvent.
<Condition (I)>
The volume average particle diameter of the conductive composite material of the present invention is 25 nm or less. If the volume average particle diameter is 25 nm or less, the conductive material is sufficiently impregnated into the fine irregularities of the dielectric oxide film 12, so that a solid electrolytic capacitor having a high capacity expression rate can be obtained. The volume average particle diameter of the conductive material is preferably 20 nm or less, more preferably 10 nm or less, and particularly preferably 5 nm or less in that the impregnation property is superior.

導電性複合材料の体積平均粒子径は、以下のようにして測定される値である。   The volume average particle diameter of the conductive composite material is a value measured as follows.

まず、導電性複合材料の濃度が1質量%の導電性複合材料溶液を調製し、動的光散乱式粒子径測定装置を用いて動的光散乱法により粒子分布を測定し、純水の粘度で補正する。そして、得られた1つ以上のピークのうち、粒子径が最小となるピークを含む最小粒子分布の体積平均粒子径を求め、これを導電性材料の体積平均粒子径とする。   First, a conductive composite material solution having a concentration of 1% by weight of a conductive composite material is prepared, and the particle distribution is measured by a dynamic light scattering method using a dynamic light scattering particle size measuring device, and the viscosity of pure water is measured. Correct with. Then, among the obtained one or more peaks, the volume average particle diameter of the minimum particle distribution including the peak having the minimum particle diameter is obtained, and this is set as the volume average particle diameter of the conductive material.

なお、本発明において「最小粒子分布」とは、動的光散乱法により粒子分布を測定し、純水の粘度で補正した後、これを解析して得られる1つ以上の粒子分布群のうち、最も粒子径の小さい分布のことである。具体的には図3に示すように、粒子分布を測定して得られる1つ以上のピークP1,P2,P3,・・・のうち、粒子径が最小となるピークP1を含む粒子分布(図3中、符号Sの領域)のことでる。動的光散乱法により粒子分布を測定して得られるピークが1つの場合は、この粒子分布が最小粒子分布となる。また、複数の粒子分布が重なった場合は、汎用ソフト等に組み込まれているGauss関数やLorentz関数等を用いる一般的な解析方法により、波形分離すればよい。
<OH基を有する化合物(C)>
OH基を有する化合物(C)としては、可溶性であるものが好ましい。
In the present invention, the “minimum particle distribution” means a particle distribution measured by a dynamic light scattering method, corrected by the viscosity of pure water, and then analyzed by analyzing it. The distribution with the smallest particle size. Specifically, as shown in FIG. 3, among one or more peaks P1, P2, P3,... Obtained by measuring the particle distribution, a particle distribution including a peak P1 having a minimum particle diameter (see FIG. 3). 3 is a region of S). When there is one peak obtained by measuring the particle distribution by the dynamic light scattering method, this particle distribution is the minimum particle distribution. Further, when a plurality of particle distributions overlap, the waveforms may be separated by a general analysis method using a Gauss function, a Lorentz function, or the like incorporated in general-purpose software.
<Compound (C) having OH group>
As the compound (C) having an OH group, those that are soluble are preferred.

また、化合物(C)1分子中のヒドロキシ基の数は、2つ以上が好ましく、3つ以上がより好ましい。ヒドロキシ基の数が2つ以上であれば、加熱時に導電性高分子(A)の酸性基と化合物(C)のヒドロキシ基とが結合して酸性基の脱離を抑制し、導電性を良好に維持する効果が期待できると考える。   In addition, the number of hydroxy groups in one molecule of the compound (C) is preferably 2 or more, and more preferably 3 or more. If the number of hydroxy groups is 2 or more, the acidic group of the conductive polymer (A) and the hydroxy group of the compound (C) are bonded to each other during heating, and the elimination of the acidic group is suppressed and the conductivity is good. We think that we can expect effect to maintain.

このような化合物(C)としては、D−マンニトール、ペンタエリスリトール、グリセリン、ヒドロキノンが挙げられる。また、これら以外にも、ヒドロキシ基を3個持つ化合物として、1,2,4−ブタントリオール、2−(ヒドロキシメチル)−1,3−プロパンジオール、トリメチロールエタン、2−デオキシ−D−リボース、トリス(ヒドロキシメチル)アミノメタン、トリエタノールアミンなど;ヒドロキシ基を4個持つ化合物として、エリトリトール、トレイトール、アラビノース、フコース、リキソース、ラムノース、リボース、キシロースなど;ヒドロキシ基を5個持つ化合物としてキシリトール、リビトール、アラビニトール、アロース、フルクトース、ガラクトース、グルコース、グロース、マンノース、プシコース、ソルボース、タガトース、タロースなど;ヒドロキシ基を6個持つ化合物として、ガラクチトール、アリトール、イジトール、イノシトール、タリトール、ジペンタエリトリトールなどを化合物(C)として用いることもできる。これらは1種単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。これらの中でも、耐熱性が向上する点で、D−マンニトール、ペンタエリスリトール、グリセリンなどのヒドロキシ基の数が3個以上である化合物が好ましい。特に耐熱性が向上する点で、D−マンニトールが好ましい。   Examples of such a compound (C) include D-mannitol, pentaerythritol, glycerin, and hydroquinone. In addition to these, compounds having three hydroxy groups include 1,2,4-butanetriol, 2- (hydroxymethyl) -1,3-propanediol, trimethylolethane, 2-deoxy-D-ribose. , Tris (hydroxymethyl) aminomethane, triethanolamine, etc .; compounds having 4 hydroxy groups such as erythritol, threitol, arabinose, fucose, lyxose, rhamnose, ribose, xylose, etc .; xylitol as compounds having 5 hydroxy groups , Ribitol, arabinitol, allose, fructose, galactose, glucose, gulose, mannose, psicose, sorbose, tagatose, talose, etc .; compounds having 6 hydroxy groups such as galactitol, allitol, iditol It inositol, talitol, also be used as a compound dipentaerythritol (C). These may be used alone or in combination of two or more. Among these, a compound having 3 or more hydroxy groups such as D-mannitol, pentaerythritol, and glycerin is preferable in terms of improving heat resistance. In particular, D-mannitol is preferable in terms of improving heat resistance.

化合物(C)の含有量は、導電性を維持する観点から、導電性複合体1molに対して0.1〜50mol当量が好ましく、0.3〜20mol当量がより好ましい。
<その他の成分>
本発明の導電性組成物は、溶媒を含有していてもよい。溶媒としては、水、超純水、これらと水溶性有機溶媒との混合溶媒などが挙げられる。
The content of the compound (C) is preferably from 0.1 to 50 mol equivalent, more preferably from 0.3 to 20 mol equivalent, based on 1 mol of the conductive complex from the viewpoint of maintaining conductivity.
<Other ingredients>
The conductive composition of the present invention may contain a solvent. Examples of the solvent include water, ultrapure water, a mixed solvent of these and a water-soluble organic solvent, and the like.

水溶性有機溶媒は、水と混合するものであれば特に限定はない。水溶性有機溶媒として、具体的には、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−ブタノール等のアルコール類;アセトン、メチルエチルケトン、エチルイソブチルケトン、メチルイソブチルケトン等のケトン類;エチレングリコール、エチレングリコールメチルエーテル、エチレングリコールモノ−n−プロピルエーテル等のエチレングリコール類;プロピレングリコール、プロピレングリコールメチルエーテル、プロピレングリコールエチルエーテル、プロピレングリコールブチルエーテル、プロピレングリコールプロピルエーテル等のプロピレングリコール類;ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド等のアミド類;N−メチルピロリドン、N−エチルピロリドン等のピロリドン類;N−メチルピロリドン、N−エチルピロリドン等のピロリドン類;乳酸メチル、乳酸エチル、β−メトキシイソ酪酸メチル、α−ヒドロキシイソ酪酸メチル等のヒドロキシエステル類などが挙げられる。
<固体電解コンデンサ>
本発明の導電性材料を用いた固体電解コンデンサの一実施形態例について説明する。
図*に、本実施形態例のコンデンサの構成を模式的に示す。この例の固体電解コンデンサ10は、被膜形成金属11と、被膜形成金属11上に形成された誘電体酸化膜12と、誘電体酸化膜12上に形成された固体電解質層13と、固体電解質層13上に形成されたグラファイト層14と、グラファイト層14上に形成された金属層15とを備えた、積層型固体電解コンデンサである。
(被膜形成金属)
被膜形成金属11は、弁作用を有する多孔質の金属体であり、導電性を有する。このような被膜形成金属11としては、固体電解コンデンサに用いられる通常の電極(弁作用金属体)を使用でき、具体的にはアルミニウム、タンタル、ニオブ、ニッケル等の金属材料からなる電極が挙げられる。その形態としては、金属箔、金属焼結体などが挙げられる。
(誘電体酸化膜)
誘電体酸化膜12は、被膜形成金属11を陽極酸化して形成されたものである。
被膜形成金属11を陽極酸化して形成される誘電体酸化膜12は、図1に示すように被膜形成金属11の表面状態を反映し、表面が微細な凹凸状となっている。この凹凸の周期は、被膜形成金属11の種類などに依存するが、通常、200nm以下程度である。また、凹凸を形成する凹部(微細孔)の深さは、被膜形成金属11の種類などに特に依存しやすいので一概には決められないが、例えばアルミニウムを用いる場合、凹部の深さは数十nm〜1μm程度である。
(固体電解質層)
固体電解質層13は、下記条件(I)を満たす導電性材料を含み、導電性材料は2種類以上の導電性高分子からなり、導電性高分子のうち少なくとも1つは可溶性の導電性高分子(A)である。
条件(I):導電性材料を1質量%含む導電性材料溶液を用いて動的光散乱法により粒子分布を測定して得られる1つ以上のピークのうち、粒子径が最小となるピークを含む最小粒子分布の体積平均粒子径が25nm以下である。
The water-soluble organic solvent is not particularly limited as long as it is mixed with water. Specific examples of water-soluble organic solvents include water or alcohols such as methanol, ethanol, isopropanol, n-propanol, and n-butanol; ketones such as acetone, methyl ethyl ketone, ethyl isobutyl ketone, and methyl isobutyl ketone; ethylene glycol, Ethylene glycols such as ethylene glycol methyl ether and ethylene glycol mono-n-propyl ether; propylene glycols such as propylene glycol, propylene glycol methyl ether, propylene glycol ethyl ether, propylene glycol butyl ether and propylene glycol propyl ether; dimethylformamide and dimethyl Amides such as acetamide; Pyrrolidones such as N-methylpyrrolidone and N-ethylpyrrolidone; N-methyl Pyrrolidone, pyrrolidones such as N- ethyl-pyrrolidone; methyl lactate, ethyl lactate, beta-methoxyisobutyrate methyl butyrate, hydroxypropyl esters such as α- hydroxy methyl isobutyrate and the like.
<Solid electrolytic capacitor>
An embodiment of a solid electrolytic capacitor using the conductive material of the present invention will be described.
FIG. * Schematically shows the configuration of the capacitor of this embodiment. The solid electrolytic capacitor 10 of this example includes a film-forming metal 11, a dielectric oxide film 12 formed on the film-forming metal 11, a solid electrolyte layer 13 formed on the dielectric oxide film 12, and a solid electrolyte layer. 13 is a multilayer solid electrolytic capacitor including a graphite layer 14 formed on 13 and a metal layer 15 formed on the graphite layer 14.
(Coating metal)
The film-forming metal 11 is a porous metal body having a valve action and has conductivity. As such a film-forming metal 11, a normal electrode (valve action metal body) used for a solid electrolytic capacitor can be used, and specifically, an electrode made of a metal material such as aluminum, tantalum, niobium, or nickel can be cited. . Examples of the form include a metal foil and a metal sintered body.
(Dielectric oxide film)
The dielectric oxide film 12 is formed by anodizing the film forming metal 11.
As shown in FIG. 1, the dielectric oxide film 12 formed by anodizing the film-forming metal 11 reflects the surface state of the film-forming metal 11 and has a fine uneven surface. The period of the unevenness depends on the type of the film-forming metal 11 and the like, but is usually about 200 nm or less. Further, the depth of the recesses (micropores) for forming the recesses and projections is not particularly determined because it is particularly dependent on the type of the film-forming metal 11, but for example, when aluminum is used, the depth of the recesses is several tens. It is about nm to 1 μm.
(Solid electrolyte layer)
The solid electrolyte layer 13 includes a conductive material that satisfies the following condition (I), the conductive material is composed of two or more types of conductive polymers, and at least one of the conductive polymers is a soluble conductive polymer. (A).
Condition (I): Among one or more peaks obtained by measuring the particle distribution by a dynamic light scattering method using a conductive material solution containing 1% by mass of a conductive material, the peak having the smallest particle diameter The volume average particle diameter of the minimum particle distribution to be included is 25 nm or less.

上述したように、固体電解質層13は、上記条件(I)を満たす導電性材料を含んだ導電性材料溶液を誘電体酸化膜12上に塗布し、乾燥してなるものである。このようにして形成された固体電解質層13は、誘電体酸化膜12の微細な凹凸の内部にまで十分に導電性材料が含浸しているので、得られる固体電解コンデンサ10の容量発現率が向上する。   As described above, the solid electrolyte layer 13 is formed by applying a conductive material solution containing a conductive material satisfying the above condition (I) on the dielectric oxide film 12 and drying it. Since the solid electrolyte layer 13 formed in this way is sufficiently impregnated with the conductive material even inside the fine irregularities of the dielectric oxide film 12, the capacity expression rate of the obtained solid electrolytic capacitor 10 is improved. To do.

導電性材料溶液100質量%中の導電性材料の含有量は、9質量%以下であることが好ましく、5質量%以下であることがより好ましい。導電性材料の含有量が9質量%以下であれば、誘電体酸化膜12が形成された被膜形成金属11や、後述する巻回型の固体電解コンデンサに備わるセパレータに対する濡れ性が向上するため、導電性材料は誘電体酸化膜12の表面に堆積することなく、微細な凹凸の内部へ十分に含浸できる。   The content of the conductive material in 100% by mass of the conductive material solution is preferably 9% by mass or less, and more preferably 5% by mass or less. If the content of the conductive material is 9% by mass or less, the wettability with respect to the film-forming metal 11 on which the dielectric oxide film 12 is formed and the separator provided in the winding type solid electrolytic capacitor described later is improved. The conductive material can be sufficiently impregnated into the fine irregularities without being deposited on the surface of the dielectric oxide film 12.

導電性材料の含有量の下限値については特に制限されないが、所望の厚さの固体電解質層13を容易に形成できる点で、0.1質量%以上が好ましい。   The lower limit value of the content of the conductive material is not particularly limited, but is preferably 0.1% by mass or more in that the solid electrolyte layer 13 having a desired thickness can be easily formed.

固体電解質層13の形成に用いる導電性材料溶液は、導電性材料の他に、該導電性材料以外の導電性高分子(他の導電性高分子)や、界面活性剤等の添加剤など、他の材料などを含有してもよい。
他の導電性高分子としては、ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)、ポリピロール、ポリアニリンなどが挙げられる。また、これら他の導電性高分子を用いる場合には、ドーパント(例えばポリスチレンスルホン酸など)を併用するのが好ましい。
The conductive material solution used for forming the solid electrolyte layer 13 includes, in addition to the conductive material, a conductive polymer other than the conductive material (another conductive polymer), an additive such as a surfactant, It may contain other materials.
Examples of other conductive polymers include poly (3,4-ethylenedioxythiophene), polypyrrole, and polyaniline. In addition, when these other conductive polymers are used, it is preferable to use a dopant (for example, polystyrene sulfonic acid) in combination.

界面活性剤としては、アニオン系界面活性剤、カチオン系界面活性剤、両性界面活性剤、非イオン系界面活性剤、フッ素系界面活性剤などが挙げられる。これら界面活性剤は、1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。   Examples of the surfactant include an anionic surfactant, a cationic surfactant, an amphoteric surfactant, a nonionic surfactant, and a fluorine surfactant. These surfactants may be used alone or in combination of two or more.

導電性材料溶液が界面活性剤を含有する場合、導電性材料溶液100質量%中の界面活性剤の含有量は、0.1〜20質量%が好ましく、0.1〜5質量%がより好ましい。界面活性剤の含有量が0.1質量%以上であれば、導電性材料溶液の表面張力を低下させることができる。よって、誘電体酸化膜12の微細な凹凸の内部への含浸性が向上し、固体電解質層13の導電率が高まる。一方、界面活性剤の含有量が20質量%以下であれば、導電性を良好に維持できる。
(グラファイト層)
グラファイト層14は、グラファイト液を固体電解質層13上に塗布、または誘電体酸化膜12および固体電解質層13が順次形成された被膜形成金属11をグラファイト液に浸漬して形成されたものである。
(金属層)
金属層15としては、接着銀などの銀層の他、アルミニウム電極、タンタル電極、ニオブ電極、チタン電極、ジルコニウム電極、マグネシウム電極などが挙げられる。
以上説明した本発明の固体電解コンデンサ10では、2種類以上の導電性高分子からなり、導電性高分子のうち少なくとも1つは可溶性の導電性高分子(A)であり、上記条件(I)を満たす導電性材料を用いて固体電解質層13が形成されているので、誘電体酸化膜12の微細な凹凸の内部にまで導電性材料が十分に含浸している。よって、誘電体酸化膜12の微細な凹凸の内部にまで固体電解質層13が形成されているため、容量発現率が高い。
When the conductive material solution contains a surfactant, the content of the surfactant in 100% by mass of the conductive material solution is preferably 0.1 to 20% by mass, and more preferably 0.1 to 5% by mass. . If the content of the surfactant is 0.1% by mass or more, the surface tension of the conductive material solution can be reduced. Therefore, the impregnation property into the fine irregularities of the dielectric oxide film 12 is improved, and the conductivity of the solid electrolyte layer 13 is increased. On the other hand, if the content of the surfactant is 20% by mass or less, the conductivity can be maintained well.
(Graphite layer)
The graphite layer 14 is formed by applying a graphite liquid on the solid electrolyte layer 13 or immersing the film-forming metal 11 in which the dielectric oxide film 12 and the solid electrolyte layer 13 are sequentially formed in the graphite liquid.
(Metal layer)
Examples of the metal layer 15 include a silver layer such as adhesive silver, an aluminum electrode, a tantalum electrode, a niobium electrode, a titanium electrode, a zirconium electrode, and a magnesium electrode.
In the solid electrolytic capacitor 10 of the present invention described above, it is composed of two or more kinds of conductive polymers, and at least one of the conductive polymers is a soluble conductive polymer (A), and the above condition (I) Since the solid electrolyte layer 13 is formed using a conductive material satisfying the above, the conductive material is sufficiently impregnated into the fine irregularities of the dielectric oxide film 12. Therefore, since the solid electrolyte layer 13 is formed even inside the fine irregularities of the dielectric oxide film 12, the capacity development rate is high.

<固体電解コンデンサの製造方法>
次に、上記固体電解コンデンサ10の製造方法の一例について説明する。
<Method for manufacturing solid electrolytic capacitor>
Next, an example of a method for manufacturing the solid electrolytic capacitor 10 will be described.

本発明の固体電解コンデンサの製造方法は、被膜形成金属11の表面に形成された誘電体酸化膜12上に、2種類以上の導電性高分子からなり、導電性高分子のうち少なくとも1つは可溶性の導電性高分子(A)であり、上記条件(I)を満たす導電性材料溶液を塗布する工程(塗布工程)と、塗布した導電性材料溶液を乾燥して固体電解質層13を形成する工程(乾燥工程)とを有する。   The method for producing a solid electrolytic capacitor of the present invention comprises two or more kinds of conductive polymers on a dielectric oxide film 12 formed on the surface of a film-forming metal 11, and at least one of the conductive polymers is A step of applying a conductive material solution that is a soluble conductive polymer (A) and satisfies the above condition (I) (application step), and the applied conductive material solution is dried to form the solid electrolyte layer 13. Process (drying process).

本発明においては、固体電解質層13を形成する工程以外の工程は、公知の技術により行われる。例えば、図1に示す固体電解コンデンサ10を製造する場合、アルミニウム箔などの被膜形成金属11の表層近傍をエッチングにより多孔質体化した後、陽極酸化により誘電体酸化膜12を形成する。ついで、誘電体酸化膜12上に固体電解質層13を形成した後、これをグラファイト液に浸漬させて、またはグラファイト液を塗布して固体電解質層13上にグラファイト層14を形成し、さらにグラファイト層14上に金属層15を形成する。さらに、陰極および陽極(いずれも図示略)に外部端子(図示略)を接続して外装し、固体電解コンデンサ10とする。   In the present invention, processes other than the process of forming the solid electrolyte layer 13 are performed by a known technique. For example, when the solid electrolytic capacitor 10 shown in FIG. 1 is manufactured, the dielectric layer 12 is formed by anodic oxidation after the surface layer vicinity of the film forming metal 11 such as an aluminum foil is made porous by etching. Next, after the solid electrolyte layer 13 is formed on the dielectric oxide film 12, this is immersed in the graphite liquid or the graphite liquid is applied to form the graphite layer 14 on the solid electrolyte layer 13, and the graphite layer A metal layer 15 is formed on 14. Furthermore, an external terminal (not shown) is connected to a cathode and an anode (both not shown) to provide a solid electrolytic capacitor 10.

ここで、固体電解質層13を形成する工程について、詳しく説明する。   Here, the process of forming the solid electrolyte layer 13 will be described in detail.

固体電解質層13、被膜形成金属11の表面に形成された誘電体酸化膜12上に、2種類以上の導電性高分子からなり、導電性高分子のうち少なくとも1つは可溶性の導電性高分子(A)であり、上記条件(I)を満たす導電性材料溶液を塗布し(塗布工程)、誘電体酸化膜12の微細な凹凸の内部に導電性材料を含浸させた後、乾燥する(乾燥工程)ことで形成できる。   The solid oxide layer 13 and the dielectric oxide film 12 formed on the surface of the film-forming metal 11 are made of two or more kinds of conductive polymers, and at least one of the conductive polymers is a soluble conductive polymer. (A), a conductive material solution satisfying the above condition (I) is applied (application process), the fine unevenness of the dielectric oxide film 12 is impregnated with the conductive material, and then dried (drying). Process).

なお、本発明において「塗布」とは、塗膜(層)を形成させることを指し、塗装や浸漬も塗布に含まれる。   In the present invention, “application” refers to forming a coating film (layer), and coating and immersion are also included in the application.

導電性材料溶液は、導電性材料、および必要に応じて他の導電性高分子やドーパント、界面活性剤などの添加剤を溶媒に溶解することで得られる。
本発明の一実施態様において、導電性材料溶液は、導電性材料の含有量が導電性材料溶液100質量%中、9質量%以下、より好ましくは5質量%以下になるように調整する。
The conductive material solution can be obtained by dissolving a conductive material and, if necessary, other conductive polymers, dopants, surfactants and other additives in a solvent.
In one embodiment of the present invention, the conductive material solution is adjusted so that the content of the conductive material is 9% by mass or less, more preferably 5% by mass or less in 100% by mass of the conductive material solution.

導電性材料の含有量が9質量%以下であれば、誘電体酸化膜12が形成された被膜形成金属11や、後述する巻回型の固体電解コンデンサに備わるセパレータに対する濡れ性が向上するため、導電性材料は誘電体酸化膜12の表面に堆積することなく、微細な凹凸の内部へ十分に含浸できる。
導電性材料の含有量の下限値については特に制限されないが、所望の厚さの固体電解質層13を容易に形成できる点で、0.1質量%以上が好ましい。
If the content of the conductive material is 9% by mass or less, the wettability with respect to the film-forming metal 11 on which the dielectric oxide film 12 is formed and the separator provided in the winding type solid electrolytic capacitor described later is improved. The conductive material can be sufficiently impregnated into the fine irregularities without being deposited on the surface of the dielectric oxide film 12.
The lower limit value of the content of the conductive material is not particularly limited, but is preferably 0.1% by mass or more in that the solid electrolyte layer 13 having a desired thickness can be easily formed.

また、本発明の他の実施態様において、導電性材料溶液は、表面張力が67mN/m未満、より好ましくは60mN/m以下になるように調整する。
導電性材料溶液に用いる溶媒としては、詳しくは後述するが、水、有機溶媒、水と有機溶媒の混合溶媒を用いる。例えば溶媒として混合溶媒を用いる場合、有機溶媒の割合が多くなるに連れて、導電性材料溶液の表面張力は低くなる傾向にある。
In another embodiment of the present invention, the conductive material solution is adjusted so that the surface tension is less than 67 mN / m, more preferably 60 mN / m or less.
As described later in detail, a solvent used for the conductive material solution is water, an organic solvent, or a mixed solvent of water and an organic solvent. For example, when a mixed solvent is used as the solvent, the surface tension of the conductive material solution tends to decrease as the proportion of the organic solvent increases.

導電性材料溶液に用いる溶媒としては、上述したように、水、有機溶媒、水と有機溶媒の混合溶媒が挙げられる。   Examples of the solvent used for the conductive material solution include water, an organic solvent, and a mixed solvent of water and an organic solvent as described above.

有機溶媒としては、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、プロピルアルコール、ブタノール等のアルコール類;アセトン、メチルエチルケトン、エチルイソブチルケトン、メチルイソブチルケトン等のケトン類;エチレングリコール、エチレングリコールメチルエーテル、エチレングリコールモノ−n−プロピルエーテル等のエチレングリコール類;プロピレングリコール、プロピレングリコールメチルエーテル、プロピレングリコールエチルエーテル、プロピレングリコールブチルエーテル、プロピレングリコールプロピルエーテル等のプロピレングリコール類;ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド等のアミド類;N−メチルピロリドン、N−エチルピロリドン等のピロリドン類;乳酸メチル、乳酸エチル、β−メトキシイソ酪酸メチル、α−ヒドロキシイソ酪酸メチル等のヒドロキシエステル類やγ−ブチロラクトンなどが挙げられる。これら有機溶媒は、1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。これらの中でも、水への可溶性および取り扱いの点で、アルコール類が好ましく、特にメタノールやイソプロプルアルコールが好ましい。   Examples of the organic solvent include alcohols such as methanol, ethanol, isopropyl alcohol, propyl alcohol, and butanol; ketones such as acetone, methyl ethyl ketone, ethyl isobutyl ketone, and methyl isobutyl ketone; ethylene glycol, ethylene glycol methyl ether, and ethylene glycol mono-n. Ethylene glycols such as propyl ether; propylene glycols such as propylene glycol, propylene glycol methyl ether, propylene glycol ethyl ether, propylene glycol butyl ether and propylene glycol propyl ether; amides such as dimethylformamide and dimethylacetamide; N-methylpyrrolidone Pyrrolidones such as N-ethylpyrrolidone; methyl lactate, ethyl lactate, β- Tokishiiso methyl butyrate, hydroxypropyl esters and γ- butyrolactone, such as α- hydroxy methyl isobutyrate and the like. These organic solvents may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together. Among these, alcohols are preferable from the viewpoint of solubility in water and handling, and methanol and isopropyl alcohol are particularly preferable.

溶媒として混合溶媒を用いる場合、混合溶媒100質量%中の有機溶媒の含有量は、4〜70質量%が好ましく、10〜50質量%がより好ましい。有機溶媒の含有量が上記範囲内であれば、導電性材料が良好に溶解する。   When using a mixed solvent as a solvent, 4-70 mass% is preferable and, as for content of the organic solvent in 100 mass% of mixed solvents, 10-50 mass% is more preferable. When the content of the organic solvent is within the above range, the conductive material dissolves well.

導電性材料溶液の塗布方法としては、ディップコート法、刷毛塗り法、スピンコート法、キャスティング法、マイクログラビアコート法、グラビアコート法、バーコート法、ロールコート法、ワイアーバーコート法、スプレーコート法、フローコート法、スクリーン印刷法、フレキソ印刷法、オフセット印刷法、インクジェットプリント法等などが挙げられる。特に、操作が容易である点で、ディップコート法(浸漬法)が好ましい。   As a method for applying the conductive material solution, dip coating method, brush coating method, spin coating method, casting method, micro gravure coating method, gravure coating method, bar coating method, roll coating method, wire bar coating method, spray coating method , Flow coating method, screen printing method, flexographic printing method, offset printing method, ink jet printing method and the like. In particular, the dip coating method (immersion method) is preferable in terms of easy operation.

ディップコート法により導電性材料溶液を塗布する場合、作業性の点で、導電性材料溶液への浸漬時間は、1〜30分が好ましい。また、ディップコートする際に、減圧時にディップさせて常圧に戻す、あるいは、ディップ時に加圧するなどの方法も有効である。   When the conductive material solution is applied by the dip coating method, the immersion time in the conductive material solution is preferably 1 to 30 minutes from the viewpoint of workability. In addition, when dip-coating, it is also effective to dip at the time of depressurization to return to normal pressure, or to pressurize at the time of dip.

導電性材料溶液を塗布した後の乾燥方法としては加熱乾燥が好ましいが、例えば、風乾や、スピンさせて物理的に乾燥させる方法などを用いてもよい。   As a drying method after applying the conductive material solution, heat drying is preferable. For example, air drying or a method of physically drying by spinning may be used.

また、乾燥条件は、導電性材料や溶媒の種類により決定されるが、通常、乾燥温度は、乾燥性の観点から、20〜190℃が好ましく、乾燥時間は1〜30分が好ましい。   Moreover, although drying conditions are determined by the kind of electroconductive material and a solvent, 20-190 degreeC is preferable normally from a viewpoint of drying property, and drying time has preferable 1 to 30 minutes.

以上説明した本発明の固体電解コンデンサの製造方法では、被膜形成金属上に形成された誘電体酸化膜上に、2種類以上の導電性高分子からなり、導電性高分子のうち少なくとも1つは可溶性の導電性高分子(A)であり、下記条件(I)を満たす導電性材料溶液を塗布して固体電解質層を形成するので、導電性材料が誘電体酸化膜の微細な凹凸の内部にまで十分に含浸する。よって、誘電体酸化膜上に高導電率の固体電解質層を形成でき、容量発現率が高い固体電解コンデンサを容易に製造できる。
また、近年は、多孔質の被膜形成金属はさらに微細化されていたり、様々な形態の微細孔を有していたりするので、誘電体酸化膜も内部はより微細で複雑になっているが、本発明であれば、より微細で複雑な誘電体酸化膜の内部にも、十分に導電性材料を含浸できる。
よって、本発明により得られる固体電解コンデンサは、誘電体酸化膜上に、その微細な凹凸の内部にまで十分に導電性材料が含浸した固体電解質層が形成されているので、容量発現率が高く、コンデンサとしての性能に優れる。
In the manufacturing method of the solid electrolytic capacitor of the present invention described above, the dielectric oxide film formed on the film-forming metal is composed of two or more kinds of conductive polymers, and at least one of the conductive polymers is Since the solid electrolyte layer is formed by applying a conductive material solution satisfying the following condition (I), which is a soluble conductive polymer (A), the conductive material is placed in the fine irregularities of the dielectric oxide film. Until fully impregnated. Therefore, a solid electrolyte layer having high conductivity can be formed on the dielectric oxide film, and a solid electrolytic capacitor having a high capacity expression rate can be easily manufactured.
In recent years, the porous film-forming metal is further miniaturized or has various forms of micropores, so the dielectric oxide film is also finer and more complicated inside, According to the present invention, a conductive material can be sufficiently impregnated into the finer and more complicated dielectric oxide film.
Therefore, the solid electrolytic capacitor obtained by the present invention has a high capacity development rate because the solid electrolyte layer sufficiently impregnated with the conductive material is formed on the dielectric oxide film even inside the fine irregularities. Excellent performance as a capacitor.

また、本発明は、誘電体酸化膜上で化学酸化重合や電解重合を行わずに固体電解質層を形成できるので、固体電解質層中の不純物が少なく、製造工程も煩雑になりにくい。
なお、被膜形成金属には、上記ではアルミニウムを例に説明したが、その他タンタル、ニオブ、ニッケルめっき品等特にアルミニウムに限定されるものではない。
Further, according to the present invention, since the solid electrolyte layer can be formed on the dielectric oxide film without performing chemical oxidative polymerization or electrolytic polymerization, there are few impurities in the solid electrolyte layer, and the manufacturing process is hardly complicated.
In the above description, aluminum has been described as an example of the film-forming metal, but other metal such as tantalum, niobium, and nickel-plated products are not particularly limited to aluminum.

以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be specifically described by way of examples, but the present invention is not limited thereto.

実施例および比較例における測定・評価方法と、導電性高分子(A)および導電性材料の製造方法は以下の通りである。
<測定・評価方法>
(体積平均粒子径の評価)
導電性材料の濃度が1質量%の導電性材料溶液を調製し、動的光散乱式粒子径測定装置(日機装株式会社製、「ナノトラック」)を用いて動的光散乱法により粒子分布を測定し、純水の粘度で補正した。得られた1つ以上のピークのうち、粒子径が最小となるピークを含む最小粒子分布の体積平均粒子径を求め、これを導電性材料の体積平均粒子径とした。
(導電性の評価)
導電性組成物をマニュアルスピンナーASC−4000(Actes inc.製)によりガラス基材上に塗布し、120℃に設定したホットプレート上で10分間静置して導電性組成物を乾燥することで、膜厚が0.1μm程度の塗膜がガラス基材上に形成された導電体(試験片1)を作製した。
The measurement / evaluation methods in Examples and Comparative Examples, and the production methods of the conductive polymer (A) and the conductive material are as follows.
<Measurement and evaluation method>
(Evaluation of volume average particle diameter)
Prepare a conductive material solution with a conductive material concentration of 1% by mass, and use a dynamic light scattering type particle size measuring device (manufactured by Nikkiso Co., Ltd., “Nanotrack”) to determine the particle distribution by the dynamic light scattering method. It was measured and corrected with the viscosity of pure water. Of the obtained one or more peaks, the volume average particle size of the minimum particle distribution including the peak having the smallest particle size was determined, and this was defined as the volume average particle size of the conductive material.
(Evaluation of conductivity)
By applying the conductive composition on a glass substrate with a manual spinner ASC-4000 (manufactured by Actes Inc.), and leaving the conductive composition to stand on a hot plate set at 120 ° C. for 10 minutes, A conductor (test piece 1) in which a coating film having a film thickness of about 0.1 μm was formed on a glass substrate was produced.

得られた試験片1の表面抵抗値を、抵抗率計ロレスタGP(三菱化学株式会社製)に直列四探針プローブを装着して、室温(25℃)で測定した。塗膜の膜厚はナノスケールハイブリッド顕微鏡VN−8000(株式会社キーエンス製)を用いて測定し、これに表面抵抗値を乗じて体積抵抗率を求め、この体積抵抗率の逆数を計算し、導電率を求めた。導電率の値が高いほど、導電性に優れることを意味する。
(耐熱性の評価)
導電性組成物をマニュアルスピンナーASC−4000(Actes inc.製)によりガラス基材上に塗布し、160℃に設定したホットプレート上で60分間静置して導電性組成物を乾燥することで、膜厚が0.1μm程度の塗膜がガラス基材上に形成された導電体(試験片2)を作製した。
The surface resistance value of the obtained test piece 1 was measured at room temperature (25 ° C.) by attaching a series four probe probe to a resistivity meter Loresta GP (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation). The film thickness of the coating film was measured using a nanoscale hybrid microscope VN-8000 (manufactured by Keyence Corporation), multiplied by the surface resistance value to obtain the volume resistivity, the reciprocal of this volume resistivity was calculated, and the conductivity The rate was determined. It means that it is excellent in electroconductivity, so that the value of electrical conductivity is high.
(Evaluation of heat resistance)
By applying the conductive composition on a glass substrate with a manual spinner ASC-4000 (manufactured by Actes Inc.), and leaving the conductive composition to stand on a hot plate set at 160 ° C. for 60 minutes, A conductor (test piece 2) in which a coating film having a thickness of about 0.1 μm was formed on a glass substrate was produced.

得られた試験片2について、先の試験片1と同様にして表面抵抗値を測定し、導電率を求めた。導電率の値が高いほど、耐熱性に優れることを意味する。
<導電性材料の製造>
<導電性高分子(A)の製造>
2−アミノアニソール−4−スルホン酸100mmolを、25℃で100mmolのトリエチルアミンを含む水に攪拌溶解し、ペルオキソ二硫酸アンモニウム100mmolの水溶液を滴下した。滴下終了後、25℃で12時間更に攪拌した後に反応生成物を濾別洗浄した。その後、乾燥し、粉末状のポリ(2−スルホ−5−メトキシ−1,4−イミノフェニレン)(A)15gを得た。得られた(A)の体積平均粒子径は0.95nmであった。また、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)によりポリスチレンスルホン酸ナトリウム換算で求めた質量平均分子量は約25000であった。
About the obtained test piece 2, the surface resistance value was measured similarly to the previous test piece 1, and electric conductivity was calculated | required. It means that it is excellent in heat resistance, so that the value of electrical conductivity is high.
<Manufacture of conductive materials>
<Manufacture of conductive polymer (A)>
100 mmol of 2-aminoanisole-4-sulfonic acid was stirred and dissolved in water containing 100 mmol of triethylamine at 25 ° C., and an aqueous solution of 100 mmol of ammonium peroxodisulfate was added dropwise. After completion of the dropwise addition, the reaction product was filtered and washed after further stirring at 25 ° C. for 12 hours. Thereafter, it was dried to obtain 15 g of powdery poly (2-sulfo-5-methoxy-1,4-iminophenylene) (A). The volume average particle diameter of the obtained (A) was 0.95 nm. Moreover, the mass mean molecular weight calculated | required by the gel permeation chromatography (GPC) in polystyrene sulfonate sodium conversion was about 25000.

得られた導電性高分子(A)5質量部を水95質量部に25℃で溶解させ、ポリマー水溶液100質量部に対して、50質量部となるように酸性陽イオン交換樹脂をカラムに充填し、該カラムにポリマー水溶液をSV=8の流量で通過させて陽イオン交換処理を行い、ポリマー水溶液を精製した。   5 parts by mass of the obtained conductive polymer (A) is dissolved in 95 parts by mass of water at 25 ° C., and the column is filled with an acidic cation exchange resin so as to be 50 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the aqueous polymer solution. Then, the aqueous polymer solution was passed through the column at a flow rate of SV = 8 to perform cation exchange treatment, and the aqueous polymer solution was purified.

精製されたポリマー水溶液(A−1)100質量%中の導電性高分子(A)の割合は、4.4質量%であった。
<実施例1>
精製されたポリアニリン水溶液(A−1)12.9gと、チオフェン誘導体として、3,4−エチレンジオキシチオフェン(EDOT)0.2gとを混合し、これに10質量%硫酸水溶液0.55gと超純水35gを加えてスターラーで攪拌し、混合液を得た。該混合液中のポリアニリン(A−1)とチオフェン誘導体のmol比(導電性高分子(A)/チオフェン誘導体)は、2/1である。
The ratio of the conductive polymer (A) in 100% by mass of the purified polymer aqueous solution (A-1) was 4.4% by mass.
<Example 1>
12.9 g of the purified polyaniline aqueous solution (A-1) and 0.2 g of 3,4-ethylenedioxythiophene (EDOT) are mixed as a thiophene derivative, and 0.55 g of 10% by mass sulfuric acid aqueous solution and 35 g of pure water was added and stirred with a stirrer to obtain a mixed solution. The molar ratio of polyaniline (A-1) and thiophene derivative (conductive polymer (A) / thiophene derivative) in the mixed solution is 2/1.

別途、ペルオキソ二硫酸アンモニウム0.42gと硫酸第二鉄0.15gを超純水20gに溶解し、酸化剤溶液を得た。   Separately, 0.42 g of ammonium peroxodisulfate and 0.15 g of ferric sulfate were dissolved in 20 g of ultrapure water to obtain an oxidant solution.

続いて、混合液を10℃で攪拌しながら、該混合液中に酸化剤溶液を滴下し、10℃で3時間攪拌し、40℃で24時間撹拌して重合反応を行った。この導電性材料溶液を分画分子量50kDaの限外濾過膜を用いて精製した。精製に用いた純水は2000gであった。
精製された導電性複合材料(D−1)の粒子径、導電性および浸漬性を評価した。結果を表1に示す。
<実施例2>
精製されたポリアニリン水溶液(A−1)6.45gと、チオフェン誘導体として、3,4−エチレンジオキシチオフェン(EDOT)0.2gとを混合した以外は実施例1と同様に重合および精製した(D−2)。
導電性複合材料(D−2)の粒子径、導電性および浸漬性を評価した。結果を表1に示す。
<実施例3>
精製されたポリアニリン水溶液(A−1)3.23gと、チオフェン誘導体として、3,4−エチレンジオキシチオフェン(EDOT)0.2gとを混合した以外は実施例1と同様に重合および精製した(D−3)。
導電性複合材料(D−3)の粒子径、導電性および浸漬性を評価した。結果を表1に示す。
<実施例4>
精製されたポリアニリン水溶液(A−1)129gと、チオフェン誘導体として、3,4−エチレンジオキシチオフェン(EDOT)0.2gとを混合した以外は実施例1と同様に重合および精製した(D−4)。
導電性複合材料(D−4)の粒子径、導電性および浸漬性を評価した。結果を表1に示す。
<比較例1>
精製されたポリアニリン水溶液(A−1)を用いて導電性、浸漬性およびA−1の粒子径を評価した。結果を表1に示す。
<比較例2>
精製されたポリアニリン水溶液(A−1)のかわりに、重量平均分子量5万のポリスチレンスルホン酸ナトリウムを酸性陽イオン交換樹脂で処理したポリスチレンスルホン酸を用いた以外は実施例2と同様に重合および精製した。
Subsequently, while stirring the mixed solution at 10 ° C., an oxidizing agent solution was dropped into the mixed solution, stirred at 10 ° C. for 3 hours, and stirred at 40 ° C. for 24 hours to perform a polymerization reaction. This conductive material solution was purified using an ultrafiltration membrane having a fractional molecular weight of 50 kDa. The pure water used for purification was 2000 g.
The particle diameter, conductivity, and immersion property of the purified conductive composite material (D-1) were evaluated. The results are shown in Table 1.
<Example 2>
Polymerization and purification were conducted in the same manner as in Example 1 except that 6.45 g of the purified polyaniline aqueous solution (A-1) and 0.2 g of 3,4-ethylenedioxythiophene (EDOT) were mixed as a thiophene derivative ( D-2).
The particle diameter, conductivity and dipping property of the conductive composite material (D-2) were evaluated. The results are shown in Table 1.
<Example 3>
Polymerization and purification were performed in the same manner as in Example 1 except that 3.23 g of the purified polyaniline aqueous solution (A-1) and 0.2 g of 3,4-ethylenedioxythiophene (EDOT) were mixed as a thiophene derivative ( D-3).
The particle diameter, conductivity and dipping property of the conductive composite material (D-3) were evaluated. The results are shown in Table 1.
<Example 4>
Polymerization and purification were carried out in the same manner as in Example 1 except that 129 g of the purified polyaniline aqueous solution (A-1) and 0.2 g of 3,4-ethylenedioxythiophene (EDOT) were mixed as a thiophene derivative (D- 4).
The particle diameter, conductivity, and immersion property of the conductive composite material (D-4) were evaluated. The results are shown in Table 1.
<Comparative Example 1>
Using the purified polyaniline aqueous solution (A-1), the electrical conductivity, the immersion property, and the particle diameter of A-1 were evaluated. The results are shown in Table 1.
<Comparative example 2>
In place of the purified polyaniline aqueous solution (A-1), polymerization and purification were conducted in the same manner as in Example 2 except that polystyrene sulfonic acid obtained by treating sodium polystyrene sulfonate having a weight average molecular weight of 50,000 with an acidic cation exchange resin was used. did.

該混合液中のポリスチレンスルホン酸とチオフェン誘導体のmol比は、1/1である。   The molar ratio of polystyrene sulfonic acid and thiophene derivative in the mixed solution is 1/1.

粒子径、導電性および浸漬性の結果を表1に示す。
<比較例3>
市販のPEDOT・PSS(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)材料液(Clevios社製、「PH510」、PEDOT/PSSの体積平均粒子径26.7nm、濃度1.2質量%)を用いて導電性、浸漬性およびA−1の粒子径を評価した。結果を表1に示す。
(浸漬性の評価)
巻回型アルミニウムコンデンサを旗状に切り出し、濃度3質量%のアジピン酸アンモニウム水溶液中で、電圧5.7V、温度70℃の条件で120分間陽極酸化を行い、アルミニウム箔表面に誘電体酸化膜を形成し、アルミニウム素子を得た。このアルミニウム素子の誘電体酸化膜上に、導電性材料溶液を5μl滴下させ、室温で5分間静置させた。その後、誘電体酸化膜上の導電性材料溶液の表層面の残存率を滴下部分の5分間静置前後の面積から評価した。
Table 1 shows the particle diameter, conductivity, and immersion results.
<Comparative Example 3>
Commercially available PEDOT / PSS (poly (3,4-ethylenedioxythiophene) / polystyrene sulfonic acid) material solution (manufactured by Clevios, “PH510”, PEDOT / PSS volume average particle diameter 26.7 nm, concentration 1.2 mass) %) Was used to evaluate the conductivity, immersion, and A-1 particle size. The results are shown in Table 1.
(Evaluation of immersion)
A rolled aluminum capacitor is cut out in a flag shape, and anodized in an aqueous solution of ammonium adipate with a concentration of 3% by mass for 120 minutes under conditions of a voltage of 5.7 V and a temperature of 70 ° C., and a dielectric oxide film is formed on the surface of the aluminum foil. An aluminum element was obtained. On the dielectric oxide film of this aluminum element, 5 μl of a conductive material solution was dropped and allowed to stand at room temperature for 5 minutes. Thereafter, the remaining rate of the surface layer surface of the conductive material solution on the dielectric oxide film was evaluated from the area of the dropped portion before and after standing for 5 minutes.

滴下した面に対して基板表層部に存在する量が、
0%以上10%未満を◎
10%以上20%未満を○
20%以上50%未満を△、
50%以上を×
とした。
The amount present in the substrate surface layer relative to the dripped surface is
0% or more and less than 10%
10% or more and less than 20%
20% or more and less than 50% △,
50% or more x
It was.

表1の結果より明らかなように、各実施例の場合、導電性材料は粒子径が小さく、耐熱性が良好かつ、誘電体酸化膜の微細な凹凸の内部に概ね含浸していた。
一方、精製されたポリアニリン(A)単独の溶液を用いた比較例1の場合、粒子径が小さく、誘電他酸化膜への浸漬性は良好なものの、耐熱性が非常に悪かった。また、比較例3の市販のPEDOT/PSS(cleviosPH510)を用いた場合、耐熱性は良いものの、粒子径が大きく、浸漬性が悪かった。
<実施例5>
実施例1で得られた導電性材料((D−1)固形分1.0%)5.0gに対して、化合物(C)としてD−マンニトール0.25gを加えてスターラーで攪拌し、導電性複合材(D−5)を得た。
導電性複合材料(D−5)の粒子径、導電性および浸漬性を評価した。結果を表2に示す。
<実施例6>
実施例2で得られた導電性材料((D−2)固形分1.0%)5.0gに対して、化合物(C)としてグリセリン0.25gを加えてスターラーで攪拌し、導電性複合材(D−6)を得た。
As is clear from the results in Table 1, in each example, the conductive material had a small particle diameter, good heat resistance, and was generally impregnated into the fine irregularities of the dielectric oxide film.
On the other hand, in the case of Comparative Example 1 using a purified polyaniline (A) single solution, the particle diameter was small and the immersion property in dielectric and other oxide films was good, but the heat resistance was very poor. Moreover, when the commercially available PEDOT / PSS (cleviosPH510) of the comparative example 3 was used, although heat resistance was good, the particle diameter was large and the immersion property was bad.
<Example 5>
0.25 g of D-mannitol as a compound (C) is added to 5.0 g of the conductive material ((D-1) solid content 1.0%) obtained in Example 1, and the mixture is stirred with a stirrer. A functional composite material (D-5) was obtained.
The particle diameter, conductivity and dipping property of the conductive composite material (D-5) were evaluated. The results are shown in Table 2.
<Example 6>
To 5.0 g of the conductive material ((D-2) solid content 1.0%) obtained in Example 2, 0.25 g of glycerin was added as the compound (C) and stirred with a stirrer. A material (D-6) was obtained.

導電性複合材料(D−6)の粒子径、導電性および浸漬性を評価した。結果を表2に示す。   The particle diameter, conductivity and dipping property of the conductive composite material (D-6) were evaluated. The results are shown in Table 2.

表2から明らかなように、ヒドロキシ基を有する化合物(C)を含有する実施例5、6の導電性複合材料、化合物(C)を含有しない場合に比べて耐熱性に優れ、高い導電性を示した。   As is apparent from Table 2, the conductive composite materials of Examples 5 and 6 containing the compound (C) having a hydroxy group and excellent heat resistance and high conductivity as compared with the case of not containing the compound (C). Indicated.

10 固体電解コンデンサ
11 被膜形成金属
12 誘電体酸化膜
13 固体電解質層
14 グラファイト層
15 金属層
20 固体電解コンデンサ
21 陽極
22 陰極
23 セパレータ
24 外部端子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Solid electrolytic capacitor 11 Film-forming metal 12 Dielectric oxide film 13 Solid electrolyte layer 14 Graphite layer 15 Metal layer 20 Solid electrolytic capacitor 21 Anode 22 Cathode 23 Separator 24 External terminal

Claims (5)

酸性基を有する導電性高分子(A)と、
チオフェン誘導体を重合したポリマー(B)と
を含み、下記条件(I)を満たす導電性複合材料。
条件(I):導電性複合材料を1質量%含む導電性複合材料液を用いて動的光散乱法により粒子分布を測定して得られる1つ以上のピークのうち、粒子径が最小となるピークを含む最小粒子分布の体積平均粒子径が25nm以下である。
A conductive polymer (A) having an acidic group;
A conductive composite material comprising a polymer (B) obtained by polymerizing a thiophene derivative and satisfying the following condition (I).
Condition (I): Among one or more peaks obtained by measuring the particle distribution by a dynamic light scattering method using a conductive composite liquid containing 1% by mass of a conductive composite material, the particle diameter is minimized. The volume average particle size of the minimum particle distribution including the peak is 25 nm or less.
前記酸性基を有する導電性高分子(A)が、下記一般式(1)で表される繰り返し単位を有する、請求項1に記載の導電性複合材料。

式(1)中、R〜Rは、各々独立に、−H、炭素数1〜24の直鎖もしくは分岐のアルキル基、炭素数1〜24の直鎖もしくは分岐のアルコキシ基、酸性基もしくはその塩、水酸基、ニトロ基、−F、−Cl、−Brまたは−Iであり、R〜Rのうちの少なくとも一つは酸性基もしくはその塩である。ここで、酸性基とはスルホン酸またはカルボキシ基である。)
The conductive composite material according to claim 1, wherein the conductive polymer (A) having an acidic group has a repeating unit represented by the following general formula (1).

In formula (1), R 1 to R 4 each independently represent —H, a linear or branched alkyl group having 1 to 24 carbon atoms, a linear or branched alkoxy group having 1 to 24 carbon atoms, or an acidic group. Or its salt, a hydroxyl group, a nitro group, -F, -Cl, -Br or -I, and at least one of R 1 to R 4 is an acidic group or a salt thereof. Here, the acidic group is a sulfonic acid or a carboxy group. )
前記導電性複合材料が、OH基を有する化合物(C)をさらに含有する、請求項1または2に記載の導電性複合材料。   The conductive composite material according to claim 1 or 2, wherein the conductive composite material further contains a compound (C) having an OH group. 請求項1〜3のいずれか一項に記載の導電性複合材料の製造方法であって、
酸性基を有する導電性高分子(A)の存在下で、チオフェン誘導体を重合し、下記条件(I)を満たす導電性複合材料の製造方法。
条件(I):導電性材料を1質量%含む導電性複合材料液を用いて動的光散乱法により粒子分布を測定して得られる1つ以上のピークのうち、粒子径が最小となるピークを含む最小粒子分布の体積平均粒子径が25nm以下である。
It is a manufacturing method of the conductive composite material according to any one of claims 1 to 3,
A method for producing a conductive composite material by polymerizing a thiophene derivative in the presence of a conductive polymer (A) having an acidic group and satisfying the following condition (I).
Condition (I): Among the one or more peaks obtained by measuring the particle distribution by a dynamic light scattering method using a conductive composite material liquid containing 1% by mass of a conductive material, the peak having the smallest particle diameter The volume average particle size of the minimum particle distribution including is 25 nm or less.
請求項1〜3のいずれか一項に記載の導電性複合材料を用いて固体電解質層を形成する工程を有する、固体電解コンデンサの製造方法。    The manufacturing method of a solid electrolytic capacitor which has the process of forming a solid electrolyte layer using the electroconductive composite material as described in any one of Claims 1-3.
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