JP2023069382A - Conductive polymer dispersion liquid, capacitor, and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、π共役系導電性高分子を含む固体電解質層を備えたキャパシタ及びその製造方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a capacitor having a solid electrolyte layer containing a π-conjugated conductive polymer and a manufacturing method thereof.
ポリ(3,4-エチレンジオキシチオフェン)とポリスチレンスルホン酸を含む導電性高分子分散液から形成された固体電解質層を誘電体層と陰極との間に配置したキャパシタが知られている(例えば特許文献1)。 Capacitors are known in which a solid electrolyte layer formed from a conductive polymer dispersion containing poly(3,4-ethylenedioxythiophene) and polystyrenesulfonic acid is disposed between a dielectric layer and a cathode (for example, Patent document 1).
導電性高分子分散液を用いて製造された従来のキャパシタには、静電容量の増大および等価直列抵抗の低減が求められている。
本発明は、従来と同等の静電容量を有し、等価直列抵抗が低減したキャパシタ及びその製造方法、並びにその製造方法に適した導電性高分子分散液を提供する。
Conventional capacitors manufactured using conductive polymer dispersions are required to have increased capacitance and reduced equivalent series resistance.
INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention provides a capacitor having a capacitance equivalent to that of conventional capacitors and a reduced equivalent series resistance, a method for producing the same, and a conductive polymer dispersion suitable for the method for producing the same.
[1] π共役系導電性高分子及びポリアニオンを含む導電性複合体と、下記式(1)又は(2)で表される化合物のうち少なくとも1種類と、窒素含有芳香族性環式化合物及び第3級アミンのうち少なくとも一方と、分散媒とを含有する、導電性高分子分散液。
[2] 前記窒素含有芳香族性環式化合物を含み、前記窒素含有芳香族性環式化合物がビニル基、アリル基、アクリル基又はメタクリル基を有する、[1]に記載の導電性高分子分散液。
[3] 前記第3級アミンを含み、前記第3級アミンがビニル基、アリル基、アクリル基又はメタクリル基を有する、[1]又は[2]に記載の導電性高分子分散液。
[4] 前記π共役系導電性高分子がポリ(3,4-エチレンジオキシチオフェン)であるか、又は、前記ポリアニオンがポリスチレンスルホン酸である、[1]~[3]の何れか一項に記載の導電性高分子分散液。
[5] 弁金属の多孔質体からなる陽極と、前記弁金属の酸化物からなる誘電体層と、前記誘電体層の、前記陽極と反対側に設けられた導電物質製の陰極と、前記誘電体層及び前記陰極の間に形成された固体電解質層とを具備し、前記固体電解質層が、π共役系導電性高分子及びポリアニオンを含む導電性複合体と、下記式(1)又は下記式(2)で表される化合物のうち少なくとも1種類、或いは、下記式(1)で表される1種類以上の化合物の末端の官能基が互いに重合した反応生成物又は下記式(2)で表される1種以上の化合物の末端の官能基が互いに重合した反応生成物と、窒素含有芳香族性環式化合物又は第3級アミンのうち少なくとも一方と、を含有する、キャパシタ。
[6] 前記固体電解質層が、前記式(1)で表される1種類以上の化合物の末端の官能基が互いに重合した反応生成物、又は前記式(2)で表される1種以上の化合物の末端の官能基が互いに重合した反応生成物を含有する、[5]に記載のキャパシタ。
[7] 前記固体電解質層は前記窒素含有芳香族性環式化合物を含み、前記窒素含有芳香族性環式化合物がビニル基、アリル基、アクリル基又はメタクリル基を有し、その官能基を介して、前記窒素含有芳香族性環式化合物の少なくとも一部が、前記式(1)又は(2)で表される化合物の少なくとも一部と結合している、[5]又は[6]に記載のキャパシタ。
[8] 前記固体電解質層は前記第3級アミンを含み、前記第3級アミンがビニル基、アリル基、アクリル基又はメタクリル基を有し、その官能基を介して、前記第3級アミンの少なくとも一部が、前記式(1)又は(2)で表される化合物の少なくとも一部と結合している、[5]~[7]の何れか一項に記載のキャパシタ。
[9] 前記π共役系導電性高分子がポリ(3,4-エチレンジオキシチオフェン)であるか、又は、前記ポリアニオンがポリスチレンスルホン酸である、[5]~[8]の何れか一項に記載のキャパシタ。
[10] 弁金属の多孔質体からなる陽極の表面に形成された誘電体層の表面に、[1]~[4]の何れか一項に記載の導電性高分子分散液を塗布し、乾燥させて固体電解質層を形成する工程を有する、キャパシタの製造方法。
[1] A conductive composite containing a π-conjugated conductive polymer and a polyanion, at least one compound represented by the following formula (1) or (2), a nitrogen-containing aromatic cyclic compound, and A conductive polymer dispersion containing at least one of tertiary amines and a dispersion medium.
[2] The conductive polymer dispersion according to [1], which contains the nitrogen-containing aromatic cyclic compound, and the nitrogen-containing aromatic cyclic compound has a vinyl group, an allyl group, an acrylic group, or a methacrylic group. liquid.
[3] The conductive polymer dispersion according to [1] or [2], which contains the tertiary amine, and the tertiary amine has a vinyl group, an allyl group, an acrylic group, or a methacrylic group.
[4] Any one of [1] to [3], wherein the π-conjugated conductive polymer is poly(3,4-ethylenedioxythiophene), or the polyanion is polystyrenesulfonic acid. Conductive polymer dispersion according to.
[5] an anode made of a porous material of a valve metal; a dielectric layer made of an oxide of the valve metal; a cathode made of a conductive material provided on the opposite side of the dielectric layer to the anode; a dielectric layer and a solid electrolyte layer formed between the cathode, wherein the solid electrolyte layer comprises a conductive composite containing a π-conjugated conductive polymer and a polyanion; At least one of the compounds represented by the formula (2), or a reaction product in which the terminal functional groups of one or more compounds represented by the following formula (1) are polymerized with each other, or by the following formula (2) A capacitor containing a reaction product in which terminal functional groups of one or more compounds represented are polymerized with each other, and at least one of a nitrogen-containing aromatic cyclic compound and a tertiary amine.
[6] The solid electrolyte layer is a reaction product in which terminal functional groups of one or more compounds represented by the formula (1) are polymerized with each other, or one or more compounds represented by the formula (2) The capacitor according to [5], which contains a reaction product in which terminal functional groups of the compound are polymerized with each other.
[7] The solid electrolyte layer contains the nitrogen-containing aromatic cyclic compound, and the nitrogen-containing aromatic cyclic compound has a vinyl group, an allyl group, an acrylic group, or a methacrylic group, and through the functional group, and at least part of the nitrogen-containing aromatic cyclic compound is bonded to at least part of the compound represented by formula (1) or (2), according to [5] or [6] capacitor.
[8] The solid electrolyte layer contains the tertiary amine, and the tertiary amine has a vinyl group, an allyl group, an acrylic group, or a methacrylic group. The capacitor according to any one of [5] to [7], at least a portion of which is bonded to at least a portion of the compound represented by formula (1) or (2).
[9] Any one of [5] to [8], wherein the π-conjugated conductive polymer is poly(3,4-ethylenedioxythiophene), or the polyanion is polystyrenesulfonic acid. The capacitor described in .
[10] applying the conductive polymer dispersion according to any one of [1] to [4] to the surface of a dielectric layer formed on the surface of an anode made of a porous material of a valve metal; A method for manufacturing a capacitor, comprising a step of drying to form a solid electrolyte layer.
本発明のキャパシタは、固体電解質層に特定の式で表される化合物と、窒素含有芳香族性環式化合物とを含むことによって、従来と同等の静電容量を有し、等価直列抵抗が低減している。本発明のキャパシタの製造方法によれば、本発明の導電性高分子分散液を使用することによって、上記キャパシタを容易に製造することができる。 The capacitor of the present invention contains a compound represented by a specific formula and a nitrogen-containing aromatic cyclic compound in the solid electrolyte layer, so that it has a capacitance equivalent to that of conventional capacitors and a reduced equivalent series resistance. are doing. According to the capacitor manufacturing method of the present invention, the capacitor can be easily manufactured by using the conductive polymer dispersion of the present invention.
本発明はSDGs目標12「つくる責任 つかう責任」に資すると考えられる。
The present invention is considered to contribute to
本明細書及び特許請求の範囲において、「~」で示す数値範囲の下限値及び上限値はその数値範囲に含まれるものとする。 In the present specification and claims, the lower limit and upper limit of the numerical range indicated by "-" shall be included in the numerical range.
《キャパシタ》
本発明の第一態様はキャパシタである。その実施形態の例について図面を参照して説明する。図1に示すキャパシタ10は、弁金属の多孔質体からなる陽極11と、弁金属の酸化物からなる誘電体層12と、誘電体層12の表面に形成された固体電解質層14と、最も表側に設けられた陰極13とを具備する。陰極13は誘電体層12及び固体電解質層14を間に挟んで、陽極11と反対側に設けられている。
《Capacitor》
A first aspect of the present invention is a capacitor. An example of the embodiment will be described with reference to the drawings. A
陽極11を構成する弁金属としては、例えば、アルミニウム、タンタル、ニオブ、チタン、ハフニウム、ジルコニウム、亜鉛、タングステン、ビスマス、アンチモンなどが挙げられる。これらのうち、アルミニウム、タンタル、ニオブが好適である。
陽極11の具体例としては、アルミニウム箔をエッチングして表面積を増加させた後、その表面を酸化処理したものや、タンタル粒子やニオブ粒子の焼結体表面を酸化処理してペレットにしたものが挙げられる。このように処理されたものは表面に凹凸が形成された多孔質体となる。
Examples of valve metals forming the
As a specific example of the
本実施形態における誘電体層12は、陽極11の表面が酸化されて形成された層であり、例えば、アジピン酸アンモニウム水溶液などの電解液中にて、金属体の陽極11の表面を陽極酸化することで形成されたものである。陽極11と同様に誘電体層12にも凹凸が形成されている(図1参照)。
The
本実施形態における陰極13としては、導電性ペーストから形成した導電層やアルミニウム箔など、導電物質製の金属層を使用することができる。
As the
本実施形態における固体電解質層14は、誘電体層12の表面に形成されている。固体電解質層14は、誘電体層12の表面の少なくとも一部を覆っており、誘電体層12の表面の全部を覆っていてもよい。
固体電解質層14の厚さは、一定でもよいし、一定でなくてもよく、例えば、1μm以上100μm以下の厚さが挙げられる。
The solid electrolyte layer 14 in this embodiment is formed on the surface of the
The thickness of the solid electrolyte layer 14 may or may not be constant, and may be, for example, 1 μm or more and 100 μm or less.
<添加化合物>
固体電解質層は、下記式(1)又は(2)で表される化合物のうち少なくとも1種類を含む。以下、式(1)で表される化合物を化合物(1)といい、式(2)で表される化合物を化合物(2)ということがある。
<Additive compound>
The solid electrolyte layer contains at least one compound represented by the following formula (1) or (2). Hereinafter, the compound represented by Formula (1) may be referred to as compound (1), and the compound represented by Formula (2) may be referred to as compound (2).
式(1)のR1及びR2は、水素原子、メチル基であることが好ましい。
式(1)のnは、0~100が好ましく、1~30がより好ましく、1~20がさらに好ましく、2~10が特に好ましく、3~7が最も好ましい。
上記の好ましい態様であるとキャパシタの静電容量の低下を抑制しつつ、ESRをより一層低減することができる。
固体電解質層に含まれる化合物(1)は1種でもよいし、2種以上でもよい。
R 1 and R 2 in formula (1) are preferably a hydrogen atom or a methyl group.
n in formula (1) is preferably 0 to 100, more preferably 1 to 30, still more preferably 1 to 20, particularly preferably 2 to 10, and most preferably 3 to 7.
According to the preferred embodiment described above, it is possible to further reduce the ESR while suppressing a decrease in the capacitance of the capacitor.
The compound (1) contained in the solid electrolyte layer may be one kind, or two or more kinds.
式(2)のR1、R2及びR3は、水素原子、メチル基であることが好ましい。
式(2)のl、m、nの各々は、それぞれ独立に、0~18が好ましく、2~10がより好ましく、3~7がさらに好ましい。
式(2)のl+m+nの和は、9~20であり、9~18が好ましく、9~15がより好ましく、9~12がさらに好ましい。
上記の好ましい態様であるとキャパシタの静電容量の低下を抑制しつつ、ESRをより一層低減することができる。
固体電解質層に含まれる化合物(2)は1種でもよいし、2種以上でもよい。
R 1 , R 2 and R 3 in formula (2) are preferably a hydrogen atom or a methyl group.
Each of l, m, and n in formula (2) is preferably 0 to 18, more preferably 2 to 10, and even more preferably 3 to 7, independently.
The sum of l+m+n in formula (2) is 9 to 20, preferably 9 to 18, more preferably 9 to 15, and even more preferably 9 to 12.
According to the preferred embodiment described above, it is possible to further reduce the ESR while suppressing a decrease in the capacitance of the capacitor.
The compound (2) contained in the solid electrolyte layer may be one kind, or two or more kinds.
固体電解質層に含まれる化合物(1)と化合物(2)の合計の含有量は、π共役系導電性高分子及びポリアニオンの合計100質量部(つまり導電性複合体100質量部)に対して、10質量部以上5000質量部以下が好ましく、100質量部以上1000質量部以下がより好ましく、200質量部以上800質量部以下がさらに好ましく、300質量部以上600質量部以下が最も好ましい。
上記の範囲であるとキャパシタの静電容量の低下を抑制しつつ、ESRをより一層低減することができる。
The total content of the compound (1) and the compound (2) contained in the solid electrolyte layer was 10 to 5000 parts by mass is preferable, 100 to 1000 parts by mass is more preferable, 200 to 800 parts by mass is even more preferable, and 300 to 600 parts by mass is most preferable.
Within the above range, it is possible to further reduce the ESR while suppressing a decrease in the capacitance of the capacitor.
固体電解質に含まれる化合物(1)又は化合物(2)のうち少なくとも一部は分子の両末端の重合性基を介した重合反応により、互いに結合していることが好ましい。ここで、化合物(1)同士が結合していてもよいし、化合物(2)同士が結合していてもよいし、化合物(1)と化合物(2)が結合していてもよい。
これらの結合によって固体電解質層の誘電体層に対する密着性が向上し、固体電解質層の物理的強度が向上し、外部からの応力に対する固体電解質層の耐久性が向上する。
At least part of the compound (1) or compound (2) contained in the solid electrolyte is preferably bonded to each other by a polymerization reaction via polymerizable groups at both ends of the molecule. Here, the compounds (1) may be bonded together, the compounds (2) may be bonded together, or the compound (1) and the compound (2) may be bonded together.
These bonds improve the adhesion of the solid electrolyte layer to the dielectric layer, improve the physical strength of the solid electrolyte layer, and improve the durability of the solid electrolyte layer against external stress.
<含窒素化合物>
固体電解質層は、窒素含有芳香族性環式化合物及び第3級アミンのうち少なくとも一方を含む。
固体電解質層に窒素含有芳香族性環式化合物が含まれる場合、その窒素含有芳香族性環式化合物は1種でもよいし、2種以上でもよい。また、固体電解質層に第3級アミンが含まれる場合、その第3級アミンは1種でもよいし、2種以上でもよい。
<Nitrogen-containing compound>
The solid electrolyte layer contains at least one of a nitrogen-containing aromatic cyclic compound and a tertiary amine.
When the solid electrolyte layer contains a nitrogen-containing aromatic cyclic compound, the nitrogen-containing aromatic cyclic compound may be of one type or two or more types. Moreover, when the solid electrolyte layer contains a tertiary amine, the number of tertiary amines may be one, or two or more.
本発明において、窒素含有芳香族性環式化合物(少なくとも1つの窒素原子が環構造を形成する芳香族性化合物)は、ビニル系重合性基の有無で大別することができる。
ここで、ビニル系重合性基とは、ビニル基を有する重合性基を意味し、例えば、ビニル基、アリル基(アリール基)、アクリル基、メタクリル基等が挙げられる。
In the present invention, nitrogen-containing aromatic cyclic compounds (aromatic compounds in which at least one nitrogen atom forms a ring structure) can be broadly classified according to the presence or absence of a vinyl polymerizable group.
Here, the vinyl-based polymerizable group means a polymerizable group having a vinyl group, and examples thereof include a vinyl group, an allyl group (aryl group), an acrylic group, and a methacrylic group.
ビニル系重合性基を有しない窒素含有芳香族性環式化合物としては、例えば、ピロール、イミダゾール、2-メチルイミダゾール、2-プロピルイミダゾール、N-メチルイミダゾール、N-プロピルイミダゾール、N-ブチルイミダゾール、1-(2-ヒドロキシエチル)イミダゾール、2-エチル-4-メチルイミダゾール、1,2-ジメチルイミダゾール、1-ベンジル-2-メチルイミダゾール、1-シアノエチル-2-メチルイミダゾール、1-シアノエチル-2-エチル-4-メチルイミダゾール、2-フェニル-4,5-ジヒドロキシメチルイミダゾール、1-アセチルイミダゾール、2-アミノベンズイミダゾール、2-アミノ-1-メチルベンズイミダゾール、2-ヒドロキシベンズイミダゾール、2-(2-ピリジル)ベンズイミダゾール、ピリジン等が挙げられる。 Nitrogen-containing aromatic cyclic compounds having no vinyl polymerizable group include, for example, pyrrole, imidazole, 2-methylimidazole, 2-propylimidazole, N-methylimidazole, N-propylimidazole, N-butylimidazole, 1-(2-hydroxyethyl)imidazole, 2-ethyl-4-methylimidazole, 1,2-dimethylimidazole, 1-benzyl-2-methylimidazole, 1-cyanoethyl-2-methylimidazole, 1-cyanoethyl-2- ethyl-4-methylimidazole, 2-phenyl-4,5-dihydroxymethylimidazole, 1-acetylimidazole, 2-aminobenzimidazole, 2-amino-1-methylbenzimidazole, 2-hydroxybenzimidazole, 2-(2 -pyridyl)benzimidazole, pyridine and the like.
固体電解質層がビニル系重合性基を有しない窒素含有芳香族性環式化合物の1種以上を含む場合、それらの合計の含有量は、π共役系導電性高分子及びポリアニオンの合計100質量部(つまり導電性複合体100質量部)に対して、5質量部以上100質量部以下が好ましく、10質量部以上50質量部以下がより好ましく、15質量部以上30質量部以下がさらに好ましい。
上記の範囲であるとキャパシタの静電容量の低下を抑制しつつ、ESRをより一層低減することができる。
When the solid electrolyte layer contains one or more nitrogen-containing aromatic cyclic compounds having no vinyl-based polymerizable group, the total content thereof is 100 parts by mass in total of the π-conjugated conductive polymer and the polyanion. (That is, 100 parts by mass of the conductive composite) is preferably 5 parts by mass or more and 100 parts by mass or less, more preferably 10 parts by mass or more and 50 parts by mass or less, and even more preferably 15 parts by mass or more and 30 parts by mass or less.
Within the above range, it is possible to further reduce the ESR while suppressing a decrease in the capacitance of the capacitor.
ビニル系重合性基を有する窒素含有芳香族性環式化合物としては、例えば、1-ビニルイミダゾール、2-メチル-1-ビニルイミダゾール、1-メチル-3-[3-(アクリロイルオキシ)プロピル]-1H-イミダゾール-3-イウム、1-アリルイミダゾール、2-ビニルピリジン、3-ビニルピリジン、4-ビニルピリジン等が挙げられる。 Nitrogen-containing aromatic cyclic compounds having a vinyl polymerizable group include, for example, 1-vinylimidazole, 2-methyl-1-vinylimidazole, 1-methyl-3-[3-(acryloyloxy)propyl]- 1H-imidazol-3-ium, 1-allylimidazole, 2-vinylpyridine, 3-vinylpyridine, 4-vinylpyridine and the like.
固体電解質層がビニル系重合性基を有する窒素含有芳香族性環式化合物の1種以上を含む場合、それらの合計の含有量は、π共役系導電性高分子及びポリアニオンの合計100質量部(つまり導電性複合体100質量部)に対して、8質量部以上100質量部以下が好ましく、14質量部以上70質量部以下がより好ましく、20質量部以上40質量部以下がさらに好ましい。
上記の範囲であるとキャパシタの静電容量の低下を抑制しつつ、ESRをより一層低減することができる。
When the solid electrolyte layer contains one or more nitrogen-containing aromatic cyclic compounds having a vinyl-based polymerizable group, the total content thereof is 100 parts by mass in total of the π-conjugated conductive polymer and the polyanion ( That is, it is preferably 8 parts by mass or more and 100 parts by mass or less, more preferably 14 parts by mass or more and 70 parts by mass or less, and even more preferably 20 parts by mass or more and 40 parts by mass or less, relative to 100 parts by mass of the conductive composite.
Within the above range, it is possible to further reduce the ESR while suppressing a decrease in the capacitance of the capacitor.
本発明において、第3級アミンは、ビニル系重合性基の有無で大別することができる。
ここで、ビニル系重合性基とは、ビニル基を有する重合性基を意味し、例えば、ビニル基、アリル基(アリール基)、アクリル基、メタクリル基等が挙げられる。
In the present invention, tertiary amines can be roughly classified according to the presence or absence of a vinyl polymerizable group.
Here, the vinyl-based polymerizable group means a polymerizable group having a vinyl group, and examples thereof include a vinyl group, an allyl group (aryl group), an acrylic group, and a methacrylic group.
ビニル系重合性基を有しない第3級アミンとしては、例えば、トリエタノールアミン、トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリプロピルアミン、トリブチルアミン、トリオクチルアミン、トリフェニルアミン、トリベンジルアミン、トリナフチルアミン等が挙げられる。 Examples of tertiary amines having no vinyl polymerizable group include triethanolamine, trimethylamine, triethylamine, tripropylamine, tributylamine, trioctylamine, triphenylamine, tribenzylamine, and trinaphthylamine. .
固体電解質層がビニル系重合性基を有しない第3級アミンの1種以上を含む場合、それらの合計の含有量は、π共役系導電性高分子及びポリアニオンの合計100質量部(つまり導電性複合体100質量部)に対して、10質量部以上100質量部以下が好ましく、20質量部以上70質量部以下がより好ましく、25質量部以上40質量部以下がさらに好ましい。
上記の範囲であるとキャパシタの静電容量の低下を抑制しつつ、ESRをより一層低減することができる。
When the solid electrolyte layer contains one or more tertiary amines having no vinyl-based polymerizable group, the total content thereof is 100 parts by mass in total of the π-conjugated conductive polymer and the polyanion (that is, the conductive 10 parts by mass or more and 100 parts by mass or less, more preferably 20 parts by mass or more and 70 parts by mass or less, and even more preferably 25 parts by mass or more and 40 parts by mass or less, relative to 100 parts by mass of the composite).
Within the above range, it is possible to further reduce the ESR while suppressing a decrease in the capacitance of the capacitor.
ビニル系重合性基を有する第3級アミンとしては、例えば、ジメチルアミノプロピルアクリルアミド(略称:DMAPAA)、アクリル酸2-(ジメチルアミノ)エチル、アクリル酸2-(ジエチルアミノ)エチル、メタクリル酸2-(ジメチルアミノ)エチル、メタクリル酸2-(ジエチルアミノ)エチル、トリアリルアミン、N-アリルジメチルアミン、N-アリルジエチルアミン等が挙げられる。 Tertiary amines having a vinyl polymerizable group include, for example, dimethylaminopropylacrylamide (abbreviation: DMAPAA), 2-(dimethylamino)ethyl acrylate, 2-(diethylamino)ethyl acrylate, 2-(diethylamino)methacrylate, dimethylamino)ethyl, 2-(diethylamino)ethyl methacrylate, triallylamine, N-allyldimethylamine, N-allyldiethylamine and the like.
固体電解質層がビニル系重合性基を有する第3級アミンの1種以上を含む場合、それらの合計の含有量は、π共役系導電性高分子及びポリアニオンの合計100質量部(つまり導電性複合体100質量部)に対して、10質量部以上200質量部以下が好ましく、20質量部以上100質量部以下がより好ましく、30質量部以上70質量部以下がさらに好ましい。
上記の範囲であるとキャパシタの静電容量の低下を抑制しつつ、ESRをより一層低減することができる。
When the solid electrolyte layer contains one or more tertiary amines having a vinyl-based polymerizable group, the total content thereof is 100 parts by mass in total of the π-conjugated conductive polymer and polyanion (that is, the conductive composite 10 parts by mass or more and 200 parts by mass or less, more preferably 20 parts by mass or more and 100 parts by mass or less, and even more preferably 30 parts by mass or more and 70 parts by mass or less.
Within the above range, it is possible to further reduce the ESR while suppressing a decrease in the capacitance of the capacitor.
固体電解質層に含まれる前記含窒素化合物は、前記ビニル系重合性基を有することが好ましい。この場合、固体電解質層に含まれる前記含窒素化合物の少なくとも一部は、前記ビニル系重合性基を介した重合反応により、互いに結合していることが好ましい。また、前記含窒素化合物の少なくとも一部は、前記ビニル系重合性基を介した重合反応により、化合物(1)の少なくとも一部に対して結合していてもよいし、化合物(2)の少なくとも一部に対して結合していてもよい。
これらの結合によって固体電解質層の誘電体層に対する密着性が向上し、固体電解質層の物理的強度が向上し、外部からの応力に対する固体電解質層の耐久性が向上する。
The nitrogen-containing compound contained in the solid electrolyte layer preferably has the vinyl polymerizable group. In this case, at least part of the nitrogen-containing compound contained in the solid electrolyte layer is preferably bonded to each other by a polymerization reaction via the vinyl-based polymerizable group. At least a portion of the nitrogen-containing compound may be bonded to at least a portion of the compound (1) through a polymerization reaction via the vinyl polymerizable group, or may be bonded to at least a portion of the compound (2). You may couple|bond with respect to one part.
These bonds improve the adhesion of the solid electrolyte layer to the dielectric layer, improve the physical strength of the solid electrolyte layer, and improve the durability of the solid electrolyte layer against external stress.
<導電性複合体>
次に、固体電解質層に含有される導電性複合体について説明する。本態様の導電性複合体は、π共役系導電性高分子とポリアニオンとを含む。導電性複合体中のポリアニオンはπ共役系導電性高分子にドープして、導電性を有する導電性複合体を形成している。
ポリアニオンにおいては、一部のアニオン基のみがπ共役系導電性高分子にドープしており、ドープに関与しない余剰のアニオン基を有している。余剰のアニオン基は親水基であるため、導電性複合体は水分散性を有する。
<Conductive composite>
Next, the conductive composite contained in the solid electrolyte layer will be described. The conductive composite of this embodiment contains a π-conjugated conductive polymer and a polyanion. The polyanion in the conductive composite forms a conductive composite having conductivity by doping the π-conjugated conductive polymer.
In the polyanion, only some of the anionic groups are doped into the π-conjugated conductive polymer, and there are surplus anionic groups that do not participate in the doping. Since the surplus anionic groups are hydrophilic groups, the conductive composite has water dispersibility.
(π共役系導電性高分子)
π共役系導電性高分子としては、主鎖がπ共役系で構成されている有機高分子であればよく、例えば、ポリピロール系導電性高分子、ポリチオフェン系導電性高分子、ポリアセチレン系導電性高分子、ポリフェニレン系導電性高分子、ポリフェニレンビニレン系導電性高分子、ポリアニリン系導電性高分子、ポリアセン系導電性高分子、ポリチオフェンビニレン系導電性高分子、及びこれらの共重合体等が挙げられる。空気中での安定性の点からは、ポリピロール系導電性高分子、ポリチオフェン類及びポリアニリン系導電性高分子が好ましく、透明性の面から、ポリチオフェン系導電性高分子がより好ましい。
(π-conjugated conductive polymer)
The π-conjugated conductive polymer may be any organic polymer having a π-conjugated main chain. molecules, polyphenylene-based conductive polymers, polyphenylene-vinylene-based conductive polymers, polyaniline-based conductive polymers, polyacene-based conductive polymers, polythiophene-vinylene-based conductive polymers, copolymers thereof, and the like. Polypyrrole-based conductive polymers, polythiophenes and polyaniline-based conductive polymers are preferable from the viewpoint of stability in air, and polythiophene-based conductive polymers are more preferable from the viewpoint of transparency.
ポリチオフェン系導電性高分子としては、ポリチオフェン、ポリ(3-メチルチオフェン)、ポリ(3-エチルチオフェン)、ポリ(3-プロピルチオフェン)、ポリ(3-ブチルチオフェン)、ポリ(3-ヘキシルチオフェン)、ポリ(3-ヘプチルチオフェン)、ポリ(3-オクチルチオフェン)、ポリ(3-デシルチオフェン)、ポリ(3-ドデシルチオフェン)、ポリ(3-オクタデシルチオフェン)、ポリ(3-ブロモチオフェン)、ポリ(3-クロロチオフェン)、ポリ(3-ヨードチオフェン)、ポリ(3-シアノチオフェン)、ポリ(3-フェニルチオフェン)、ポリ(3,4-ジメチルチオフェン)、ポリ(3,4-ジブチルチオフェン)、ポリ(3-ヒドロキシチオフェン)、ポリ(3-メトキシチオフェン)、ポリ(3-エトキシチオフェン)、ポリ(3-ブトキシチオフェン)、ポリ(3-ヘキシルオキシチオフェン)、ポリ(3-ヘプチルオキシチオフェン)、ポリ(3-オクチルオキシチオフェン)、ポリ(3-デシルオキシチオフェン)、ポリ(3-ドデシルオキシチオフェン)、ポリ(3-オクタデシルオキシチオフェン)、ポリ(3,4-ジヒドロキシチオフェン)、ポリ(3,4-ジメトキシチオフェン)、ポリ(3,4-ジエトキシチオフェン)、ポリ(3,4-ジプロポキシチオフェン)、ポリ(3,4-ジブトキシチオフェン)、ポリ(3,4-ジヘキシルオキシチオフェン)、ポリ(3,4-ジヘプチルオキシチオフェン)、ポリ(3,4-ジオクチルオキシチオフェン)、ポリ(3,4-ジデシルオキシチオフェン)、ポリ(3,4-ジドデシルオキシチオフェン)、ポリ(3,4-エチレンジオキシチオフェン)、ポリ(3,4-プロピレンジオキシチオフェン)、ポリ(3,4-ブチレンジオキシチオフェン)、ポリ(3-メチル-4-メトキシチオフェン)、ポリ(3-メチル-4-エトキシチオフェン)、ポリ(3-カルボキシチオフェン)、ポリ(3-メチル-4-カルボキシチオフェン)、ポリ(3-メチル-4-カルボキシエチルチオフェン)、ポリ(3-メチル-4-カルボキシブチルチオフェン)が挙げられる。
ポリピロール系導電性高分子としては、ポリピロール、ポリ(N-メチルピロール)、ポリ(3-メチルピロール)、ポリ(3-エチルピロール)、ポリ(3-n-プロピルピロール)、ポリ(3-ブチルピロール)、ポリ(3-オクチルピロール)、ポリ(3-デシルピロール)、ポリ(3-ドデシルピロール)、ポリ(3,4-ジメチルピロール)、ポリ(3,4-ジブチルピロール)、ポリ(3-カルボキシピロール)、ポリ(3-メチル-4-カルボキシピロール)、ポリ(3-メチル-4-カルボキシエチルピロール)、ポリ(3-メチル-4-カルボキシブチルピロール)、ポリ(3-ヒドロキシピロール)、ポリ(3-メトキシピロール)、ポリ(3-エトキシピロール)、ポリ(3-ブトキシピロール)、ポリ(3-ヘキシルオキシピロール)、ポリ(3-メチル-4-ヘキシルオキシピロール)が挙げられる。
ポリアニリン系導電性高分子としては、ポリアニリン、ポリ(2-メチルアニリン)、ポリ(3-イソブチルアニリン)、ポリ(2-アニリンスルホン酸)、ポリ(3-アニリンスルホン酸)が挙げられる。
これらのπ共役系導電性高分子のなかでも、導電性、透明性、耐熱性に優れることから、ポリ(3,4-エチレンジオキシチオフェン)が特に好ましい。
導電性複合体に含まれるπ共役系導電性高分子は、1種類でもよいし、2種類以上でもよい。
Polythiophene-based conductive polymers include polythiophene, poly(3-methylthiophene), poly(3-ethylthiophene), poly(3-propylthiophene), poly(3-butylthiophene), and poly(3-hexylthiophene). , poly(3-heptylthiophene), poly(3-octylthiophene), poly(3-decylthiophene), poly(3-dodecylthiophene), poly(3-octadecylthiophene), poly(3-bromothiophene), poly (3-chlorothiophene), poly(3-iodothiophene), poly(3-cyanothiophene), poly(3-phenylthiophene), poly(3,4-dimethylthiophene), poly(3,4-dibutylthiophene) , poly(3-hydroxythiophene), poly(3-methoxythiophene), poly(3-ethoxythiophene), poly(3-butoxythiophene), poly(3-hexyloxythiophene), poly(3-heptyloxythiophene) , poly(3-octyloxythiophene), poly(3-decyloxythiophene), poly(3-dodecyloxythiophene), poly(3-octadecyloxythiophene), poly(3,4-dihydroxythiophene), poly(3 ,4-dimethoxythiophene), poly(3,4-diethoxythiophene), poly(3,4-dipropoxythiophene), poly(3,4-dibutoxythiophene), poly(3,4-dihexyloxythiophene) , poly(3,4-diheptyloxythiophene), poly(3,4-dioctyloxythiophene), poly(3,4-didecyloxythiophene), poly(3,4-didodecyloxythiophene), poly( 3,4-ethylenedioxythiophene), poly(3,4-propylenedioxythiophene), poly(3,4-butylenedioxythiophene), poly(3-methyl-4-methoxythiophene), poly(3- methyl-4-ethoxythiophene), poly(3-carboxythiophene), poly(3-methyl-4-carboxythiophene), poly(3-methyl-4-carboxyethylthiophene), poly(3-methyl-4-carboxy butylthiophene).
Polypyrrole-based conductive polymers include polypyrrole, poly(N-methylpyrrole), poly(3-methylpyrrole), poly(3-ethylpyrrole), poly(3-n-propylpyrrole), poly(3-butyl pyrrole), poly(3-octylpyrrole), poly(3-decylpyrrole), poly(3-dodecylpyrrole), poly(3,4-dimethylpyrrole), poly(3,4-dibutylpyrrole), poly(3 -carboxypyrrole), poly(3-methyl-4-carboxypyrrole), poly(3-methyl-4-carboxyethylpyrrole), poly(3-methyl-4-carboxybutylpyrrole), poly(3-hydroxypyrrole) , poly(3-methoxypyrrole), poly(3-ethoxypyrrole), poly(3-butoxypyrrole), poly(3-hexyloxypyrrole), poly(3-methyl-4-hexyloxypyrrole).
Polyaniline-based conductive polymers include polyaniline, poly(2-methylaniline), poly(3-isobutylaniline), poly(2-anilinesulfonic acid), and poly(3-anilinesulfonic acid).
Among these π-conjugated conductive polymers, poly(3,4-ethylenedioxythiophene) is particularly preferred because of its excellent conductivity, transparency and heat resistance.
The π-conjugated conductive polymer contained in the conductive composite may be of one type or two or more types.
(ポリアニオン)
ポリアニオンは、アニオン基を有するモノマー単位を、分子内に2つ以上有する重合体である。このポリアニオンのアニオン基は、π共役系導電性高分子に対するドーパントとして機能して、π共役系導電性高分子の導電性を向上させる。
ポリアニオンのアニオン基としては、スルホ基、またはカルボキシ基であることが好ましい。
このようなポリアニオンの具体例としては、ポリスチレンスルホン酸、ポリビニルスルホン酸、ポリアリルスルホン酸、スルホ基を有するポリアクリル酸エステル、スルホ基を有するポリメタクリル酸エステル(例えば、ポリ(4-スルホブチルメタクリレート、ポリスルホエチルメタクリレート、ポリメタクリロイルオキシベンゼンスルホン酸)、ポリ(2-アクリルアミド-2-メチルプロパンスルホン酸)、ポリイソプレンスルホン酸等のスルホ基を有する高分子や、ポリビニルカルボン酸、ポリスチレンカルボン酸、ポリアリルカルボン酸、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、ポリ(2-アクリルアミド-2-メチルプロパンカルボン酸)、ポリイソプレンカルボン酸等のカルボキシ基を有する高分子が挙げられる。ポリアニオンは、単一のモノマーが重合した単独重合体であってもよいし、2種以上のモノマーが重合した共重合体であってもよい。
これらポリアニオンのなかでも、導電性をより高くできることから、スルホ基を有する高分子が好ましく、ポリスチレンスルホン酸がより好ましい。
前記ポリアニオンは1種を単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
ポリアニオンの質量平均分子量は2万以上100万以下であることが好ましく、10万以上50万以下であることがより好ましい。質量平均分子量は、ゲルろ過クロマトグラフィを用いて測定し、プルラン換算で求めた質量基準の平均分子量である。
(polyanion)
A polyanion is a polymer having two or more monomer units having an anionic group in its molecule. The anion group of this polyanion functions as a dopant for the π-conjugated conductive polymer and improves the conductivity of the π-conjugated conductive polymer.
The anionic group of the polyanion is preferably a sulfo group or a carboxy group.
Specific examples of such polyanions include polystyrenesulfonic acid, polyvinylsulfonic acid, polyallylsulfonic acid, polyacrylic acid esters having a sulfo group, polymethacrylic acid esters having a sulfo group (e.g., poly(4-sulfobutyl methacrylate) , polysulfoethyl methacrylate, polymethacryloyloxybenzenesulfonic acid), poly(2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid), polymers having a sulfo group such as polyisoprene sulfonic acid, polyvinyl carboxylic acid, polystyrene carboxylic acid, Polymers having carboxy groups such as polyallylcarboxylic acid, polyacrylic acid, polymethacrylic acid, poly(2-acrylamido-2-methylpropanecarboxylic acid), polyisoprenecarboxylic acid, etc. A polyanion is a single monomer. may be a homopolymer obtained by polymerizing or a copolymer obtained by polymerizing two or more monomers.
Among these polyanions, a polymer having a sulfo group is preferable, and polystyrene sulfonic acid is more preferable, because the conductivity can be further increased.
One of the polyanions may be used alone, or two or more thereof may be used in combination.
The weight average molecular weight of the polyanion is preferably 20,000 or more and 1,000,000 or less, more preferably 100,000 or more and 500,000 or less. The mass-average molecular weight is a mass-based average molecular weight determined by pullulan conversion using gel filtration chromatography.
導電性複合体中の、ポリアニオンの含有割合は、π共役系導電性高分子100質量部に対して、例えば、1質量部以上1000質量部以下の範囲であることが好ましく、10質量部以上700質量部以下がより好ましく、100質量部以上500質量部以下がさらに好ましい。ポリアニオンの含有割合が前記下限値以上であれば、π共役系導電性高分子へのドーピング効果が強くなる傾向にあり、導電性がより高くなる。一方、ポリアニオンの含有量が前記上限値以下であれば、π共役系導電性高分子を充分に含有させることができるので、充分な導電性を確保できる。 The content of the polyanion in the conductive composite is preferably in the range of, for example, 1 part by mass or more and 1000 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the π-conjugated conductive polymer, and 10 parts by mass or more and 700 parts by mass. It is more preferably not more than 100 parts by mass, and more preferably 100 parts by mass or more and 500 parts by mass or less. If the polyanion content is at least the above lower limit, the doping effect on the π-conjugated conductive polymer tends to be stronger, resulting in higher conductivity. On the other hand, if the polyanion content is equal to or less than the above upper limit, the π-conjugated conductive polymer can be sufficiently contained, and sufficient conductivity can be ensured.
固体電解質層の総質量に対する導電性複合体の含有量は、1質量%以上99質量%以下が好ましく、50質量%以上98質量%以下がより好ましく、70質量%以上97質量%以下がさらに好ましい。上記の範囲であると、キャパシタの等価直列抵抗がより低下し易くなるので好ましい。 The content of the conductive composite with respect to the total mass of the solid electrolyte layer is preferably 1% by mass or more and 99% by mass or less, more preferably 50% by mass or more and 98% by mass or less, and even more preferably 70% by mass or more and 97% by mass or less. . Within the above range, the equivalent series resistance of the capacitor is more likely to decrease, which is preferable.
<ポリオール化合物>
固体電解質層には、前記π共役系導電性高分子、前記ポリアニオン、化合物(1)、化合物(2)、及び前記含窒素化合物とは異なる、2つ以上のヒドロキシ基を有する化合物(以下、ポリオール化合物ということがある。)の1種類以上がさらに含まれていてもよい。ポリオール化合物を含有することにより、キャパシタの等価直列抵抗をより一層低減することができる。
<Polyol compound>
In the solid electrolyte layer, a compound having two or more hydroxy groups (hereinafter referred to as polyol may be referred to as a compound.) may be further included. By containing the polyol compound, the equivalent series resistance of the capacitor can be further reduced.
前記ポリオール化合物としては、例えば、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、1,4-ブタンジオール、グリセリン、ペンタエリスリトール、トリメチロールプロパン及びトリメチロールエタンから選択される1種以上が挙げられる。
前記ポリオール化合物は、後述する電解質の溶媒として含まれていてもよい。
Examples of the polyol compound include one or more selected from ethylene glycol, diethylene glycol, propylene glycol, 1,4-butanediol, glycerin, pentaerythritol, trimethylolpropane and trimethylolethane.
The polyol compound may be contained as a solvent for the electrolyte described below.
固体電解質層に前記ポリオール化合物の1種以上が含まれる場合、それらの合計の含有量は、固体電解質層に含まれる導電性複合体100質量部に対して、例えば、50質量部以上2000質量部以下が好ましく、100質量部以上1000質量部以下がより好ましく、300質量部以上600質量部以下がさらに好ましい。
上記の範囲であるとキャパシタの静電容量の低下を抑制しつつ、ESRをより一層低減することができる。
When one or more of the polyol compounds are contained in the solid electrolyte layer, the total content thereof is, for example, 50 parts by mass or more and 2000 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the conductive composite contained in the solid electrolyte layer. The following is preferable, 100 to 1000 parts by mass is more preferable, and 300 to 600 parts by mass is even more preferable.
Within the above range, it is possible to further reduce the ESR while suppressing a decrease in the capacitance of the capacitor.
固体電解質層に含まれる前記ポリオール化合物の含有量は、キャパシタを分解し、固体電解質層に付着した電解液を電解液の溶媒で軽く洗浄し、室温で乾燥させた後、固体電解質層中の前記ポリオール化合物を水などの溶媒で抽出し、液体クロマトグラフ質量分析(LC-MS)、ガスクロマトグラフ質量分析(GC-MS)の方法で分析することにより定量することができる。 The content of the polyol compound contained in the solid electrolyte layer is determined by decomposing the capacitor, lightly washing the electrolytic solution adhering to the solid electrolyte layer with a solvent of the electrolytic solution, and drying at room temperature. The polyol compound can be quantified by extracting it with a solvent such as water and analyzing it by liquid chromatography-mass spectrometry (LC-MS) or gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS).
[電解液]
固体電解質層には、電解液用溶媒中に電解質を溶解させた電解液が含まれてもよい。電解液の電気伝導度は高いほど好ましい。
電解液用溶媒としては、例えば、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、1,4-ブタンジオール、グリセリン等のアルコール系溶媒、γ-ブチロラクトン、γ-バレロラクトン、δ-バレロラクトン等のラクトン系溶媒、スルホラン、ジメチルスルホキシド、ジメチルスルホン等の硫黄系溶媒、N-メチルホルムアミド、N,N-ジメチルホルムアミド、N-メチルアセトアミド、N-メチルピロリジノン等のアミド系溶媒、アセトニトリル、3-メトキシプロピオニトリル等のニトリル系溶媒、水等が挙げられる。
電解質としては、例えば、アジピン酸、グルタル酸、コハク酸、安息香酸、イソフタル酸、フタル酸、テレフタル酸、マレイン酸、トルイル酸、エナント酸、マロン酸、蟻酸、1,6-デカンジカルボン酸、5,6-デカンジカルボン酸等のデカンジカルボン酸、1,7-オクタンジカルボン酸等のオクタンジカルボン酸、アゼライン酸、セバシン酸等の有機酸;あるいは、硼酸、硼酸と多価アルコールより得られる硼酸の多価アルコール錯化合物;リン酸、炭酸、ケイ酸等の無機酸などをアニオン成分とし、1級アミン(メチルアミン、エチルアミン、プロピルアミン、ブチルアミン、エチレンジアミン等)、2級アミン(ジメチルアミン、ジエチルアミン、ジプロピルアミン、メチルエチルアミン、ジフェニルアミン等)、3級アミン(トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリプロピルアミン、トリフェニルアミン、1,8-ジアザビシクロ(5,4,0)-ウンデセン-7等)、テトラアルキルアンモニウム(テトラメチルアンモニウム、テトラエチルアンモニウム、テトラプロピルアンモニウム、テトラブチルアンモニウム、メチルトリエチルアンモニウム、ジメチルジエチルアンモニウム等)などをカチオン成分とした電解質;等が挙げられる。
[Electrolyte]
The solid electrolyte layer may contain an electrolytic solution in which an electrolyte is dissolved in an electrolytic solution solvent. The higher the electrical conductivity of the electrolytic solution, the better.
Solvents for electrolytic solutions include, for example, alcohol solvents such as ethylene glycol, diethylene glycol, propylene glycol, 1,4-butanediol and glycerin; lactone solvents such as γ-butyrolactone, γ-valerolactone and δ-valerolactone; sulfur solvents such as sulfolane, dimethylsulfoxide and dimethylsulfone; amide solvents such as N-methylformamide, N,N-dimethylformamide, N-methylacetamide and N-methylpyrrolidinone; acetonitrile and 3-methoxypropionitrile; Nitrile-based solvents, water, and the like can be mentioned.
Examples of electrolytes include adipic acid, glutaric acid, succinic acid, benzoic acid, isophthalic acid, phthalic acid, terephthalic acid, maleic acid, toluic acid, enanthic acid, malonic acid, formic acid, 1,6-decanedicarboxylic acid, 5 Decanedicarboxylic acids such as ,6-decanedicarboxylic acid, octanedicarboxylic acids such as 1,7-octanedicarboxylic acid, organic acids such as azelaic acid and sebacic acid; Hydric alcohol complex compound; inorganic acids such as phosphoric acid, carbonic acid, silicic acid, etc. as anion components, primary amines (methylamine, ethylamine, propylamine, butylamine, ethylenediamine, etc.), secondary amines (dimethylamine, diethylamine, di propylamine, methylethylamine, diphenylamine, etc.), tertiary amines (trimethylamine, triethylamine, tripropylamine, triphenylamine, 1,8-diazabicyclo(5,4,0)-undecene-7, etc.), tetraalkylammonium (tetra electrolytes containing cationic components such as methylammonium, tetraethylammonium, tetrapropylammonium, tetrabutylammonium, methyltriethylammonium and dimethyldiethylammonium;
《キャパシタの製造方法》
本発明の第二態様は、弁金属の多孔質体からなる陽極の表面に形成された誘電体層の表面に後述する導電性高分子分散液を塗布し、乾燥させて固体電解質層を形成する工程を有する、キャパシタの製造方法である。本態様の製造方法により、第一態様のキャパシタを容易に製造することができる。
<<Manufacturing Method of Capacitor>>
In the second aspect of the present invention, a conductive polymer dispersion, which will be described later, is applied to the surface of a dielectric layer formed on the surface of an anode made of a porous material of a valve metal, and dried to form a solid electrolyte layer. A method for manufacturing a capacitor, comprising steps. By the production method of this aspect, the capacitor of the first aspect can be easily produced.
本態様の製造方法は、弁金属の多孔質体からなる陽極の表面を酸化して誘電体層を形成する工程(誘電体形成工程)と、前記誘電体層に対向する位置に陰極を配置する工程(陰極形成工程)と、前記誘電体層の表面の少なくとも一部に固体電解質層を形成する工程(成膜工程)と、を含むことが好ましい。以下、図1を参照して各工程を説明する。 The manufacturing method of this embodiment includes a step of forming a dielectric layer by oxidizing the surface of an anode made of a porous valve metal (dielectric forming step), and disposing a cathode at a position facing the dielectric layer. It is preferable to include a step (cathode forming step) and a step (film forming step) of forming a solid electrolyte layer on at least part of the surface of the dielectric layer. Each step will be described below with reference to FIG.
[誘電体形成工程]
本工程では、弁金属の多孔質体からなる陽極11の表面を酸化して誘電体層12を形成する。誘電体層12を形成する方法は、特に制限されず、例えば、アジピン酸アンモニウム水溶液、ホウ酸アンモニウム水溶液、リン酸アンモニウム水溶液などの化成処理用電解液中にて、陽極11の表面を陽極酸化する方法が挙げられる。
[Dielectric forming step]
In this step, the
[陰極形成工程]
本工程では、誘電体層12に対向する位置に陰極13を配置する。陰極13の配置方法は、特に制限されず、例えば、カーボンペースト、銀ペースト等の導電性ペーストを用いて陰極13を形成する方法、アルミニウム箔等の金属箔を誘電体層12に対向配置させる方法などが挙げられる。
[Cathode forming step]
In this step, the
[成膜工程]
本工程は、誘電体層12の表面の少なくとも一部に後述する導電性高分子分散液を塗布し、乾燥させることにより、固体電解質層14を形成する。
導電性高分子分散液の塗布方法としては、例えば、浸漬(ディップコーティング)、コンマコーティング、リバースコーティング、リップコーティング、マイクログラビアコーティング等を適用することができる。これらのうち、陽極11を減圧下で導電性高分子分散液中に浸漬する方法が好ましい。浸漬方法であると、誘電体層12の表面の多孔質構造の内部にまで導電性高分子分散液を充分に塗布することができる。浸漬後に取り出して次の乾燥処理に進む。
[Film formation process]
In this step, the solid electrolyte layer 14 is formed by applying a conductive polymer dispersion described later on at least part of the surface of the
As a method for applying the conductive polymer dispersion, for example, immersion (dip coating), comma coating, reverse coating, lip coating, microgravure coating, etc. can be applied. Among these methods, the method of immersing the
乾燥方法としては、例えば室温乾燥、熱風乾燥、遠赤外線乾燥等が挙げられる。これらの中でも熱風乾燥が好ましい。
乾燥温度としては、例えば100~180℃が好ましく、120~150℃がより好ましい。乾燥時間としては、例えば0.2~1時間が好ましい。
Examples of the drying method include room temperature drying, hot air drying, and far infrared drying. Among these, hot air drying is preferred.
The drying temperature is, for example, preferably 100 to 180°C, more preferably 120 to 150°C. The drying time is preferably 0.2 to 1 hour, for example.
上記の温度範囲及び乾燥時間であると、化合物(1)及び化合物(2)の末端の重合性基を介した重合反応が起こり、形成する固体電解質層14の誘電体層12に対する密着性が向上し、固体電解質層14の物理的強度が向上し、外部からの応力に対する固体電解質層14の耐久性が向上する。
また、固体電解質層14に含まれる含窒素化合物がビニル系重合性基を有する化合物である場合、上記の乾燥処理において、含窒素化合物同士が互いに重合反応し、或いは、化合物(1)又は化合物(2)と含窒素化合物とが重合反応し、形成する固体電解質層14の誘電体層12に対する密着性が向上し、固体電解質層14の物理的強度が向上し、外部からの応力に対する固体電解質層14の耐久性が向上する。
Within the above temperature range and drying time, a polymerization reaction occurs through the terminal polymerizable groups of the compound (1) and the compound (2), and the adhesion of the formed solid electrolyte layer 14 to the
Further, when the nitrogen-containing compound contained in the solid electrolyte layer 14 is a compound having a vinyl-based polymerizable group, the nitrogen-containing compounds undergo a polymerization reaction with each other in the drying treatment, or the compound (1) or the compound ( 2) and the nitrogen-containing compound undergo a polymerization reaction to improve the adhesion of the formed solid electrolyte layer 14 to the
乾燥処理の後、常法によりキャパシタを組み立てればよい。 After drying, the capacitor may be assembled by a conventional method.
≪導電性高分子分散液≫
本発明の第三態様は、π共役系導電性高分子及びポリアニオンを含む導電性複合体と、前記式(1)又は(2)で表される化合物のうち少なくとも1種類と、窒素含有芳香族性環式化合物及び第3級アミンのうち少なくとも一方と、分散媒とを含有する、導電性高分子分散液である。本態様の導電性高分子分散液は第二態様のキャパシタの製造方法に使用することができる。
<<Conductive polymer dispersion>>
A third aspect of the present invention is a conductive composite containing a π-conjugated conductive polymer and a polyanion, at least one of the compounds represented by the above formula (1) or (2), and a nitrogen-containing aromatic A conductive polymer dispersion containing at least one of a cyclic compound and a tertiary amine, and a dispersion medium. The conductive polymer dispersion of this aspect can be used in the method for producing a capacitor of the second aspect.
本態様の共役系導電性高分子及びポリアニオンを含む導電性複合体の説明は第一態様の説明と同様であるので重複する説明は省略する。
本態様の式(1)又は(2)で表される化合物の説明は第一態様の説明と同様であるので重複する説明は省略する。
本態様の窒素含有芳香族性環式化合物及び第3級アミンの説明は第一態様の説明と同様であるので重複する説明は省略する。
本態様の導電性高分子分散液に含まれ得る各成分(導電性高分子分散液、ポリアニオン、化合物(1)、化合物(2)、窒素含有芳香族性環式化合物、第3級アミン、ポリオール化合物、その他の任意の添加剤)は、それぞれ1種類であってもよいし、2種類以上であってもよい。
なお、本態様の導電性高分子分散液に含まれる各成分のうち何れかがビニル系重合性基を有する場合、当該成分はその官能基を介して互いに重合していないことが好ましい。重合していないことにより、当該成分の分散媒に対する分散性・溶解性が向上する。
The description of the conductive composite containing the conjugated conductive polymer and the polyanion of this embodiment is the same as the description of the first embodiment, so redundant description will be omitted.
The description of the compound represented by formula (1) or (2) of this embodiment is the same as that of the first embodiment, so redundant description is omitted.
The description of the nitrogen-containing aromatic cyclic compound and the tertiary amine of this embodiment is the same as the description of the first embodiment, so redundant description is omitted.
Each component that can be contained in the conductive polymer dispersion of this embodiment (conductive polymer dispersion, polyanion, compound (1), compound (2), nitrogen-containing aromatic cyclic compound, tertiary amine, polyol compounds and other optional additives) may be of one type or two or more types.
When any one of the components contained in the conductive polymer dispersion of this embodiment has a vinyl-based polymerizable group, it is preferable that the components are not polymerized with each other via the functional group. By not polymerizing, the dispersibility and solubility of the component in the dispersion medium are improved.
<分散媒>
本態様の導電性高分子分散液を構成する分散媒は、前記導電性複合体を分散させ得る液体であれば特に限定されず、例えば、水、有機溶剤、又は、水と有機溶剤との混合液が挙げられる。
有機溶剤としては、例えば、アルコール系溶媒、エーテル系溶媒、ケトン系溶媒、エステル系溶媒、芳香族炭化水素系溶媒等が挙げられる。これら有機溶剤は1種を単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
アルコール系溶媒としては、例えば、メタノール、エタノール、イソプロパノール、n-ブタノール、t-ブタノール、アリルアルコール等が挙げられる。
エーテル系溶媒としては、例えば、ジエチルエーテル、ジメチルエーテル、エチレングリコール、プロピレングリコール、プロピレングリコールモノメチルエーテル等のプロピレングリコールモノアルキルエーテル、プロピレングリコールジアルキルエーテル等が挙げられる。
ケトン系溶媒としては、例えば、ジエチルケトン、メチルプロピルケトン、メチルブチルケトン、メチルイソプロピルケトン、メチルイソブチルケトン、メチルアミルケトン、ジイソプロピルケトン、メチルエチルケトン、アセトン、ジアセトンアルコール等が挙げられる。
エステル系溶媒としては、例えば、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸ブチル等が挙げられる。
芳香族炭化水素系溶媒としては、例えば、ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、プロピルベンゼン、イソプロピルベンゼン等が挙げられる。
<Dispersion medium>
The dispersion medium that constitutes the conductive polymer dispersion of this embodiment is not particularly limited as long as it is a liquid that can disperse the conductive composite. For example, water, an organic solvent, or a mixture of water and an organic solvent. liquid.
Examples of organic solvents include alcohol solvents, ether solvents, ketone solvents, ester solvents, aromatic hydrocarbon solvents, and the like. These organic solvents may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together.
Examples of alcohol solvents include methanol, ethanol, isopropanol, n-butanol, t-butanol, allyl alcohol and the like.
Examples of ether-based solvents include diethyl ether, dimethyl ether, ethylene glycol, propylene glycol, propylene glycol monoalkyl ethers such as propylene glycol monomethyl ether, and propylene glycol dialkyl ethers.
Ketone solvents include, for example, diethyl ketone, methyl propyl ketone, methyl butyl ketone, methyl isopropyl ketone, methyl isobutyl ketone, methyl amyl ketone, diisopropyl ketone, methyl ethyl ketone, acetone, diacetone alcohol and the like.
Examples of ester-based solvents include ethyl acetate, propyl acetate, and butyl acetate.
Examples of aromatic hydrocarbon solvents include benzene, toluene, xylene, ethylbenzene, propylbenzene, isopropylbenzene and the like.
導電性高分子分散液の総質量に対する、π共役系導電性高分子及びポリアニオンの含有量(つまり導電性複合体の含有量)は、例えば、0.1質量%以上10質量%以下が好ましく、0.2質量%以上5質量%以下がより好ましく、0.3質量%以上2質量%以下がさらに好ましい。
上記の好適な範囲であると、導電性高分子分散液における導電性複合体の分散性をより高めることができる。
The content of the π-conjugated conductive polymer and the polyanion (that is, the content of the conductive composite) with respect to the total mass of the conductive polymer dispersion is, for example, preferably 0.1% by mass or more and 10% by mass or less, 0.2% by mass or more and 5% by mass or less is more preferable, and 0.3% by mass or more and 2% by mass or less is even more preferable.
Within the above preferred range, the dispersibility of the conductive composite in the conductive polymer dispersion can be further enhanced.
導電性高分子分散液に含まれる化合物(1)と化合物(2)の合計の含有量は、π共役系導電性高分子及びポリアニオンの合計100質量部(つまり導電性複合体100質量部)に対して、10質量部以上5000質量部以下が好ましく、100質量部以上1000質量部以下がより好ましく、200質量部以上800質量部以下がさらに好ましく、300質量部以上600質量部以下が最も好ましい。
上記の範囲であるとキャパシタの静電容量の低下を抑制しつつ、ESRをより一層低減することができる。
The total content of compound (1) and compound (2) contained in the conductive polymer dispersion is 100 parts by mass of the π-conjugated conductive polymer and polyanion (that is, 100 parts by mass of the conductive composite). On the other hand, it is preferably 10 to 5000 parts by mass, more preferably 100 to 1000 parts by mass, even more preferably 200 to 800 parts by mass, and most preferably 300 to 600 parts by mass.
Within the above range, it is possible to further reduce the ESR while suppressing a decrease in the capacitance of the capacitor.
導電性高分子分散液に含まれる前記含窒素化合物の合計の含有量は、導電性高分子分散液(25℃)のpHが、2.0~8.0となる含有量が好ましく、2.0~5.0となる含有量がより好ましく、2.0~3.0となる含有量がさらに好ましい。
上記の範囲であると、製造するキャパシタの静電容量の低下を抑制しつつ、ESRをより一層低減することができる。
The total content of the nitrogen-containing compounds contained in the conductive polymer dispersion is preferably such that the pH of the conductive polymer dispersion (25° C.) is 2.0 to 8.0. A content of 0 to 5.0 is more preferable, and a content of 2.0 to 3.0 is even more preferable.
Within the above range, it is possible to further reduce the ESR while suppressing a decrease in the capacitance of the manufactured capacitor.
導電性高分子分散液にビニル系重合性基を有しない窒素含有芳香族性環式化合物の1種以上を含む場合、それらの合計の含有量は、π共役系導電性高分子及びポリアニオンの合計100質量部(つまり導電性複合体100質量部)に対して、5質量部以上100質量部以下が好ましく、10質量部以上50質量部以下がより好ましく、15質量部以上30質量部以下がさらに好ましい。
上記の範囲であるとキャパシタの静電容量の低下を抑制しつつ、ESRをより一層低減することができる。
When the conductive polymer dispersion contains one or more nitrogen-containing aromatic cyclic compounds that do not have a vinyl polymerizable group, the total content thereof is the sum of the π-conjugated conductive polymer and the polyanion. With respect to 100 parts by mass (that is, 100 parts by mass of the conductive composite), it is preferably 5 parts by mass or more and 100 parts by mass or less, more preferably 10 parts by mass or more and 50 parts by mass or less, and 15 parts by mass or more and 30 parts by mass or less. preferable.
Within the above range, it is possible to further reduce the ESR while suppressing a decrease in the capacitance of the capacitor.
導電性高分子分散液にビニル系重合性基を有する窒素含有芳香族性環式化合物の1種以上を含む場合、それらの合計の含有量は、π共役系導電性高分子及びポリアニオンの合計100質量部(つまり導電性複合体100質量部)に対して、8質量部以上100質量部以下が好ましく、14質量部以上70質量部以下がより好ましく、20質量部以上40質量部以下がさらに好ましい。
上記の範囲であるとキャパシタの静電容量の低下を抑制しつつ、ESRをより一層低減することができる。
When the conductive polymer dispersion contains one or more nitrogen-containing aromatic cyclic compounds having a vinyl polymerizable group, the total content of the π-conjugated conductive polymer and polyanion is 100. It is preferably 8 parts by mass or more and 100 parts by mass or less, more preferably 14 parts by mass or more and 70 parts by mass or less, and even more preferably 20 parts by mass or more and 40 parts by mass or less, relative to parts by mass (that is, 100 parts by mass of the conductive composite). .
Within the above range, it is possible to further reduce the ESR while suppressing a decrease in the capacitance of the capacitor.
導電性高分子分散液にビニル系重合性基を有しない第3級アミンの1種以上を含む場合、それらの合計の含有量は、π共役系導電性高分子及びポリアニオンの合計100質量部(つまり導電性複合体100質量部)に対して、10質量部以上100質量部以下が好ましく、20質量部以上70質量部以下がより好ましく、25質量部以上40質量部以下がさらに好ましい。
上記の範囲であるとキャパシタの静電容量の低下を抑制しつつ、ESRをより一層低減することができる。
When the conductive polymer dispersion contains one or more tertiary amines having no vinyl polymerizable group, the total content thereof is 100 parts by mass in total of the π-conjugated conductive polymer and the polyanion ( That is, it is preferably 10 parts by mass or more and 100 parts by mass or less, more preferably 20 parts by mass or more and 70 parts by mass or less, and even more preferably 25 parts by mass or more and 40 parts by mass or less, relative to 100 parts by mass of the conductive composite.
Within the above range, it is possible to further reduce the ESR while suppressing a decrease in the capacitance of the capacitor.
導電性高分子分散液にビニル系重合性基を有する第3級アミンの1種以上を含む場合、それらの合計の含有量は、π共役系導電性高分子及びポリアニオンの合計100質量部(つまり導電性複合体100質量部)に対して、10質量部以上200質量部以下が好ましく、20質量部以上100質量部以下がより好ましく、30質量部以上70質量部以下がさらに好ましい。
上記の範囲であるとキャパシタの静電容量の低下を抑制しつつ、ESRをより一層低減することができる。
When the conductive polymer dispersion contains one or more tertiary amines having a vinyl polymerizable group, the total content thereof is 100 parts by mass in total of the π-conjugated conductive polymer and the polyanion (that is, 10 parts by mass or more and 200 parts by mass or less, more preferably 20 parts by mass or more and 100 parts by mass or less, and even more preferably 30 parts by mass or more and 70 parts by mass or less, relative to 100 parts by mass of the conductive composite).
Within the above range, it is possible to further reduce the ESR while suppressing a decrease in the capacitance of the capacitor.
本態様の導電性高分子分散液は、第一態様で説明したポリオールの1種以上を含有していてもよい。前記ポリオール化合物の1種以上を含有する場合、それらの合計の含有量は、例えば、π共役系導電性高分子及びポリアニオンの合計100質量部(つまり導電性複合体100質量部)に対して、50質量部以上2000質量部以下が好ましく、100質量部以上1000質量部以下がより好ましく、300質量部以上600質量部以下がさらに好ましい。
上記の範囲であるとキャパシタの静電容量の低下を抑制しつつ、ESRをより一層低減することができる。
The conductive polymer dispersion of this aspect may contain one or more of the polyols described in the first aspect. When one or more of the polyol compounds are contained, the total content thereof is, for example, a total of 100 parts by mass of the π-conjugated conductive polymer and polyanion (that is, 100 parts by mass of the conductive composite), 50 to 2000 parts by mass is preferable, 100 to 1000 parts by mass is more preferable, and 300 to 600 parts by mass is even more preferable.
Within the above range, it is possible to further reduce the ESR while suppressing a decrease in the capacitance of the capacitor.
導電性高分子分散液は、任意の添加剤を含有してもよく、その含有割合は、添加剤の種類に応じて適宜決められるが、導電性複合体100質量部に対して、例えば、1~1000質量部とすることができる。
ここで、任意の添加剤は、前記導電性複合体、前記含窒素化合物、化合物(1)及び化合物(2)、前記ポリオール化合物及び前記分散媒(溶媒)以外の化合物である。
The conductive polymer dispersion may contain any additive, and the content ratio thereof is appropriately determined according to the type of additive. It can be up to 1000 parts by mass.
Here, the optional additive is a compound other than the conductive composite, the nitrogen-containing compound, the compound (1) and the compound (2), the polyol compound and the dispersion medium (solvent).
任意の添加剤としては、例えば、界面活性剤、無機導電剤、消泡剤、カップリング剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤などが挙げられる。
界面活性剤としては、ノニオン系、アニオン系、カチオン系の界面活性剤が挙げられるが、保存安定性の面からノニオン系が好ましい。また、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドンなどのポリマー系界面活性剤を添加してもよい。
無機導電剤としては、金属イオン類、導電性カーボン等が挙げられる。金属イオンは、金属塩を水に溶解させることにより生成させることができる。
消泡剤としては、シリコーン樹脂、ポリジメチルシロキサン、シリコーンオイル等が挙げられる。
カップリング剤としては、ビニル基、アミノ基、エポキシ基等を有するシランカップリング剤等が挙げられる。
酸化防止剤としては、フェノール系酸化防止剤、アミン系酸化防止剤、リン系酸化防止剤、硫黄系酸化防止剤、糖類等が挙げられる。
紫外線吸収剤としては、ベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤、ベンゾフェノン系紫外線吸収剤、サリシレート系紫外線吸収剤、シアノアクリレート系紫外線吸収剤、オキサニリド系紫外線吸収剤、ヒンダードアミン系紫外線吸収剤、ベンゾエート系紫外線吸収剤等が挙げられる。
Optional additives include, for example, surfactants, inorganic conductive agents, antifoaming agents, coupling agents, antioxidants, ultraviolet absorbers, and the like.
Examples of surfactants include nonionic, anionic, and cationic surfactants, with nonionic surfactants being preferred from the standpoint of storage stability. Polymer surfactants such as polyvinyl alcohol and polyvinylpyrrolidone may also be added.
Examples of inorganic conductive agents include metal ions and conductive carbon. Metal ions can be generated by dissolving metal salts in water.
Antifoaming agents include silicone resins, polydimethylsiloxane, silicone oils and the like.
Examples of coupling agents include silane coupling agents having a vinyl group, an amino group, an epoxy group, or the like.
Antioxidants include phenol antioxidants, amine antioxidants, phosphorus antioxidants, sulfur antioxidants, sugars and the like.
UV absorbers include benzotriazole UV absorbers, benzophenone UV absorbers, salicylate UV absorbers, cyanoacrylate UV absorbers, oxanilide UV absorbers, hindered amine UV absorbers, and benzoate UV absorbers. is mentioned.
本態様の導電性高分子分散液は、各成分を混合し、常法により導電性複合体を分散させることによって製造することができる。 The conductive polymer dispersion of this embodiment can be produced by mixing each component and dispersing the conductive composite by a conventional method.
(製造例1)
1000mlのイオン交換水に206gのスチレンスルホン酸ナトリウムを溶解し、80℃で攪拌しながら、予め10mlの水に溶解した1.14gの過硫酸アンモニウム酸化剤溶液を20分間滴下し、この溶液を12時間攪拌した。
得られたスチレンスルホン酸ナトリウム含有溶液に10質量%に希釈した硫酸を1000ml添加し、ポリスチレンスルホン酸含有液を得て、限外ろ過法によりポリスチレンスルホン酸含有溶液の約1000mlの溶媒を除去した。残液に2000mlのイオン交換水を加え、限外ろ過法により約2000mlの溶媒を除去し、ポリスチレンスルホン酸を水洗した。この限外ろ過操作を3回繰り返した。
得られた溶液中の水を減圧除去して、無色の固形状のポリスチレンスルホン酸を得た。
(Production example 1)
Dissolve 206 g of sodium styrenesulfonate in 1000 ml of ion-exchanged water, add 1.14 g of ammonium persulfate oxidizing agent solution previously dissolved in 10 ml of water dropwise for 20 minutes while stirring at 80° C., and keep this solution for 12 hours. Stirred.
1000 ml of sulfuric acid diluted to 10% by mass was added to the resulting sodium styrenesulfonate-containing solution to obtain a polystyrenesulfonic acid-containing solution, and about 1000 ml of the solvent was removed from the polystyrenesulfonic acid-containing solution by ultrafiltration. 2000 ml of ion-exchanged water was added to the residual liquid, about 2000 ml of the solvent was removed by ultrafiltration, and the polystyrene sulfonic acid was washed with water. This ultrafiltration operation was repeated three times.
Water in the obtained solution was removed under reduced pressure to obtain a colorless solid polystyrene sulfonic acid.
(製造例2)
3,4-エチレンジオキシチオフェン14.2gと、製造例1で得たポリスチレンスルホン酸36.7gとを2000mlのイオン交換水に溶かした溶液とを20℃で混合させた。
得られた混合溶液を20℃に保ち、掻き混ぜながら、200mlのイオン交換水に溶かした29.64gの過硫酸アンモニウムと8.0gの硫酸第二鉄の酸化触媒溶液とをゆっくり添加し、3時間攪拌して反応させた。
得られた反応液に2000mlのイオン交換水を加え、限外ろ過法により約2000ml溶液を除去した。この操作を3回繰り返した。
得られた溶液に200mlの10質量%に希釈した硫酸と2000mlのイオン交換水とを加え、限外ろ過法により約2000mlの溶媒を除去した。残液に2000mlのイオン交換水を加え、限外ろ過法により約2000mlの溶媒を除去し、溶液に含まれるポリスチレンスルホン酸ドープポリ(3,4-エチレンジオキシチオフェン)(PEDOT-PSS)を水洗した。この操作を8回繰り返し、1.60質量%のPEDOT-PSS水分散液を得た。
(Production example 2)
A solution prepared by dissolving 14.2 g of 3,4-ethylenedioxythiophene and 36.7 g of polystyrenesulfonic acid obtained in Production Example 1 in 2000 ml of deionized water was mixed at 20°C.
The resulting mixed solution was kept at 20° C., and while stirring, 29.64 g of ammonium persulfate and 8.0 g of ferric sulfate oxidation catalyst solution dissolved in 200 ml of ion-exchanged water were slowly added, and the mixture was stirred for 3 hours. The mixture was stirred and reacted.
2000 ml of ion-exchanged water was added to the resulting reaction solution, and about 2000 ml of the solution was removed by ultrafiltration. This operation was repeated three times.
200 ml of 10 mass % diluted sulfuric acid and 2000 ml of ion-exchanged water were added to the obtained solution, and about 2000 ml of the solvent was removed by ultrafiltration. 2000 ml of ion-exchanged water was added to the residual liquid, about 2000 ml of the solvent was removed by ultrafiltration, and polystyrenesulfonic acid-doped poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT-PSS) contained in the solution was washed with water. . This operation was repeated 8 times to obtain a PEDOT-PSS aqueous dispersion of 1.60% by mass.
(製造例3)
エッチドアルミニウム箔(陽極箔)に陽極リード端子を接続した後、アジピン酸アンモニウム10質量%水溶液中で130Vの電圧を印加し、化成(酸化処理)して、アルミニウム箔の両面に誘電体層を形成して陽極箔を得た。
次に、陽極箔の両面に、陰極リード端子が溶接された対向アルミニウム陰極箔を、セルロース製のセパレータを介して積層し、これを円筒状に巻き取ってキャパシタ用素子を得た。
(Production example 3)
After connecting the anode lead terminal to the etched aluminum foil (anode foil), a voltage of 130 V was applied in a 10% by mass ammonium adipate aqueous solution to chemically convert (oxidize) to form a dielectric layer on both sides of the aluminum foil. formed to obtain an anode foil.
Next, opposing aluminum cathode foils to which cathode lead terminals were welded were laminated on both sides of the anode foil with a separator made of cellulose interposed therebetween, and wound into a cylindrical shape to obtain a capacitor element.
(製造例4)
γ-ブチロラクトン100g、スルホラン10g、及びフタル酸テトラメチルアンモニウム25gを混合溶解して、駆動用電解液を得た。
(Production example 4)
100 g of γ-butyrolactone, 10 g of sulfolane, and 25 g of tetramethylammonium phthalate were mixed and dissolved to obtain a driving electrolyte.
(配合例)
製造例2で得た1.60質量%のPEDOT-PSS水分散液に含まれる導電性複合体100質量部に対して、表1に記載の添加量(質量部)で、含窒素化合物と、添加化合物とを加え、室温で撹拌した後、高圧分散機を用い、100MPaの圧力で分散処理を施し、導電性高分子分散液を得た。
各配合例の含窒素化合物の添加量は、互いのモル数が概ね等しくなり、各導電性高分子分散液(25℃)のpHが2.0~3.0の範囲に入るように調整した。
(Formulation example)
A nitrogen-containing compound and a After adding an additive compound and stirring at room temperature, dispersion treatment was performed at a pressure of 100 MPa using a high-pressure disperser to obtain a conductive polymer dispersion.
The amount of the nitrogen-containing compound added in each formulation example was adjusted so that the number of moles of each was approximately equal, and the pH of each conductive polymer dispersion (25° C.) was within the range of 2.0 to 3.0. .
表1中の略記は下記を表す。
「DMAPAA」:ジメチルアミノプロピルアクリルアミド
「A-200」:ポリエチレングリコール#200ジ(メタ)アクリレート:式(1)においてR1,R2=H、n=4で表される化合物
「A-400」:ポリエチレングリコール#400ジ(メタ)アクリレート:式(1)においてR1,R2=H、n=9で表される化合物
「A-600」:ポリエチレングリコール#600ジ(メタ)アクリレート:式(1)においてR1,R2=H、n=14で表される化合物
「A-1000」:ポリエチレングリコール#1000ジ(メタ)アクリレート:式(1)においてR1,R2=H、n=23で表される化合物
「GLY-9E」:エトキシ化グリセリントリアクリレート:式(2)においてR1,R2,R3=H、n+m+l=9で表される化合物
Abbreviations in Table 1 represent the following.
"DMAPAA": dimethylaminopropyl acrylamide "A-200": polyethylene glycol #200 di(meth)acrylate: compound represented by R 1 , R 2 =H, n = 4 in formula (1) "A-400" : Polyethylene glycol #400 di(meth)acrylate: Compound represented by R 1 , R 2 =H, n = 9 in formula (1) "A-600": Polyethylene glycol #600 di(meth)acrylate: Formula ( 1) Compound represented by R 1 , R 2 = H, n = 14 “A-1000”: polyethylene glycol #1000 di(meth)acrylate: R 1 , R 2 = H, n = in formula (1) Compound represented by 23 "GLY-9E": ethoxylated glycerol triacrylate: compound represented by R 1 , R 2 , R 3 =H, n + m + l = 9 in formula (2)
<キャパシタの製造>
製造例3で得たキャパシタ用素子を、上記配合例で得た導電性高分子分散液に減圧下で浸漬した後、125℃の熱風乾燥機により30分間乾燥する工程を1回繰り返して、誘電体層表面上に導電性複合体を含む固体電解質層を形成させた。
次いで、アルミニウム製のケースに、固体電解質層を形成したキャパシタ用素子、製造例4で得た駆動用電解液を装填し、封口ゴムで封止して、キャパシタを得た。
<Capacitor manufacturing>
After the capacitor element obtained in Production Example 3 was immersed in the conductive polymer dispersion obtained in the above formulation example under reduced pressure, the step of drying for 30 minutes with a hot air dryer at 125°C was repeated once to obtain a dielectric. A solid electrolyte layer containing the conductive composite was formed on the surface of the body layer.
Next, the capacitor element having the solid electrolyte layer formed thereon and the driving electrolytic solution obtained in Production Example 4 were placed in an aluminum case, and sealed with sealing rubber to obtain a capacitor.
<静電容量,等価直列抵抗の測定>
各キャパシタについて、LCRメータZM2376((株)エヌエフ回路設計ブロック製)を用いて、120Hzでの静電容量(Cap.)、及び100kHzでの等価直列抵抗(ESR)を測定した。その測定結果を表2に示す。
<Measurement of capacitance and equivalent series resistance>
For each capacitor, an LCR meter ZM2376 (manufactured by NF Circuit Design Block Co., Ltd.) was used to measure the capacitance (Cap.) at 120 Hz and the equivalent series resistance (ESR) at 100 kHz. Table 2 shows the measurement results.
特定の含窒素化合物及び添加化合物を含む各実施例のキャパシタは、比較例と同等の静電容量を示し、比較例よりも優れた等価直列抵抗を示した。 The capacitors of each example containing the specific nitrogen-containing compound and the additive compound exhibited equivalent capacitances and equivalent series resistances superior to those of the comparative examples.
各試験例のキャパシタの製造時に、陽極箔の誘電体層上に形成した導電層を入念に観察し、ニードルで導電層を擦ったところ、実施例1~18は、比較例1~4よりも、誘電体層に対する導電層の密着性が高いこと、導電層の物理的強度が高いこと、が見て取れた。
この結果は、実施例1~18では、分子の両末端にアクリル基を有する化合物(1)又は化合物(2)を使用しているため、これらが乾燥処理時の加熱により重合したためであると考えられる。つまり、実施例1~18は、分子の両末端に重合性基を有する化合物(1)又は化合物(2)を用いているので、導電層の基材に対する密着性が優れ、物理的な応力に対する耐久性が向上することを確認できた。
When the conductive layer formed on the dielectric layer of the anode foil was carefully observed and rubbed against the conductive layer with a needle when the capacitors of each test example were manufactured, it was found that Examples 1 to 18 were stronger than Comparative Examples 1 to 4. , high adhesion of the conductive layer to the dielectric layer, and high physical strength of the conductive layer.
This result is believed to be due to the fact that the compound (1) or compound (2) having acrylic groups at both ends of the molecule was used in Examples 1 to 18, and these were polymerized by heating during the drying process. be done. That is, in Examples 1 to 18, since the compound (1) or compound (2) having a polymerizable group at both ends of the molecule is used, the adhesion of the conductive layer to the substrate is excellent, and resistance to physical stress It was confirmed that the durability was improved.
また、各試験例のキャパシタの製造時に、陽極箔の誘電体層上に形成した導電層を入念に観察し、ニードルで導電層を擦ったところ、実施例4~18は、実施例1~3よりも、誘電体層に対する導電層の密着性が高いこと、導電層の物理的強度が高いこと、が見て取れた。
この結果は、実施例4~18では重合性のビニル基又はアクリル基を有する含窒素化合物を使用しているため、これらが乾燥処理時の加熱により重合したためであると考えられる。つまり、実施例4~18はビニル基又はアクリル基を有する含窒素化合物を用いているので、導電層の基材に対する密着性がより一層優れ、物理的な応力に対する耐久性がより一層向上することを確認できた。
Further, when the conductive layer formed on the dielectric layer of the anode foil was carefully observed at the time of manufacturing the capacitors of each test example, and the conductive layer was rubbed with a needle, Examples 4 to 18 were found to be better than Examples 1 to 3. It was found that the adhesion of the conductive layer to the dielectric layer was higher and the physical strength of the conductive layer was higher.
This result is considered to be due to the fact that the nitrogen-containing compounds having a polymerizable vinyl group or acryl group were used in Examples 4 to 18 and were polymerized by heating during the drying process. In other words, since Examples 4 to 18 use a nitrogen-containing compound having a vinyl group or an acrylic group, the adhesion of the conductive layer to the base material is even more excellent, and the durability against physical stress is further improved. could be confirmed.
10 キャパシタ
11 陽極
12 誘電体層
13 陰極
14 固体電解質層
10
Claims (10)
前記固体電解質層が、π共役系導電性高分子及びポリアニオンを含む導電性複合体と、
下記式(1)又は下記式(2)で表される化合物のうち少なくとも1種類、或いは、下記式(1)で表される1種類以上の化合物の末端の官能基が互いに重合した反応生成物又は下記式(2)で表される1種以上の化合物の末端の官能基が互いに重合した反応生成物と、
窒素含有芳香族性環式化合物又は第3級アミンのうち少なくとも一方と、
を含有する、キャパシタ。
a conductive composite in which the solid electrolyte layer contains a π-conjugated conductive polymer and a polyanion;
At least one of the compounds represented by the following formula (1) or the following formula (2), or a reaction product in which terminal functional groups of one or more compounds represented by the following formula (1) are polymerized with each other or a reaction product in which terminal functional groups of one or more compounds represented by the following formula (2) are polymerized with each other;
at least one of a nitrogen-containing aromatic cyclic compound or a tertiary amine;
A capacitor containing
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