JP2023077583A - Capacitor and method for manufacturing the same - 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.
π共役系導電性高分子とポリアニオンを含む導電性複合体を含有する固体電解質層が、誘電体層と陰極との間に配置されたキャパシタが知られている(例えば特許文献1)。 A capacitor is known in which a solid electrolyte layer containing a conductive composite containing a π-conjugated conductive polymer and a polyanion is arranged between a dielectric layer and a cathode (for example, Patent Document 1).
特許文献1のキャパシタの固体電解質層は、導電性複合体の他に更に特定の化学式で表されるスルフィドを含むことにより、等価直列抵抗(ESR)が低減され、耐熱性も向上している。一方、上記スルフィドによらず、等価直列抵抗が低減されたキャパシタが求められることがある。
本発明は、等価直列抵抗が低減したキャパシタ及びその製造方法を提供する。
The solid electrolyte layer of the capacitor of Patent Document 1 further contains a sulfide represented by a specific chemical formula in addition to the conductive composite, thereby reducing the equivalent series resistance (ESR) and improving the heat resistance. On the other hand, capacitors with reduced equivalent series resistance are sometimes desired regardless of the sulfide.
The present invention provides a capacitor with reduced equivalent series resistance and a manufacturing method thereof.
[1] 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、アルキルスルホン酸を含有する、キャパシタ。
[2] 前記アルキルスルホン酸が前記π共役系導電性高分子に結合し、前記導電性複合体に含まれている、[1]に記載のキャパシタ。
[3] 前記アルキルスルホン酸がメタンスルホン酸又はエタンスルホン酸である、[1]又は[2]に記載のキャパシタ。
[4] 前記固体電解質層が、塩基性化合物をさらに含有する、[1]~[3]の何れか一項に記載のキャパシタ。
[5] 前記塩基性化合物が窒素含有芳香族化合物である、[4]に記載のキャパシタ。
[6] 前記固体電解質層が、水酸基を二つ以上含むポリオール化合物をさらに含有する、[1]~[5]の何れか一項に記載のキャパシタ。
[7] 前記ポリオール化合物がジエチレングリコールである、[6]に記載のキャパシタ。
[8] 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]~[7]の何れか一項に記載のキャパシタ。
[9] 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、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って、前記導電性高分子分散液は、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、アルキルスルホン酸と、前記導電性複合体を分散させる分散媒と、を含む、キャパシタの製造方法。
[10] 前記アルキルスルホン酸が前記π共役系導電性高分子に結合し、前記導電性複合体に含まれている、[9]に記載のキャパシタの製造方法。
[1] 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 side of the dielectric layer opposite to the anode, and a dielectric layer and a solid electrolyte layer formed between the cathode, wherein the solid electrolyte layer contains a conductive complex containing a π-conjugated conductive polymer and a polyanion, and an alkylsulfonic acid; Capacitor.
[2] The capacitor according to [1], wherein the alkylsulfonic acid is bound to the π-conjugated conductive polymer and contained in the conductive composite.
[3] The capacitor according to [1] or [2], wherein the alkylsulfonic acid is methanesulfonic acid or ethanesulfonic acid.
[4] The capacitor according to any one of [1] to [3], wherein the solid electrolyte layer further contains a basic compound.
[5] The capacitor according to [4], wherein the basic compound is a nitrogen-containing aromatic compound.
[6] The capacitor according to any one of [1] to [5], wherein the solid electrolyte layer further contains a polyol compound containing two or more hydroxyl groups.
[7] The capacitor according to [6], wherein the polyol compound is diethylene glycol.
[8] Any one of [1] to [7], wherein the π-conjugated conductive polymer is poly(3,4-ethylenedioxythiophene), or the polyanion is polystyrenesulfonic acid. The capacitor described in .
[9] A capacitor comprising a step of applying a conductive polymer dispersion to the surface of a dielectric layer formed on the surface of an anode made of a porous material of a valve metal and drying it to form a solid electrolyte layer. In the production method, the conductive polymer dispersion comprises a conductive composite containing a π-conjugated conductive polymer and a polyanion, an alkylsulfonic acid, and a dispersion medium for dispersing the conductive composite. A method of manufacturing a capacitor, comprising:
[10] The method for producing a capacitor according to [9], wherein the alkylsulfonic acid is bound to the π-conjugated conductive polymer and contained in the conductive composite.
本発明のキャパシタは、固体電解質層に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、アルキルスルホン酸が含まれることによって、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、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 has a reduced equivalent series resistance because the solid electrolyte layer contains a conductive composite containing a π-conjugated conductive polymer and a polyanion, and an alkylsulfonic acid. According to the capacitor manufacturing method of the present invention, the above capacitor can be manufactured easily.
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. 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。
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
The thickness of the
<導電性複合体>
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>
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, when 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.
<アルキルスルホン酸>
本態様の固体電解質層に含まれるアルキルスルホン酸は、直鎖状又は分岐鎖状のアルカンを骨格として、前記アルカンに結合する水素原子の少なくとも1つがスルホン酸基によって置換された化合物である。アルキルスルホン酸は、前記ポリアニオン以外の化合物である。
アルキルスルホン酸の少なくとも一部は、ポリアニオンと同様にπ共役系導電性高分子にドーパントとして結合し得る。ドーパントとして機能する場合にはスルホン酸基がアニオン基としてドープすると考えられる。アルキルスルホン酸がドープすることが、キャパシタのESRを低減する観点からより好ましいが、ドープせずに単に添加剤として固体電解質層に含まれているだけでもキャパシタのESRをある程度低減できると考えられる。
<Alkyl sulfonic acid>
The alkylsulfonic acid contained in the solid electrolyte layer of this embodiment is a compound having a linear or branched alkane skeleton and at least one hydrogen atom bonded to the alkane substituted with a sulfonic acid group. Alkyl sulfonic acids are compounds other than the polyanions.
At least part of the alkylsulfonic acid can bind to the π-conjugated conductive polymer as a dopant, like the polyanion. When functioning as a dopant, it is believed that the sulfonic acid groups dope as anionic groups. Doping with alkylsulfonic acid is more preferable from the viewpoint of reducing the ESR of the capacitor, but it is considered that the ESR of the capacitor can be reduced to some extent even if it is simply contained in the solid electrolyte layer as an additive without doping.
前記アルカン骨格の炭素数は、1~20が好ましく、1~10がより好ましく、1~6がさらに好ましく、1~4が特に好ましい。
上記の好適な範囲の炭素数であると、アルキルスルホン酸がπ共役系導電性高分子にドープし易くなり、結果としてキャパシタのESRをより低減することができる。
The number of carbon atoms in the alkane skeleton is preferably 1-20, more preferably 1-10, still more preferably 1-6, and particularly preferably 1-4.
When the number of carbon atoms is within the above preferred range, the π-conjugated conductive polymer is easily doped with the alkylsulfonic acid, and as a result, the ESR of the capacitor can be further reduced.
前記アルカン骨格は、直鎖状であることが好ましい。直鎖状であることにより、π共役系導電性高分子に対するドープがより容易となり、結果としてキャパシタのESRをより低減することができる。 The alkane skeleton is preferably linear. Being linear makes it easier to dope the π-conjugated conductive polymer, and as a result, the ESR of the capacitor can be further reduced.
前記アルキルスルホン酸の好適な具体例としては、例えば、1-メタンスルホン酸、1-エタンスルホン酸、1-プロパンスルホン酸、1-ブタンスルホン酸等が挙げられる。 Preferred specific examples of the alkylsulfonic acid include 1-methanesulfonic acid, 1-ethanesulfonic acid, 1-propanesulfonic acid, 1-butanesulfonic acid and the like.
本態様の固体電解質層に含まれるアルキルスルホン酸は、1種類でもよいし、2種類以上でもよい。
本態様の固体電解質層に含まれるアルキルスルホン酸の合計の含有量は、π共役系導電性高分子100質量部に対して、10質量部以上10000質量部以下が好ましく、50質量部以上1000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。
上記の好適な範囲であると、キャパシタのESRをより低減することができる。
One type or two or more types of alkylsulfonic acids may be contained in the solid electrolyte layer of this embodiment.
The total content of the alkylsulfonic acid contained in the solid electrolyte layer of this embodiment is preferably 10 parts by mass or more and 10000 parts by mass or less, and 50 parts by mass or more and 1000 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the π-conjugated conductive polymer. Parts or less is more preferable, and 100 parts by mass or more and 500 parts by mass or less is even more preferable.
Within the above preferable range, the ESR of the capacitor can be further reduced.
<塩基性化合物>
本態様の固体電解質層には、前記導電性複合体、前記ポリアニオン、前記アルキルスルホン酸とは異なる、塩基性化合物がさらに含まれていてもよい。塩基性化合物を含有することにより、キャパシタのESRをより一層低減できる。
<Basic compound>
The solid electrolyte layer of this aspect may further contain a basic compound different from the conductive composite, the polyanion, and the alkylsulfonic acid. By containing a basic compound, the ESR of the capacitor can be further reduced.
塩基性化合物は、ポリアニオンの余剰のアニオン基からプロトンを引き抜くブレンステッド塩基として機能するものである。この機能を果たすために、本発明で用いる塩基性化合物の水に対する溶解量は、20℃の水100gに対して、0.001g以上であることが好ましい。前記溶解量の上限値は特に制限されないが、例えば0.1g程度であっても充分に上記機能は果たし得る。 A basic compound is one that functions as a Bronsted base that abstracts protons from the excess anionic groups of the polyanion. In order to achieve this function, the amount of the basic compound used in the present invention dissolved in water is preferably 0.001 g or more per 100 g of water at 20°C. Although the upper limit of the dissolution amount is not particularly limited, for example, even about 0.1 g can sufficiently perform the above functions.
塩基性化合物としては、窒素を含む有機または無機の塩基性化合物、アルカリ金属または第2族金属の水酸化物、各種の炭酸塩や炭酸水素塩等を用いることができる。例えば、アルカリ金属の水酸化物、水酸化第四級アンモニウムまたはその塩、アンモニア、アミン等が挙げられる。
アルカリ金属の水酸化物の具体例としては、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム等が挙げられる。
炭酸塩または炭酸水素塩の具体例としては、炭酸水素アンモニウム、炭酸アンモニウム、炭酸水素カリウム、炭酸カリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸ナトリウム等が挙げられる。
水酸化第四級アンモニウムまたはその塩の具体例としては、水酸化テトラメチルアンモニウム、水酸化テトラエチルアンモニウム、水酸化テトラブチルアンモニウム等が挙げられる。
As the basic compound, organic or inorganic basic compounds containing nitrogen, hydroxides of alkali metals or group 2 metals, various carbonates and hydrogen carbonates, and the like can be used. Examples thereof include alkali metal hydroxides, quaternary ammonium hydroxides or salts thereof, ammonia, and amines.
Specific examples of alkali metal hydroxides include potassium hydroxide and sodium hydroxide.
Specific examples of carbonates or hydrogencarbonates include ammonium hydrogencarbonate, ammonium carbonate, potassium hydrogencarbonate, potassium carbonate, sodium hydrogencarbonate, sodium carbonate and the like.
Specific examples of quaternary ammonium hydroxides or salts thereof include tetramethylammonium hydroxide, tetraethylammonium hydroxide, tetrabutylammonium hydroxide and the like.
アミンとしては、脂肪族3級アミン、窒素含有芳香族化合物等が挙げられる。
脂肪族3級アミンとしては、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、トリヘキシルアミン、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 amines include aliphatic tertiary amines and nitrogen-containing aromatic compounds.
Aliphatic tertiary amines include triethanolamine, trimethylamine, triethylamine, tripropylamine, tributylamine, trihexylamine, trioctylamine, triphenylamine, tribenzylamine, and trinaphthylamine.
窒素含有芳香族化合物(少なくとも1つの窒素原子が環構造を形成する芳香族化合物)としては、例えば、ピロール、インドール、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、ピリミジン、ピラジン及びこれらのアルキル置換体(例えば、メチル、エチル、プロピル、ブチル等の炭素数1~4のアルキル基での置換体)、ハロゲン置換体(例えば、フロロ、クロロ、ブロム等のハロゲン基での置換体)、ニトリル置換体等の誘導体が挙げられる。
なかでも、窒素含有芳香族化合物が好ましく、イミダゾールがより好ましい。
Nitrogen-containing aromatic compounds (aromatic compounds in which at least one nitrogen atom forms a ring structure) include, for example, pyrrole, indole, imidazole, 2-methylimidazole, 2-propylimidazole, N-methylimidazole, N-propyl imidazole, 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-hydroxy benzimidazole, 2-(2-pyridyl)benzimidazole, pyridine, pyrimidine, pyrazine and alkyl-substituted products thereof (for example, substituted products with alkyl groups having 1 to 4 carbon atoms such as methyl, ethyl, propyl and butyl), Derivatives such as halogen-substituted compounds (for example, compounds substituted with halogen groups such as fluoro, chloro, and bromo) and nitrile-substituted compounds can be mentioned.
Among them, nitrogen-containing aromatic compounds are preferred, and imidazole is more preferred.
固体電解質層に含まれる塩基性化合物は1種でもよいし、2種以上でもよい。
固体電解質層に含まれる塩基性化合物の含有割合は、導電性複合体100質量部に対して、例えば、1質量部以上1000質量部以下が好ましく、5質量部以上100質量部以下がより好ましく、10質量部以上50質量部以下がさらに好ましい。
上記の好適な範囲であると、キャパシタのESRをより低減することができる。
The number of basic compounds contained in the solid electrolyte layer may be one, or two or more.
The content of the basic compound contained in the solid electrolyte layer is preferably, for example, 1 part by mass or more and 1000 parts by mass or less, more preferably 5 parts by mass or more and 100 parts by mass or less, with respect to 100 parts by mass of the conductive composite. More preferably 10 parts by mass or more and 50 parts by mass or less.
Within the above preferable range, the ESR of the capacitor can be further reduced.
<ポリオール化合物>
本態様の固体電解質層には、前記導電性複合体、前記ポリアニオン、前記アルキルスルホン酸、及び前記塩基性化合物とは異なる、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ESRをより一層低減できる。
<Polyol compound>
In the solid electrolyte layer of this aspect, a compound having two or more hydroxy groups (hereinafter sometimes referred to as a polyol compound), which is different from the conductive composite, the polyanion, the alkylsulfonic acid, and the basic compound .) may further be included. By containing a polyol compound, the ESR of the capacitor can be further reduced.
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。 Examples of polyol compounds include one or more selected from ethylene glycol, diethylene glycol, propylene glycol, 1,4-butanediol, glycerin, pentaerythritol, trimethylolpropane and trimethylolethane.
固体電解質層に含まれるポリオール化合物の合計の含有量は、固体電解質層に含まれる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、例えば、100質量部以上10000質量部以下が好ましく、200質量部以上2000質量部以下がより好ましく、300質量部以上1000質量部以下がさらに好ましい。
上記範囲であると、キャパシタのESRがより低下し易くなるので好ましい。
固体電解質層に含まれるポリオール化合物の種類は、1種類でもよいし、2種類以上でもよい。
The total content of the polyol compound contained in the solid electrolyte layer is, for example, with respect to a total of 100 parts by mass of the π-conjugated conductive polymer and polyanion contained in the solid electrolyte layer (that is, 100 parts by mass of the conductive composite). , 100 parts by mass or more and 10000 parts by mass or less, more preferably 200 parts by mass or more and 2000 parts by mass or less, and even more preferably 300 parts by mass or more and 1000 parts by mass or less.
Within the above range, the ESR of the capacitor is more likely to be lowered, which is preferable.
The number of polyol compounds contained in the solid electrolyte layer may be one, or two or more.
[電解液]
本態様のキャパシタは、固体電解質層を含浸する電解液を有していてもよい。
電解液を構成する溶媒としては、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。
電解液を構成する電解質としては、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 capacitor of this aspect may have an electrolytic solution impregnating the solid electrolyte layer.
Solvents constituting the electrolytic solution include alcohol solvents such as ethylene glycol, diethylene glycol, propylene glycol, 1,4-butanediol and glycerin, and lactone solvents such as γ-butyrolactone, γ-valerolactone and δ-valerolactone. Solvents, sulfur solvents such as sulfolane, dimethylsulfoxide and dimethylsulfone, amide solvents such as N-methylformamide, N,N-dimethylformamide, N-methylacetamide and N-methylpyrrolidinone, acetonitrile, 3-methoxypropionitrile and nitrile solvents such as water.
Examples of electrolytes constituting the electrolytic solution 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, decanedicarboxylic acid such as 5,6-decanedicarboxylic acid, octanedicarboxylic acid such as 1,7-octanedicarboxylic acid, organic acid such as azelaic acid, sebacic acid; or boric acid, boric acid and polyhydric alcohol Obtained polyhydric alcohol complex compound of boric acid; inorganic acids such as phosphoric acid, carbonic acid, silicic acid, etc. as anion components, primary amines (methylamine, ethylamine, propylamine, butylamine, ethylenediamine, etc.), secondary amines (dimethyl amine, diethylamine, dipropylamine, methylethylamine, diphenylamine, etc.), tertiary amines (trimethylamine, triethylamine, tripropylamine, triphenylamine, 1,8-diazabicyclo(5,4,0)-undecene-7, etc.), Electrolytes containing tetraalkylammonium (tetramethylammonium, tetraethylammonium, tetrapropylammonium, tetrabutylammonium, methyltriethylammonium, dimethyldiethylammonium, etc.) as cationic components;
本態様のキャパシタは、上記の構成に限らず、誘電体層と陰極との間に、セパレータが設けられていてもよい。誘電体層と陰極との間にセパレータが設けられたキャパシタとしては、巻回型キャパシタが挙げられる。
セパレータとしては、例えば、セルロース、ポリビニルアルコール、ポリエステル、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリイミド、ポリアミド、ポリフッ化ビニリデンなどからなるシート(不織布を含む)、ガラス繊維の不織布などが挙げられる。
セパレータの密度は、例えば0.1g/cm3以上1.0g/cm3以下が挙げられる。
セパレータを設ける場合には、セパレータにカーボンペーストあるいは銀ペーストを含浸させて陰極を形成する方法を適用することもできる。
The capacitor of this aspect is not limited to the above structure, and a separator may be provided between the dielectric layer and the cathode. A wound type capacitor is an example of a capacitor provided with a separator between a dielectric layer and a cathode.
Examples of separators include sheets (including nonwoven fabrics) made of cellulose, polyvinyl alcohol, polyester, polyethylene, polystyrene, polypropylene, polyimide, polyamide, polyvinylidene fluoride, etc., and nonwoven fabrics of glass fibers.
The density of the separator is, for example, 0.1 g/cm 3 or more and 1.0 g/cm 3 or less.
When a separator is provided, a method of forming a cathode by impregnating the separator with carbon paste or silver paste can also be applied.
《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。
[Film formation process]
In this step, the
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。
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。
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。
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.
After drying, the capacitor may be assembled by a conventional method.
<導電性高分子分散液>
本態様の成膜工程で用いる導電性高分子分散液は、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、アルキルスルホン酸と、前記導電性複合体を分散させる分散媒と、を含む。
<Conductive polymer dispersion>
The conductive polymer dispersion used in the film-forming step of this embodiment comprises a conductive composite containing a π-conjugated conductive polymer and a polyanion, an alkylsulfonic acid, a dispersion medium for dispersing the conductive composite, including.
前記導電性高分子分散液に含有される導電性複合体及びアルキルスルホン酸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。
前記導電性高分子分散液において、アルキルスルホン酸はπ共役系導電性高分子に結合して導電性複合体に含まれていることが好ましい。
前記導電性高分子分散液には、第一態様で説明した塩基性化合物及びポリオール化合物のうち少なくとも一方が含まれていてもよい。
The description of the conductive complex and alkylsulfonic acid contained in the conductive polymer dispersion is the same as the description of the first embodiment, so redundant description is omitted.
In the conductive polymer dispersion, the alkylsulfonic acid is preferably bound to the π-conjugated conductive polymer and contained in the conductive composite.
The conductive polymer dispersion may contain at least one of the basic compound and the polyol compound described in the first aspect.
前記導電性高分子分散液に含まれ得る各成分(π共役系導電性高分子、ポリアニオン、アルキルスルホン酸、塩基性化合物、ポリオール化合物)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。 Each component (π-conjugated conductive polymer, polyanion, alkylsulfonic acid, basic compound, polyol compound) that can be contained in the conductive polymer dispersion may be of one type, or two or more types. may be
(分散媒)
前記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。導電性複合体はポリアニオンに由来する余剰のアニオン基を有し、水に対する分散性が高いので、水系分散媒が好ましい。ここで、水系分散媒は、水、又は水と水溶性有機溶剤との混合液である。水溶性有機溶剤は、20℃の水100gに対する溶解量が1g以上の有機溶剤であり、例えば、アルコール系溶剤、ケトン系溶剤、エステル系溶剤が挙げられる。水系分散媒に含まれる水溶性有機溶剤は1種でもよいし、2種以上でもよい。
(dispersion medium)
The dispersion medium that constitutes the conductive polymer dispersion is not particularly limited as long as it is a liquid that can disperse the conductive composite, and examples thereof include water, an organic solvent, or a mixture of water and an organic solvent. mentioned. An aqueous dispersion medium is preferred because the conductive composite has surplus anionic groups derived from polyanions and is highly dispersible in water. Here, the aqueous dispersion medium is water or a mixture of water and a water-soluble organic solvent. The water-soluble organic solvent is an organic solvent having a solubility of 1 g or more in 100 g of water at 20° C. Examples thereof include alcohol-based solvents, ketone-based solvents, and ester-based solvents. The number of water-soluble organic solvents contained in the aqueous dispersion medium may be one, or two or more.
水系分散媒の総質量に対する水の含有量は、50質量%以上であり、60質量%以上であることが好ましく、80質量%以上であることがより好ましく、100質量%であってもよい。 The water content relative to the total mass of the aqueous dispersion medium is 50% by mass or more, preferably 60% by mass or more, more preferably 80% by mass or more, and may be 100% by mass.
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。
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。
Examples of alcohol solvents include methanol, ethanol, isopropanol, n-butanol, t-butanol, allyl alcohol and the like.
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.
前記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合計の含有量(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、0.3質量%以上5質量%以下がより好ましく、0.5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つつ、キャパシタのESRを充分に低減することができる。
The total 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, 0.1% by mass or more and 10% by mass or less. , more preferably 0.3% by mass or more and 5% by mass or less, and even more preferably 0.5% by mass or more and 2% by mass or less.
Within the above preferred range, it is possible to sufficiently reduce the ESR of the capacitor while further enhancing the dispersibility of the conductive composite in the conductive polymer dispersion.
前記導電性高分子分散液に含まれるアルキルスルホン酸の含有量は、π共役系導電性高分子100質量部に対して、10質量部以上10000質量部以下が好ましく、50質量部以上1000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。
上記の好適な範囲であるとキャパシタのESRをより低減することができる。
The content of the alkylsulfonic acid contained in the conductive polymer dispersion is preferably 10 parts by mass or more and 10000 parts by mass or less, and 50 parts by mass or more and 1000 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the π-conjugated conductive polymer. The following are more preferable, and 100 parts by mass or more and 500 parts by mass or less are even more preferable.
Within the above preferable range, the ESR of the capacitor can be further reduced.
前記導電性高分子分散液に含まれる塩基性化合物の含有量は、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、例えば、1質量部以上1000質量部以下が好ましく、5質量部以上100質量部以下がより好ましく、10質量部以上50質量部以下がさらに好ましい。
上記の好適な範囲であると、キャパシタのESRをより低減することができる。
The content of the basic compound contained in the conductive polymer dispersion is, for example, 1 mass with respect to 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). 1000 parts by mass or less is preferable, 5 parts by mass or more and 100 parts by mass or less is more preferable, and 10 parts by mass or more and 50 parts by mass or less is even more preferable.
Within the above preferable range, the ESR of the capacitor can be further reduced.
前記導電性高分子分散液に含まれる塩基性化合物の含有量は、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。
上記の好適な範囲であると、キャパシタのESRをより低減することができる。
The content of the basic compound 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, and 2.0 to 8.0. A content of 5.0 is more preferred, and a content of 2.0 to 3.0 is even more preferred.
Within the above preferable range, the ESR of the capacitor can be further reduced.
前記導電性高分子分散液に含まれるポリオール化合物の含有量は、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、例えば、100質量部以上10000質量部以下が好ましく、200質量部以上2000質量部以下がより好ましく、300質量部以上1000質量部以下がさらに好ましい。
上記の好適な範囲であると、キャパシタのESRをより低減することができる。
The content of the polyol compound contained in the conductive polymer dispersion is, for example, 100 parts by mass with respect to 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). 10000 mass parts or less is preferable, 200 mass parts or more and 2000 mass parts or less are more preferable, and 300 mass parts or more and 1000 mass parts or less are more preferable.
Within the above preferable range, the ESR of the capacitor can be further reduced.
前記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、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、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、前記アルキルスルホン酸、前記塩基性化合物、前記ポリオール化合物及び前記分散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. (that is, 100 parts by mass of the conductive composite), for example, 1 to 1000 parts by mass.
Here, the arbitrary additive is a compound other than the conductive composite, the alkylsulfonic acid, the basic compound, the polyol compound and the dispersion medium.
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. are mentioned.
<導電性高分子分散液の製造方法>
前記導電性高分子分散液は次の方法により製造することが好ましい。すなわち、アルキルスルホン酸と、ポリアニオンと、分散媒とを含む反応液で、π共役系導電性高分子を形成するモノマーを重合することにより、前記π共役系導電性高分子と前記ポリアニオンを含む導電性複合体と、前記アルキルスルホン酸と、前記分散媒とを含む導電性高分子分散液を得る工程(重合工程)を含む、製造方法である。
<Method for producing conductive polymer dispersion>
The conductive polymer dispersion is preferably produced by the following method. That is, by polymerizing a monomer forming a π-conjugated conductive polymer in a reaction solution containing an alkylsulfonic acid, a polyanion, and a dispersion medium, a conductive polymer containing the π-conjugated conductive polymer and the polyanion is polymerized. The manufacturing method includes a step (polymerization step) of obtaining a conductive polymer dispersion containing the complex, the alkylsulfonic acid, and the dispersion medium.
前記反応液における導電性複合体の合成は、前記反応液にアルキルスルホン酸が含まれること以外は、従来の導電性複合体の合成と同様にして行うことができる。 Synthesis of the conductive composite in the reaction solution can be carried out in the same manner as the conventional synthesis of the conductive composite, except that alkylsulfonic acid is contained in the reaction solution.
前記反応液に含まれる前記分散媒は、前記水系分散媒が好ましく、水がより好ましい。
前記分散媒が水を含むことにより、前記モノマーの重合反応が安定して進行し、得られた導電性複合体が分散媒中で安定に分散された状態で得られる。
The dispersion medium contained in the reaction liquid is preferably the aqueous dispersion medium, more preferably water.
Since the dispersion medium contains water, the polymerization reaction of the monomers proceeds stably, and the obtained conductive composite is obtained in a state of being stably dispersed in the dispersion medium.
前記モノマーを化学酸化することによって前記モノマー同士を重合させることができる。化学酸化重合は、公知の触媒及び酸化剤を用いて行うことができる。触媒としては、例えば、塩化第二鉄、硫酸第二鉄、硝酸第二鉄、塩化第二銅等の遷移金属化合物等が挙げられる。酸化剤としては、例えば、過硫酸アンモニウム、過硫酸ナトリウム、過硫酸カリウム等の過硫酸塩が挙げられる。 The monomers can be polymerized by chemically oxidizing the monomers. Chemical oxidative polymerization can be carried out using known catalysts and oxidizing agents. Examples of catalysts include transition metal compounds such as ferric chloride, ferric sulfate, ferric nitrate, and cupric chloride. Examples of the oxidizing agent include persulfates such as ammonium persulfate, sodium persulfate and potassium persulfate.
前記反応液の総質量に対するアルキルスルホン酸の含有量としては、例えば、0.01質量%以上5質量%以下が好ましく、0.1質量%以上2質量%以下がより好ましく、0.3質量%以上1質量%以下がさらに好ましい。
上記の好適な範囲であると、目的の導電性高分子分散液において、導電性複合体とアルキルスルホン酸の含有比を、前述した好適な範囲に調整することが容易となる。
The content of the alkylsulfonic acid relative to the total mass of the reaction solution is, for example, preferably 0.01% by mass or more and 5% by mass or less, more preferably 0.1% by mass or more and 2% by mass or less, and 0.3% by mass. Above 1% by mass or less is more preferable.
Within the above preferable range, it becomes easy to adjust the content ratio of the conductive composite and the alkylsulfonic acid in the target conductive polymer dispersion to the above-described preferable range.
重合反応開始直前の前記反応液の総質量に対する前記モノマーの含有量は、例えば、0.01質量%以上5質量%以下が好ましく、0.1質量%以上2質量%以下がより好ましく、0.3質量%以上1質量%以下がさらに好ましい。
重合反応開始直前の前記反応液の総質量に対する前記ポリアニオンの含有量は、例えば、0.02質量%以上10質量%以下が好ましく、0.3質量%以上5質量%以下がより好ましく、1質量%以上3質量%以下がさらに好ましい。
上記の好適な範囲とすることにより、導電性複合体の濃度を前述した好適な含有量とした導電性高分子分散液が容易に得られる。
The content of the monomer with respect to the total mass of the reaction solution immediately before the start of the polymerization reaction is, for example, preferably 0.01% by mass or more and 5% by mass or less, more preferably 0.1% by mass or more and 2% by mass or less, and 0.1% by mass or more. 3 mass % or more and 1 mass % or less is more preferable.
The content of the polyanion with respect to the total mass of the reaction solution immediately before the start of the polymerization reaction is, for example, preferably 0.02% by mass or more and 10% by mass or less, more preferably 0.3% by mass or more and 5% by mass or less, and 1% by mass. % or more and 3 mass % or less is more preferable.
By setting the concentration within the above preferred range, a conductive polymer dispersion having the concentration of the conductive composite in the preferred content described above can be easily obtained.
重合反応により形成する導電性複合体において、前記π共役系導電性高分子と前記ポリアニオンの含有割合を、前述した好適な割合にする観点から、重合反応開始直前における前記反応液に含まれる前記モノマーと前記ポリアニオンの含有割合は、前記モノマー100質量部に対して1質量部以上1000質量部以下の範囲が好ましく、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質量部以下の範囲がさらに好ましい。 In the conductive composite formed by the polymerization reaction, from the viewpoint of adjusting the content ratio of the π-conjugated conductive polymer and the polyanion to the above-mentioned suitable ratio, the monomer contained in the reaction solution immediately before the polymerization reaction is started. The content ratio of the polyanion is preferably 1 part by mass or more and 1000 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the monomer, more preferably 10 parts by mass or more and 700 parts by mass or less, and 100 parts by mass or more and 500 parts by mass or less. Ranges are more preferred.
前記モノマーの化学酸化重合によりπ共役系導電性高分子を合成することにより、目的の導電性高分子分散液を得ることができる。 A target conductive polymer dispersion can be obtained by synthesizing a π-conjugated conductive polymer by chemical oxidation polymerization of the monomers.
前記反応液に添加した触媒及び酸化剤を、前記モノマーの化学酸化重合の後で、導電性高分子分散液から除去することが好ましい。
除去する方法としては、例えば、イオン交換樹脂に導電性高分子分散液を接触させ、触媒及び酸化剤をイオン交換樹脂に吸着させる方法、導電性高分子分散液を限外ろ過することにより分散媒の置換とともに除去する方法等が挙げられる。このうち、イオン交換樹脂を使用する方法が簡便であるため好ましい。前記イオン交換樹脂は、陽イオン交換樹脂及び陰イオン交換樹脂を併用することが好ましい。
It is preferable to remove the catalyst and oxidizing agent added to the reaction solution from the conductive polymer dispersion after the chemical oxidative polymerization of the monomer.
As a method for removing, for example, a method of contacting the conductive polymer dispersion with an ion exchange resin to adsorb the catalyst and the oxidizing agent to the ion exchange resin, a method of ultrafiltrating the conductive polymer dispersion to remove the dispersion medium A method of removing with replacement of is mentioned. Among these, the method of using an ion exchange resin is preferable because it is simple. The ion exchange resin is preferably a combination of a cation exchange resin and an anion exchange resin.
本態様のキャパシタの製造方法に使用する導電性高分子分散液は、他の方法で得ることもできる。例えば、市販の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の分散液に対して、アルキルスルホン酸を適量添加する方法が挙げられる。しかし、既に導電性複合体が完成した状態でアルキルスルホン酸を添加しても、アルキルスルホン酸がπ共役系導電性高分子に対して結合し難いことがある。
一方、上述の方法で製造すると、π共役系導電性高分子の化学酸化重合時にアルキルスルホン酸が存在するので、アルキルスルホン酸がポリアニオンとともにπ共役系導電性高分子に結合し易くなる。この結果、キャパシタのESRをより低減することが可能な導電性高分子分散液が確実に得られる。
The conductive polymer dispersion used in the capacitor manufacturing method of this embodiment can also be obtained by other methods. For example, there is a method of adding an appropriate amount of alkylsulfonic acid to a conductive composite dispersion containing a commercially available π-conjugated conductive polymer and a polyanion. However, even if the alkylsulfonic acid is added in a state where the conductive composite is already completed, the alkylsulfonic acid may be difficult to bond to the π-conjugated conductive polymer.
On the other hand, when produced by the above-described method, alkylsulfonic acid is present during the chemical oxidation polymerization of the π-conjugated conductive polymer, so the alkylsulfonic acid and the polyanion are easily bound to the π-conjugated conductive polymer. As a result, it is possible to reliably obtain a conductive polymer dispersion capable of further reducing the ESR of the capacitor.
以上で得られた導電性高分子分散液に、さらに塩基性化合物、ポリオール化合物、任意の添加剤等を添加することができる。 A basic compound, a polyol compound, an optional additive, and the like can be further added to the conductive polymer dispersion obtained above.
(製造例1)ポリスチレンスルホン酸の製造
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。
得られたポリ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、得られたポリスチレンスルホン酸含有溶液の約1000mlの溶媒を限外ろ過法により除去した。次いで、残液に2000mlのイオン交換水を加え、限外ろ過法により約2000mlの溶媒を除去して、ポリスチレンスルホン酸を水洗した。この水洗操作を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) Production of polystyrene sulfonic acid 206 g of sodium styrene sulfonate was dissolved in 1000 ml of ion-exchanged water, and 1.14 g of an ammonium persulfate oxidizing agent solution previously dissolved in 10 ml of water was added while stirring at 80°C. After adding dropwise for 20 minutes, the solution was stirred for 12 hours.
1000 ml of sulfuric acid diluted to 10% by mass was added to the resulting sodium polystyrenesulfonate-containing solution, and about 1000 ml of the solvent in the obtained polystyrenesulfonic acid-containing solution was removed by ultrafiltration. Next, 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 washing 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)キャパシタ用素子の作成
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 2) Production of Capacitor Element After connecting an anode lead terminal to an etched aluminum foil (anode foil), a voltage of 130 V was applied in a 10% by mass ammonium adipate aqueous solution to chemically (oxidize) the foil. , dielectric layers were formed on both sides of an aluminum foil 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.
(実施例1)
0.5gの3,4-エチレンジオキシチオフェンと、1.5gのポリスチレンスルホン酸を15.0gのイオン交換水に溶かした溶液を20℃で混合した。次に、メタンスルホン酸の10質量%水溶液5gと、イオン交換水84.5gを添加した。
得られた混合溶液を20℃に保ち、掻き混ぜながら、0.03gの硫酸第二鉄を4.97gのイオン交換水に溶かした触媒溶液と、1.1gの過硫酸アンモニウムを8.9gのイオン交換水に溶かした酸化剤溶液とをゆっくり添加し、得られた反応液を24時間攪拌して反応させた。
上記反応により、π共役系導電性高分子であるポリ(3,4-エチレンジオキシチオフェン)及びポリスチレンスルホン酸を含む導電性複合体(PEDOT-PSS)と、前記π共役系導電性高分子に結合したメタンスルホン酸と、分散媒である水とを含む導電性高分子分散液を得た。
この導電性高分子分散液にデュオライトC255LFH(住化ケムテックス社製、陽イオン交換樹脂)13.2gとデュオライトA368S(住化ケムテックス社製、陰イオン交換樹脂)13.2gを加え、濾過してイオン交換樹脂を除き、前記酸化剤及び前記触媒が除去された導電性高分子分散液を得た。
(Example 1)
A solution of 0.5 g of 3,4-ethylenedioxythiophene and 1.5 g of polystyrenesulfonic acid dissolved in 15.0 g of deionized water was mixed at 20°C. Next, 5 g of a 10 mass % aqueous solution of methanesulfonic acid and 84.5 g of ion-exchanged water were added.
The resulting mixed solution was kept at 20° C. and stirred while adding a catalyst solution of 0.03 g of ferric sulfate dissolved in 4.97 g of ion-exchanged water and 1.1 g of ammonium persulfate to 8.9 g of ions. A solution of an oxidizing agent dissolved in exchanged water was slowly added, and the resulting reaction solution was stirred for 24 hours to react.
By the above reaction, a conductive composite (PEDOT-PSS) containing poly(3,4-ethylenedioxythiophene), which is a π-conjugated conductive polymer, and polystyrene sulfonic acid, and the π-conjugated conductive polymer A conductive polymer dispersion containing bound methanesulfonic acid and water as a dispersion medium was obtained.
13.2 g of Duolite C255LFH (manufactured by Sumika Chemtex Co., Ltd., cation exchange resin) and 13.2 g of Duolite A368S (manufactured by Sumika Chemtex Co., Ltd., anion exchange resin) were added to this conductive polymer dispersion and filtered. Then, the ion exchange resin was removed, and a conductive polymer dispersion liquid from which the oxidizing agent and the catalyst were removed was obtained.
次に、得られた導電性高分子分散液からエバポレーターを用いて水を減圧留去し固形分を1.6質量%とした。得られた導電性高分子分散液100gに、イミダゾールを添加してpHを2.5に調整し、ジエチレングリコール8gを添加し、固形分を1.635質量%とした。得られた導電性高分子分散液の固形分(不揮発成分)の質量とpHを測定した結果を表1に示す。
続いて、製造例2で得たキャパシタ用素子を上記の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。
最後に、アルミニウム製のケースに、上記の固体電解質層が形成されたキャパシタ用素子を装填し、封口ゴムで封止して、キャパシタを作製した。
Next, water was distilled off from the resulting conductive polymer dispersion using an evaporator under reduced pressure to make the solid content 1.6% by mass. Imidazole was added to 100 g of the resulting conductive polymer dispersion to adjust the pH to 2.5, and 8 g of diethylene glycol was added to adjust the solid content to 1.635% by mass. Table 1 shows the results of measuring the mass and pH of the solid content (non-volatile component) of the obtained conductive polymer dispersion.
Subsequently, the capacitor element obtained in Production Example 2 was immersed in the conductive polymer dispersion under reduced pressure, and then dried for 30 minutes in a hot air dryer at 125°C to form a conductive film on the surface of the dielectric layer. A solid electrolyte layer containing the composite was formed.
Finally, the capacitor element having the solid electrolyte layer formed thereon was placed in an aluminum case and sealed with a sealing rubber to produce a capacitor.
(実施例2)
メタンスルホン酸水溶液(濃度10質量%)の添加量を5gから10gに変更し、イオン交換水の添加量を84.5gから79.5gに変更した以外は、実施例1と同様にして導電性高分子分散液を得て、キャパシタを作製した。
(Example 2)
Conductivity was obtained in the same manner as in Example 1, except that the amount of methanesulfonic acid aqueous solution (
(実施例3)
メタンスルホン酸水溶液(濃度10質量%)の添加量を5gから15gに変更し、イオン交換水の添加量を84.5gから74.5gに変更した以外は、実施例1と同様にして導電性高分子分散液を得て、キャパシタを作製した。
(Example 3)
Conductivity was obtained in the same manner as in Example 1, except that the amount of methanesulfonic acid aqueous solution (concentration: 10% by mass) added was changed from 5 g to 15 g, and the amount of ion-exchanged water added was changed from 84.5 g to 74.5 g. A polymer dispersion was obtained and a capacitor was produced.
(実施例4)
メタンスルホン酸水溶液(濃度10質量%)5gの代わりに、エタンスルホン酸水溶液(濃度10質量%)5gを添加した以外は、実施例1と同様にして導電性高分子分散液を得て、キャパシタを作製した。
ここで得た導電性高分子分散液は、PEDOT-PSSと、PEDOTに結合したエタンスルホン酸と、を含む。得られた導電性高分子分散液の固形分とpHを測定した結果を表1に示す。
(Example 4)
A conductive polymer dispersion was obtained in the same manner as in Example 1, except that 5 g of an ethanesulfonic acid aqueous solution (concentration: 10% by mass) was added instead of 5 g of the methanesulfonic acid aqueous solution (concentration: 10% by mass). was made.
The conductive polymer dispersion obtained here contains PEDOT-PSS and ethanesulfonic acid bonded to PEDOT. Table 1 shows the results of measuring the solid content and pH of the resulting conductive polymer dispersion.
(実施例5)
エタンスルホン酸水溶液(濃度10質量%)の添加量を5gから10gに変更し、イオン交換水の添加量を84.5gから79.5gに変更した以外は、実施例4と同様にして導電性高分子分散液を得て、キャパシタを作製した。
(Example 5)
Conductivity was obtained in the same manner as in Example 4, except that the amount of ethanesulfonic acid aqueous solution (
(実施例6)
エタンスルホン酸水溶液(濃度10質量%)の添加量を5gから15gに変更し、イオン交換水の添加量を84.5gから74.5gに変更した以外は、実施例4と同様にして導電性高分子分散液を得て、キャパシタを作製した。
(Example 6)
Conductivity was obtained in the same manner as in Example 4, except that the amount of ethanesulfonic acid aqueous solution (
(比較例1)
メタンスルホン酸水溶液5gを添加せず、イオン交換水の添加量を84.5gから89.5gに変更した以外は、実施例1と同様にして導電性高分子分散液を得て、キャパシタを作製した。
(Comparative example 1)
A conductive polymer dispersion was obtained in the same manner as in Example 1, except that 5 g of the methanesulfonic acid aqueous solution was not added, and the amount of ion-exchanged water added was changed from 84.5 g to 89.5 g, and a capacitor was produced. bottom.
(比較例2)
メタンスルホン酸水溶液(濃度10質量%)5gの代わりに、硫酸水溶液(濃度10質量%)5gを添加した以外は、実施例1と同様にして導電性高分子分散液を得て、キャパシタを作製した。
(Comparative example 2)
A conductive polymer dispersion was obtained in the same manner as in Example 1, except that 5 g of an aqueous sulfuric acid solution (10% by mass concentration) was added instead of 5 g of an aqueous methanesulfonic acid solution (10% by mass concentration), and a capacitor was produced. bottom.
(比較例3)
硫酸水溶液(濃度10質量%)の添加量を5gから10gに変更し、イオン交換水の添加量を84.5gから79.5gに変更した以外は、比較例2と同様にして導電性高分子分散液を得て、キャパシタを作製した。
(Comparative Example 3)
A conductive polymer was prepared in the same manner as in Comparative Example 2, except that the amount of sulfuric acid aqueous solution (
(比較例4)
硫酸水溶液(濃度10質量%)の添加量を5gから15gに変更し、イオン交換水の添加量を84.5gから74.5gに変更した以外は、比較例2と同様にして導電性高分子分散液を得て、キャパシタを作製した。
(Comparative Example 4)
A conductive polymer was prepared in the same manner as in Comparative Example 2, except that the amount of sulfuric acid aqueous solution (
(比較例5)
メタンスルホン酸水溶液(濃度10質量%)5gの代わりに、パラトルエンスルホン酸水溶液(濃度10質量%)5gを添加した以外は、実施例1と同様にして導電性高分子分散液を得て、キャパシタを作製した。
(Comparative Example 5)
A conductive polymer dispersion was obtained in the same manner as in Example 1, except that 5 g of an aqueous p-toluenesulfonic acid solution (10% by mass concentration) was added instead of 5 g of an aqueous methanesulfonic acid solution (10% by mass concentration). A capacitor was fabricated.
(比較例6)
パラトルエンスルホン酸水溶液(濃度10質量%)の添加量を5gから10gに変更し、イオン交換水の添加量を84.5gから79.5gに変更した以外は、比較例5と同様にして導電性高分子分散液を得て、キャパシタを作製した。
(Comparative Example 6)
Conductivity was performed in the same manner as in Comparative Example 5, except that the amount of paratoluenesulfonic acid aqueous solution (
(比較例7)
パラトルエンスルホン酸水溶液(濃度10質量%)の添加量を5gから15gに変更し、イオン交換水の添加量を84.5gから74.5gに変更した以外は、比較例5と同様にして導電性高分子分散液を得て、キャパシタを作製した。
(Comparative Example 7)
Conductivity was carried out in the same manner as in Comparative Example 5, except that the amount of paratoluenesulfonic acid aqueous solution (
(比較例8)
実施例3においてポリスチレンスルホン酸を添加しなかったこと以外は、実施例3と同様にして反応を行ったが、π共役系導電性高分子(PEDOT)と考えられる青色の固体が析出し、イオン交換樹脂と共に青色の固体がすべてろ取されたため、中止した。
(Comparative Example 8)
The reaction was carried out in the same manner as in Example 3, except that polystyrene sulfonic acid was not added in Example 3, but a blue solid believed to be a π-conjugated conductive polymer (PEDOT) was precipitated, and ions Stopped because all the blue solid was filtered off along with the exchange resin.
(比較例9)
実施例6においてポリスチレンスルホン酸を添加しなかったこと以外は、実施例6と同様にして反応を行ったが、π共役系導電性高分子(PEDOT)と考えられる青色の固体が析出し、イオン交換樹脂と共に青色の固体がすべてろ取されたため、中止した。
(Comparative Example 9)
The reaction was carried out in the same manner as in Example 6 except that polystyrene sulfonic acid was not added in Example 6, but a blue solid believed to be a π-conjugated conductive polymer (PEDOT) was precipitated, and ions Stopped because all the blue solid was filtered off along with the exchange resin.
[pHの測定]
各例で調製した導電性高分子分散液について、市販のpHメータを用いて常法により、温度25℃でのpHを測定した。
[Measurement of pH]
The pH of the conductive polymer dispersion prepared in each example was measured at a temperature of 25° C. by a conventional method using a commercially available pH meter.
<評価>
[静電容量・等価直列抵抗]
各例の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(C)、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1に示す。
<Evaluation>
[Capacitance/Equivalent series resistance]
For the capacitor of each example, the capacitance (C) at 120 Hz and the equivalent series resistance (ESR) at 100 kHz were measured using an LCR meter ZM2376 (manufactured by NF Circuit Design Block Co., Ltd.). Table 1 shows the measurement results.
アルキルスルホン酸が結合した導電性複合体を有する各実施例のキャパシタは、比較例のキャパシタと比べて、静電容量が同等以上であり、等価直列抵抗が顕著に減少した。 The capacitors of each example having a conductive composite to which alkylsulfonic acid was bound had a capacitance equal to or greater than that of the capacitors of the comparative examples, and their equivalent series resistances were significantly reduced.
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、アルキルスルホン酸を含有する、キャパシタ。 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 a side of the dielectric layer opposite to the anode; and the dielectric layer. and a solid electrolyte layer formed between the cathodes,
A capacitor, wherein the solid electrolyte layer contains a conductive composite containing a π-conjugated conductive polymer and a polyanion, and an alkylsulfonic acid.
前記導電性高分子分散液は、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、アルキルスルホン酸と、前記導電性複合体を分散させる分散媒と、を含む、キャパシタの製造方法。 A method for producing a capacitor, comprising a step of applying a conductive polymer dispersion to the surface of a dielectric layer formed on the surface of an anode made of a porous material of a valve metal and drying it to form a solid electrolyte layer. There is
A method for producing a capacitor, wherein the conductive polymer dispersion contains a conductive composite containing a π-conjugated conductive polymer and a polyanion, an alkylsulfonic acid, and a dispersion medium in which the conductive composite is dispersed. .
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