JP2023101233A - キャパシタ及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】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。【解決手段】弁金属の多孔質体からなる陽極(11)と、前記弁金属の酸化物からなる誘電体層(12)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(13)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(14)とを具備し、前記固体電解質層は、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を含有し、前記固体電解質層は、特定の塗料組成物の硬化物によって形成されたものであり、前記塗料組成物は、前記導電性複合体と分散媒とからなる特定の導電性高分子分散液を含む、キャパシタ(10)。【選択図】図1
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。
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)。
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。
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。
[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するキャパシタであって、前記固体電解質層は、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を含有し、前記固体電解質層は、塗料組成物の硬化物によって形成されたものであり、前記塗料組成物は、前記導電性複合体と分散媒とからなる導電性高分子分散液を含み、前記導電性高分子分散液は、前記導電性複合体が1.0質量%で含有されたときに25℃において26cp以下の粘度を示し、前記導電性高分子分散液は、前記導電性高分子分散液:プロピレングリコール:メタノール=95:5:200の質量比で混合された混合液を構成したとき、前記混合液が厚さ17.5μm以上18.4μm以下で塗布された塗膜の硬化物の表面抵抗値が1590Ω/□以下となるものである、キャパシタ。
[2] 前記塗料組成物が、塩基性化合物をさらに含有する、[1]に記載のキャパシタ。
[3] 前記塩基性化合物が窒素含有芳香族化合物である、[2]に記載のキャパシタ。
[4] 前記塗料組成物が、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]~[3]の何れか一項に記載のキャパシタ。
[5] 前記ポリオール化合物がジエチレングリコールである、[4]に記載のキャパシタ。
[6] 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、[1]~[5]の何れか一項に記載のキャパシタ。
[7] 前記ポリアニオンがポリスチレンスルホン酸である、[1]~[6]の何れか一項に記載のキャパシタ。
[8] 前記導電性高分子分散液を構成する前記分散媒が水である、[1]~[7]の何れか一項に記載のキャパシタ。
[9] 前記塗料組成物の総質量に対する前記π共役系導電性高分子及び前記ポリアニオンの含有量が、1.0質量%以上2.0質量%以下である、[1]~[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]~[9]の何れか一項に記載の塗料組成物を塗布し、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。
[2] 前記塗料組成物が、塩基性化合物をさらに含有する、[1]に記載のキャパシタ。
[3] 前記塩基性化合物が窒素含有芳香族化合物である、[2]に記載のキャパシタ。
[4] 前記塗料組成物が、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]~[3]の何れか一項に記載のキャパシタ。
[5] 前記ポリオール化合物がジエチレングリコールである、[4]に記載のキャパシタ。
[6] 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、[1]~[5]の何れか一項に記載のキャパシタ。
[7] 前記ポリアニオンがポリスチレンスルホン酸である、[1]~[6]の何れか一項に記載のキャパシタ。
[8] 前記導電性高分子分散液を構成する前記分散媒が水である、[1]~[7]の何れか一項に記載のキャパシタ。
[9] 前記塗料組成物の総質量に対する前記π共役系導電性高分子及び前記ポリアニオンの含有量が、1.0質量%以上2.0質量%以下である、[1]~[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]~[9]の何れか一項に記載の塗料組成物を塗布し、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。
本発明のキャパシタは、固体電解質層が特定の塗料組成物の硬化物であることによって、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。
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。
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。
《キャパシタ》
本発明の第一態様はキャパシタである。その実施形態の一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。
本発明の第一態様はキャパシタである。その実施形態の一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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
<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。
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。
(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。
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。
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。
(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。
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。
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。
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。
<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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
<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、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。
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、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。
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。
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。
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。
[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。
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。
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。
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。
<塗料組成物>
本態様のキャパシタが備える固体電解質層は、塗料組成物の硬化物によって形成されている。前記塗料組成物は、前記導電性複合体と分散媒とからなる導電性高分子分散液を含む。前記塗料組成物は前記導電性複合体と前記分散媒以外の任意成分を含んでいてもよい。
本態様のキャパシタが備える固体電解質層は、塗料組成物の硬化物によって形成されている。前記塗料組成物は、前記導電性複合体と分散媒とからなる導電性高分子分散液を含む。前記塗料組成物は前記導電性複合体と前記分散媒以外の任意成分を含んでいてもよい。
[導電性高分子分散液]
前記塗料組成物に含まれる前記導電性高分子分散液は、前記導電性複合体(すなわちπ共役系導電性高分子及びポリアニオン)が1.0質量%(すなわち0.95質量%以上1.04質量%以下)で含有されたときに25℃において26cp以下の粘度を示す。
ここで、導電性高分子分散液の粘度は塗料組成物を構成する前の導電性高分子分散液を単独で測定したときの粘度である。粘度が26cP以下であると、誘電体層に対する密着性が高く、接触抵抗が低減された固体電解質層を形成することができる。
前記粘度の下限値は特に制限されず、目安として1cP以上が挙げられる。
前記粘度は、音叉振動式粘度計を用い、JIS Z8803:2011(振動粘度計による粘度測定法)に準拠して、25℃で測定された値である。
前記塗料組成物に含まれる前記導電性高分子分散液は、前記導電性複合体(すなわちπ共役系導電性高分子及びポリアニオン)が1.0質量%(すなわち0.95質量%以上1.04質量%以下)で含有されたときに25℃において26cp以下の粘度を示す。
ここで、導電性高分子分散液の粘度は塗料組成物を構成する前の導電性高分子分散液を単独で測定したときの粘度である。粘度が26cP以下であると、誘電体層に対する密着性が高く、接触抵抗が低減された固体電解質層を形成することができる。
前記粘度の下限値は特に制限されず、目安として1cP以上が挙げられる。
前記粘度は、音叉振動式粘度計を用い、JIS Z8803:2011(振動粘度計による粘度測定法)に準拠して、25℃で測定された値である。
前記塗料組成物の総質量に対する前記導電性高分子分散液の含有割合は、80質量%以上100質量%以下が好ましく、85質量%以上99質量%以下がより好ましく、90質量%以上98質量%以下がさらに好ましい。
上記好適な範囲であると、前記塗料組成物から形成される固体電解質層を有するキャパシタのESRをより低減することができる。
上記好適な範囲であると、前記塗料組成物から形成される固体電解質層を有するキャパシタのESRをより低減することができる。
前記塗料組成物の前記導電性高分子分散液が含む前記分散媒の含有量は、前記導電性高分子分散液の総質量に対して、95.0質量%以上99.9質量%以下が好ましく、97.5質量%以上99.5質量%以下がより好ましく、98.0質量%以上99.0質量%以下がさらに好ましい。
上記好適な範囲であると、前記塗料組成物から形成される固体電解質層を有するキャパシタのESRをより低減することができる。
上記好適な範囲であると、前記塗料組成物から形成される固体電解質層を有するキャパシタのESRをより低減することができる。
前記塗料組成物の前記導電性高分子分散液が含む前記導電性複合体(すなわちπ共役系導電性高分子及びポリアニオン)の含有量は、前記導電性高分子分散液の総質量に対して、0.1質量%以上5.0質量%以下が好ましく、0.5質量%以上2.5質量%以下がより好ましく、1.0質量%以上2.0質量%以下がさらに好ましい。
上記好適な範囲であると、前記塗料組成物から形成される固体電解質層を有するキャパシタのESRをより低減することができる。
上記好適な範囲であると、前記塗料組成物から形成される固体電解質層を有するキャパシタのESRをより低減することができる。
前記塗料組成物が含む前記導電性複合体(すなわちπ共役系導電性高分子及びポリアニオン)の含有量は、前記導電性高分子分散液の総質量に対して、0.1質量%以上5.0質量%以下が好ましく、0.5質量%以上2.5質量%以下がより好ましく、1.0質量%以上2.0質量%以下がさらに好ましい。
上記好適な範囲であると、前記塗料組成物から形成される固体電解質層を有するキャパシタのESRをより低減することができる。
上記好適な範囲であると、前記塗料組成物から形成される固体電解質層を有するキャパシタのESRをより低減することができる。
前記塗料組成物に含まれる前記導電性高分子分散液は、前記導電性複合体及び前記分散媒以外の任意成分を含んでもよいが、任意成分を含まないことが好ましい。
(分散媒)
前記塗料組成物に含まれる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。
前記塗料組成物に含まれる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。
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。
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。
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。
前記塗料組成物を構成する前記導電性高分子分散液(導電性複合体濃度1.0質量%、26cP以下の粘度)は、前記塗料組成物とは独立に、別途、導電性高分子分散液:プロピレングリコール:メタノール=95:5:200の質量比で混合された混合液を構成したとき、前記混合液が厚さ17.5μm以上18.4μm以下で塗布された塗膜の硬化物の表面抵抗値が1590Ω/□以下となるものである。ここで、塗膜は任意の絶縁性基材の表面に形成されたものである。絶縁性基材としては例えばPETフィルムが挙げられる。混合液をバーコーター(例えば#8~12)で塗布することにより、厚さ18μmの塗膜を形成することができる。塗膜を乾燥することにより、塗膜の硬化物が形成される。
前記表面抵抗値が1590Ω/□以下となる導電性高分子分散液をベースとする塗料組成物の硬化物によって形成された固体電解質層を有するキャパシタのESRは充分に低減する。
前記表面抵抗値が1590Ω/□以下となる導電性高分子分散液をベースとする塗料組成物の硬化物によって形成された固体電解質層を有するキャパシタのESRは充分に低減する。
(塩基性化合物)
前記塗料組成物は前述の塩基性化合物を含んでもよい。前記塗料組成物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。
前記塗料組成物は前述の塩基性化合物を含んでもよい。前記塗料組成物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。
前記塗料組成物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。
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。
(ポリオール化合物)
前記塗料組成物は前述のポリオール化合物を含んでもよい。前記塗料組成物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。
前記塗料組成物は前述のポリオール化合物を含んでもよい。前記塗料組成物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。
前記塗料組成物の総質量に対するポリオール化合物の含有量は、1質量%以上15質量%以下が好ましく、3質量%以上12質量%以下がより好ましく、5質量%以上9質量%以下がさらに好ましい。上記の好適な範囲であると、前記塗料組成物の塗工性が向上し、キャパシタのESRをより低減することができる。
(任意の添加剤)
前記塗料組成物は、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。
前記塗料組成物は、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。
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。
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。
<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、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。
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、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。
前記反応液における導電性複合体の合成は、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。
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。
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。
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。
重合反応開始直前の前記反応液の総質量に対する触媒の含有量としては、例えば、0.01質量%以上0.50質量%以下が挙げられる。触媒の濃度を低くすると、前記導電性高分子分散液(導電性複合体濃度1.0質量%、25℃)を前記所定の厚さで塗布した硬化物からなる導電層の表面抵抗値が低くなる傾向がある。
重合反応開始直前の前記反応液の総質量に対する酸化剤の含有量としては、例えば、0.1質量%以上、1.0質量%以下が挙げられる。酸化剤の濃度を低くすると、前記導電性高分子分散液(導電性複合体濃度1.0質量%、25℃)の粘度が低くなる傾向がある。
重合反応開始直前の前記反応液の総質量に対する酸化剤の含有量としては、例えば、0.1質量%以上、1.0質量%以下が挙げられる。酸化剤の濃度を低くすると、前記導電性高分子分散液(導電性複合体濃度1.0質量%、25℃)の粘度が低くなる傾向がある。
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。
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。
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。
重合反応に供する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。
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。
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。
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。
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により、前記塗料組成物が得られる。
《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、第一態様で説明した塗料組成物を塗布し、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。
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、第一態様で説明した塗料組成物を塗布し、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。
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。
[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。
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。
[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。
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。
[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前述の塗料組成物を塗布し、乾燥させることにより、固体電解質層14を形成する。
本工程は、誘電体層12の表面の少なくとも一部に前述の塗料組成物を塗布し、乾燥させることにより、固体電解質層14を形成する。
塗料組成物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を減圧下で塗料組成物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塗料組成物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。
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。
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。
(製造例1)ポリスチレンスルホン酸の製造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。
次に、得られたポリスチレンスルホン酸10gをイオン交換水90gに溶解して10質量%ポリスチレンスルホン酸水溶液を得た。
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。
次に、得られたポリスチレンスルホン酸10gをイオン交換水90gに溶解して10質量%ポリスチレンスルホン酸水溶液を得た。
ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)により、既知の重量平均分子量のプルランを標準物質として、上記で得たポリスチレンスルホン酸(PSS)の重量平均分子量(Mw)を測定した結果、重量平均分子量18万であった。
重量平均分子量の測定は、株式会社島津製作所製の高速液体クロマトグラフ装置Prominenceを使用し、溶媒として0.1%NaNO3水溶液を使用し、カラムとしてShodex OHpack SB-806M HQを使用し、検出器としてRID-20Aを使用し、溶媒温度40℃に設定し、流速0.6ml/minに設定し、試料中のPSS濃度0.1質量%にして、孔径0.2μmのメンブレンフィルターで濾過した試料100μlを注入し、解析ソフトウェアLab Solutions(島津製作所製)を使用して行った。
重量平均分子量の測定は、株式会社島津製作所製の高速液体クロマトグラフ装置Prominenceを使用し、溶媒として0.1%NaNO3水溶液を使用し、カラムとしてShodex OHpack SB-806M HQを使用し、検出器としてRID-20Aを使用し、溶媒温度40℃に設定し、流速0.6ml/minに設定し、試料中のPSS濃度0.1質量%にして、孔径0.2μmのメンブレンフィルターで濾過した試料100μlを注入し、解析ソフトウェアLab Solutions(島津製作所製)を使用して行った。
(製造例2)ポリスチレンスルホン酸の製造2
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0.38g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。
次に、得られたポリスチレンスルホン酸10gをイオン交換水90gに溶解して10質量%ポリスチレンスルホン酸水溶液を得た。
製造例1と同様にGPCを用いて測定した、上記で得たポリスチレンスルホン酸(PSS)の重量平均分子量は54万であった。
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0.38g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。
次に、得られたポリスチレンスルホン酸10gをイオン交換水90gに溶解して10質量%ポリスチレンスルホン酸水溶液を得た。
製造例1と同様にGPCを用いて測定した、上記で得たポリスチレンスルホン酸(PSS)の重量平均分子量は54万であった。
(製造例3)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40V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。
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40V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。
(実施例1)
3,4-エチレンジオキシチオフェン(EDOT)3.0gと、製造例1のポリスチレンスルホン酸水溶液(固形分10質量%)90gと、イオン交換水325gを20℃で混合した。
得られた混合溶液を20℃に保ち、掻き混ぜながら、硫酸第二鉄1.8gを添加した。次に、4.4gの過硫酸ナトリウムを295.6gのイオン交換水に溶かした溶液をゆっくり添加し、得られた反応液を8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、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)39g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)39g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710gの導電性高分子分散液Aを得て、不揮発成分を測定した。
3,4-エチレンジオキシチオフェン(EDOT)3.0gと、製造例1のポリスチレンスルホン酸水溶液(固形分10質量%)90gと、イオン交換水325gを20℃で混合した。
得られた混合溶液を20℃に保ち、掻き混ぜながら、硫酸第二鉄1.8gを添加した。次に、4.4gの過硫酸ナトリウムを295.6gのイオン交換水に溶かした溶液をゆっくり添加し、得られた反応液を8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、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)39g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)39g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710gの導電性高分子分散液Aを得て、不揮発成分を測定した。
次に、得られた導電性高分子分散液Aの一部を分取し、水を加えて、不揮発成分濃度1.0質量%に調整し、導電性高分子分散液Bを得た。導電性高分子分散液Bの粘度を25℃で測定したところ、25cPであった。さらに、95gの導電性高分子分散液Bと、プロピレングリコール5gと、メタノール200gとを混合した混合液を得た。この混合液を#8のバーコーターを用いてPETフィルム(東レ社製、ルミラーT60)上に厚さ18μmの塗膜を形成し、120℃で1分間乾燥し、導電層がPETフィルム表面に形成された導電性フィルムを得た。導電層の表面抵抗値を測定したところ、1033Ω/□であった。
一方、導電性高分子分散液Aからエバポレーターを用いて水を減圧留去し不揮発成分を1.6質量%とした。得られた導電性高分子分散液C(100g)に、イミダゾール(0.3 g)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、塗料組成物を得た。
次に、製造例3で得たキャパシタ用素子を上記の塗料組成物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。
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。
(実施例2)
「4.4gの過硫酸ナトリウムを295.6gのイオン交換水に溶かした溶液」を「2.2gの過硫酸ナトリウムを297.8gのイオン交換水に溶かした溶液」に変更したこと以外は、実施例1と同様にして導電性高分子分散液A~C及び塗料組成物得て、導電性フィルム及びキャパシタを作製した。各測定値は表1に併記する。
「4.4gの過硫酸ナトリウムを295.6gのイオン交換水に溶かした溶液」を「2.2gの過硫酸ナトリウムを297.8gのイオン交換水に溶かした溶液」に変更したこと以外は、実施例1と同様にして導電性高分子分散液A~C及び塗料組成物得て、導電性フィルム及びキャパシタを作製した。各測定値は表1に併記する。
(実施例3)
「硫酸第二鉄1.8g」を「硫酸第二鉄1.2g」に変更したこと以外は、実施例1と同様にして導電性高分子分散液A~C及び塗料組成物を得て、導電性フィルム及びキャパシタを作製した。各測定値は表1に併記する。
「硫酸第二鉄1.8g」を「硫酸第二鉄1.2g」に変更したこと以外は、実施例1と同様にして導電性高分子分散液A~C及び塗料組成物を得て、導電性フィルム及びキャパシタを作製した。各測定値は表1に併記する。
(実施例4)
「硫酸第二鉄1.8g」を「硫酸第二鉄1.2g」に変更し、かつ、「4.4gの過硫酸ナトリウムを295.6gのイオン交換水に溶かした溶液」を「2.2gの過硫酸ナトリウムを297.8gのイオン交換水に溶かした溶液」に変更したこと以外は実施例1と同様にして導電性高分子分散液A~C及び塗料組成物を得て、導電性フィルム及びキャパシタを作製した。各測定値は表1に併記する。
「硫酸第二鉄1.8g」を「硫酸第二鉄1.2g」に変更し、かつ、「4.4gの過硫酸ナトリウムを295.6gのイオン交換水に溶かした溶液」を「2.2gの過硫酸ナトリウムを297.8gのイオン交換水に溶かした溶液」に変更したこと以外は実施例1と同様にして導電性高分子分散液A~C及び塗料組成物を得て、導電性フィルム及びキャパシタを作製した。各測定値は表1に併記する。
(実施例5)
「硫酸第二鉄1.8g」を「硫酸第二鉄0.6g」に変更し、かつ、「4.4gの過硫酸ナトリウムを295.6gのイオン交換水に溶かした溶液」を「6.6gの過硫酸ナトリウムを293.4gのイオン交換水に溶かした溶液」に変更したこと以外は実施例1と同様にして導電性高分子分散液A~C及び塗料組成物を得て、導電性フィルム及びキャパシタを作製した。各測定値は表1に併記する。
「硫酸第二鉄1.8g」を「硫酸第二鉄0.6g」に変更し、かつ、「4.4gの過硫酸ナトリウムを295.6gのイオン交換水に溶かした溶液」を「6.6gの過硫酸ナトリウムを293.4gのイオン交換水に溶かした溶液」に変更したこと以外は実施例1と同様にして導電性高分子分散液A~C及び塗料組成物を得て、導電性フィルム及びキャパシタを作製した。各測定値は表1に併記する。
(実施例6)
「硫酸第二鉄1.8g」を「硫酸第二鉄0.6g」に変更したこと以外は、実施例1と同様にして導電性高分子分散液A~C及び塗料組成物を得て、導電性フィルム及びキャパシタを作製した。各測定値は表1に併記する。
「硫酸第二鉄1.8g」を「硫酸第二鉄0.6g」に変更したこと以外は、実施例1と同様にして導電性高分子分散液A~C及び塗料組成物を得て、導電性フィルム及びキャパシタを作製した。各測定値は表1に併記する。
(実施例7)
「硫酸第二鉄1.8g」を「硫酸第二鉄0.3g」に変更したこと以外は、実施例1と同様にして導電性高分子分散液A~C及び塗料組成物を得て、導電性フィルム及びキャパシタを作製した。各測定値は表1に併記する。
「硫酸第二鉄1.8g」を「硫酸第二鉄0.3g」に変更したこと以外は、実施例1と同様にして導電性高分子分散液A~C及び塗料組成物を得て、導電性フィルム及びキャパシタを作製した。各測定値は表1に併記する。
(実施例8)
「硫酸第二鉄1.8g」を「硫酸第二鉄0.15g」に変更したこと以外は、実施例1と同様にして導電性高分子分散液A~C及び塗料組成物を得て、導電性フィルム及びキャパシタを作製した。各測定値は表1に併記する。
「硫酸第二鉄1.8g」を「硫酸第二鉄0.15g」に変更したこと以外は、実施例1と同様にして導電性高分子分散液A~C及び塗料組成物を得て、導電性フィルム及びキャパシタを作製した。各測定値は表1に併記する。
(比較例1)
「4.4gの過硫酸ナトリウムを295.6gのイオン交換水に溶かした溶液」を「6.6gの過硫酸ナトリウムを293.4gのイオン交換水に溶かした溶液」に変更したこと以外は、実施例1と同様にして導電性高分子分散液A~C及び塗料組成物を得て、導電性フィルム及びキャパシタを作製した。各測定値は表1に併記する。
「4.4gの過硫酸ナトリウムを295.6gのイオン交換水に溶かした溶液」を「6.6gの過硫酸ナトリウムを293.4gのイオン交換水に溶かした溶液」に変更したこと以外は、実施例1と同様にして導電性高分子分散液A~C及び塗料組成物を得て、導電性フィルム及びキャパシタを作製した。各測定値は表1に併記する。
(比較例2)
「硫酸第二鉄1.8g」を「硫酸第二鉄1.2g」に変更し、かつ、「4.4gの過硫酸ナトリウムを295.6gのイオン交換水に溶かした溶液」を「6.6gの過硫酸ナトリウムを293.4gのイオン交換水に溶かした溶液」に変更したこと以外は実施例1と同様にして導電性高分子分散液A~C及び塗料組成物を得て、導電性フィルム及びキャパシタを作製した。各測定値は表1に併記する。
「硫酸第二鉄1.8g」を「硫酸第二鉄1.2g」に変更し、かつ、「4.4gの過硫酸ナトリウムを295.6gのイオン交換水に溶かした溶液」を「6.6gの過硫酸ナトリウムを293.4gのイオン交換水に溶かした溶液」に変更したこと以外は実施例1と同様にして導電性高分子分散液A~C及び塗料組成物を得て、導電性フィルム及びキャパシタを作製した。各測定値は表1に併記する。
(比較例3)
「硫酸第二鉄1.8g」を「硫酸第二鉄0.6g」に変更し、かつ、「4.4gの過硫酸ナトリウムを295.6gのイオン交換水に溶かした溶液」を「2.2gの過硫酸ナトリウムを297.8gのイオン交換水に溶かした溶液」に変更したこと以外は実施例1と同様にして導電性高分子分散液A~C及び塗料組成物を得て、導電性フィルム及びキャパシタを作製した。各測定値は表1に併記する。
「硫酸第二鉄1.8g」を「硫酸第二鉄0.6g」に変更し、かつ、「4.4gの過硫酸ナトリウムを295.6gのイオン交換水に溶かした溶液」を「2.2gの過硫酸ナトリウムを297.8gのイオン交換水に溶かした溶液」に変更したこと以外は実施例1と同様にして導電性高分子分散液A~C及び塗料組成物を得て、導電性フィルム及びキャパシタを作製した。各測定値は表1に併記する。
(比較例4)
「硫酸第二鉄1.8g」を「硫酸第二鉄0.3g」に変更し、かつ、「4.4gの過硫酸ナトリウムを295.6gのイオン交換水に溶かした溶液」を「6.6gの過硫酸ナトリウムを293.4gのイオン交換水に溶かした溶液」に変更したこと以外は実施例1と同様にして導電性高分子分散液A~C及び塗料組成物を得て、導電性フィルム及びキャパシタを作製した。各測定値は表1に併記する。
「硫酸第二鉄1.8g」を「硫酸第二鉄0.3g」に変更し、かつ、「4.4gの過硫酸ナトリウムを295.6gのイオン交換水に溶かした溶液」を「6.6gの過硫酸ナトリウムを293.4gのイオン交換水に溶かした溶液」に変更したこと以外は実施例1と同様にして導電性高分子分散液A~C及び塗料組成物を得て、導電性フィルム及びキャパシタを作製した。各測定値は表1に併記する。
(比較例5)
「硫酸第二鉄1.8g」を「硫酸第二鉄0.3g」に変更し、かつ、「4.4gの過硫酸ナトリウムを295.6gのイオン交換水に溶かした溶液」を「2.2gの過硫酸ナトリウムを297.8gのイオン交換水に溶かした溶液」に変更したこと以外は実施例1と同様にして導電性高分子分散液A~C及び塗料組成物を得て、導電性フィルム及びキャパシタを作製した。各測定値は表1に併記する。
「硫酸第二鉄1.8g」を「硫酸第二鉄0.3g」に変更し、かつ、「4.4gの過硫酸ナトリウムを295.6gのイオン交換水に溶かした溶液」を「2.2gの過硫酸ナトリウムを297.8gのイオン交換水に溶かした溶液」に変更したこと以外は実施例1と同様にして導電性高分子分散液A~C及び塗料組成物を得て、導電性フィルム及びキャパシタを作製した。各測定値は表1に併記する。
(比較例6)
「硫酸第二鉄1.8g」を「硫酸第二鉄0.15g」に変更し、かつ、「4.4gの過硫酸ナトリウムを295.6gのイオン交換水に溶かした溶液」を「6.6gの過硫酸ナトリウムを293.4gのイオン交換水に溶かした溶液」に変更したこと以外は実施例1と同様にして導電性高分子分散液A~C及び塗料組成物を得て、導電性フィルム及びキャパシタを作製した。各測定値は表1に併記する。
「硫酸第二鉄1.8g」を「硫酸第二鉄0.15g」に変更し、かつ、「4.4gの過硫酸ナトリウムを295.6gのイオン交換水に溶かした溶液」を「6.6gの過硫酸ナトリウムを293.4gのイオン交換水に溶かした溶液」に変更したこと以外は実施例1と同様にして導電性高分子分散液A~C及び塗料組成物を得て、導電性フィルム及びキャパシタを作製した。各測定値は表1に併記する。
(比較例7)
「硫酸第二鉄1.8g」を「硫酸第二鉄0.15g」に変更し、かつ、「4.4gの過硫酸ナトリウムを295.6gのイオン交換水に溶かした溶液」を「2.2gの過硫酸ナトリウムを297.8gのイオン交換水に溶かした溶液」に変更したこと以外は実施例1と同様にして導電性高分子分散液A~C及び塗料組成物を得て、導電性フィルム及びキャパシタを作製した。各測定値は表1に併記する。
「硫酸第二鉄1.8g」を「硫酸第二鉄0.15g」に変更し、かつ、「4.4gの過硫酸ナトリウムを295.6gのイオン交換水に溶かした溶液」を「2.2gの過硫酸ナトリウムを297.8gのイオン交換水に溶かした溶液」に変更したこと以外は実施例1と同様にして導電性高分子分散液A~C及び塗料組成物を得て、導電性フィルム及びキャパシタを作製した。各測定値は表1に併記する。
(実施例9)
「製造例1のポリスチレンスルホン酸水溶液(固形分10質量%)」を「製造例2のポリスチレンスルホン酸水溶液(固形分10質量%)」に変えたこと以外は実施例1と同様にして導電性高分子分散液A~C及び塗料組成物を得て、導電性フィルム及びキャパシタを作製した。各測定値は表1に併記する。
「製造例1のポリスチレンスルホン酸水溶液(固形分10質量%)」を「製造例2のポリスチレンスルホン酸水溶液(固形分10質量%)」に変えたこと以外は実施例1と同様にして導電性高分子分散液A~C及び塗料組成物を得て、導電性フィルム及びキャパシタを作製した。各測定値は表1に併記する。
(実施例10)
「製造例1のポリスチレンスルホン酸水溶液(固形分10質量%)90gと、イオン交換水325g」を「製造例1のポリスチレンスルホン酸水溶液(固形分10質量%)150gと、イオン交換水265g」に変えたこと以外は実施例1と同様にして導電性高分子分散液A~C及び塗料組成物を得て、導電性フィルム及びキャパシタを作製した。各測定値は表1に併記する。
「製造例1のポリスチレンスルホン酸水溶液(固形分10質量%)90gと、イオン交換水325g」を「製造例1のポリスチレンスルホン酸水溶液(固形分10質量%)150gと、イオン交換水265g」に変えたこと以外は実施例1と同様にして導電性高分子分散液A~C及び塗料組成物を得て、導電性フィルム及びキャパシタを作製した。各測定値は表1に併記する。
[粘度の測定]
各例の導電性高分子分散液Bの25℃における粘度を、音叉振動式粘度計を用い、JIS Z8803:2011(振動粘度計による粘度測定法)に準拠して測定した。
各例の導電性高分子分散液Bの25℃における粘度を、音叉振動式粘度計を用い、JIS Z8803:2011(振動粘度計による粘度測定法)に準拠して測定した。
[表面抵抗値の測定]
各例の導電性フィルムの導電層の表面抵抗値(単位:Ω/□)は、抵抗率計(日東精工アナリテック株式会社製ローレスタ)を用い、印加電圧10Vの条件で測定した。
各例の導電性フィルムの導電層の表面抵抗値(単位:Ω/□)は、抵抗率計(日東精工アナリテック株式会社製ローレスタ)を用い、印加電圧10Vの条件で測定した。
[pHの測定]
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。
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。
<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(単位:μF)、及び100kHzでの等価直列抵抗(ESR)(単位:Ω)を測定した。その測定結果を表1に示す。
[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(単位:μF)、及び100kHzでの等価直列抵抗(ESR)(単位:Ω)を測定した。その測定結果を表1に示す。
特定の塗料組成物の硬化物によって形成された固体電解質層を備えた本発明に係る実施例のキャパシタの等価直列抵抗は顕著に低減することが確認できた。
10 キャパシタ
11 陽極
12 誘電体層
13 陰極
14 固体電解質層
11 陽極
12 誘電体層
13 陰極
14 固体電解質層
Claims (10)
- 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するキャパシタであって、
前記固体電解質層は、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を含有し、
前記固体電解質層は、塗料組成物の硬化物によって形成されたものであり、
前記塗料組成物は、前記導電性複合体と分散媒とからなる導電性高分子分散液を含み、
前記導電性高分子分散液は、前記導電性複合体が1.0質量%で含有されたときに25℃において26cp以下の粘度を示し、
前記導電性高分子分散液は、前記導電性高分子分散液:プロピレングリコール:メタノール=95:5:200の質量比で混合された混合液を構成したとき、前記混合液が厚さ17.5μm以上18.4μm以下で塗布された塗膜の硬化物の表面抵抗値が1590Ω/□以下となるものである、キャパシタ。 - 前記塗料組成物が、塩基性化合物をさらに含有する、請求項1に記載のキャパシタ。
- 前記塩基性化合物が窒素含有芳香族化合物である、請求項2に記載のキャパシタ。
- 前記塗料組成物が、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、請求項1~3の何れか一項に記載のキャパシタ。
- 前記ポリオール化合物がジエチレングリコールである、請求項4に記載のキャパシタ。
- 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、請求項1~5の何れか一項に記載のキャパシタ。
- 前記ポリアニオンがポリスチレンスルホン酸である、請求項1~6の何れか一項に記載のキャパシタ。
- 前記導電性高分子分散液を構成する前記分散媒が水である、請求項1~7の何れか一項に記載のキャパシタ。
- 前記塗料組成物の総質量に対する前記π共役系導電性高分子及び前記ポリアニオンの含有量が、1.0質量%以上2.0質量%以下である、請求項1~8の何れか一項に記載のキャパシタ。
- 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、請求項1~9の何れか一項に記載の塗料組成物を塗布し、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。
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JP2022001730A JP2023101233A (ja) | 2022-01-07 | 2022-01-07 | キャパシタ及びその製造方法 |
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- 2022-01-07 JP JP2022001730A patent/JP2023101233A/ja active Pending
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