JP2024015562A - Method for producing conductive polymer-containing liquid and method for producing capacitor - Google Patents

Method for producing conductive polymer-containing liquid and method for producing capacitor Download PDF

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総 松林
Satoshi Matsubayashi
孝則 鈴木
Takanori Suzuki
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for producing a capacitor reduced in equivalent series resistance and a method for producing a conductive polymer-containing liquid.
SOLUTION: There is provided a method for producing a conductive polymer-containing liquid which comprises a polymerization step of polymerizing a monomer forming a π-conjugated conductive polymer with a reaction solution containing a polyanion and an aqueous dispersion medium to obtain a conductive polymer-containing liquid containing a conductive composite containing the π-conjugated conductive polymer and the polyanion, wherein the monomer is polymerized under an atmosphere in which the oxygen concentration of the gas in the reaction vessel containing the reaction solution is 0.9 vol.% or more and 5.0 vol.% or less to form the conductive composite.
SELECTED DRAWING: None
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Description

本発明は、π共役系導電性高分子を含有する導電性高分子含有液の製造方法、及びキャパシタの製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a conductive polymer-containing liquid containing a π-conjugated conductive polymer, and a method for manufacturing a capacitor.

主鎖がπ共役系で構成されているπ共役系導電性高分子は、アニオン基を有するポリアニオンがドープすることによって導電性複合体を形成し、水に対する分散性が生じる。
導電性複合体を含有する導電性高分子含有液(導電性高分子分散液ということもある。)を用いて形成した固体電解質層を備えたキャパシタが知られている(例えば特許文献1)。
A π-conjugated conductive polymer whose main chain is composed of a π-conjugated system forms a conductive composite by doping with a polyanion having an anion group, and becomes dispersible in water.
A capacitor including a solid electrolyte layer formed using a conductive polymer-containing liquid (also referred to as a conductive polymer dispersion) containing a conductive composite is known (for example, Patent Document 1).

特開2020-100744号公報Japanese Patent Application Publication No. 2020-100744

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の製造方法、及び導電性高分子含有液の製造方法を提供する。
The solid electrolyte layer of the capacitor of Patent Document 1 contains a sulfide represented by a specific chemical formula in addition to the conductive composite, thereby reducing the equivalent series resistance (ESR) and improving heat resistance. On the other hand, there is a need for a capacitor with reduced equivalent series resistance, regardless of the sulfide described above.
The present invention provides a method for manufacturing a capacitor with reduced equivalent series resistance, and a method for manufacturing a liquid containing a conductive polymer.

[1] ポリアニオンと、水系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及び前記ポリアニオンを含む導電性複合体を含む導電性高分子含有液を得る重合工程を含む、導電性高分子含有液の製造方法であって、前記反応液を入れた反応容器内の気体の酸素濃度が0.9体積%以上5.0体積%以下の雰囲気下で前記モノマーの重合を行い、前記導電性複合体を形成する、導電性高分子含有液の製造方法。
[2] 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]に記載の導電性高分子含有液の製造方法。
[3] 前記反応液に酸化剤、及び触媒を添加することにより前記モノマーを重合した後、前記導電性高分子含有液から前記酸化剤、及び前記触媒を除去する、[1]又は[2]に記載の導電性高分子含有液の製造方法。
[4] 前記導電性高分子含有液を、陽イオン交換樹脂及び陰イオン交換樹脂の少なくとも一方に接触させることにより前記酸化剤、前記触媒を除去する、[3]に記載の導電性高分子含有液の製造方法。
[5] 前記酸化剤、及び前記触媒を除去した前記導電性高分子含有液に、塩基性化合物をさらに添加する、[3]又は[4]に記載の導電性高分子含有液の製造方法。
[6] 前記塩基性化合物が窒素含有芳香族化合物である、[5]に記載の導電性高分子含有液の製造方法。
[7] 前記塩基性化合物の添加によって、前記導電性高分子含有液のpH(25℃)を2.0~8.0に調整する、[5]又は[6]に記載の導電性高分子含有液の製造方法。
[8] 前記酸化剤、及び前記触媒を除去した前記導電性高分子含有液に、水酸基を二つ以上含むポリオール化合物をさらに添加する、[3]~[7]の何れか一項に記載の導電性高分子含有液の製造方法。
[9] 前記ポリオール化合物がジエチレングリコールである、[8]に記載の導電性高分子含有液の製造方法。
[10] [1]~[9]の何れか一項に記載の導電性高分子含有液の製造方法によって、導電性高分子含有液を得る工程と、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、前記導電性高分子含有液を塗布し、乾燥させて固体電解質層を形成する工程と、を有する、キャパシタの製造方法。
[1] A conductive composite containing the π-conjugated conductive polymer and the polyanion is produced by polymerizing monomers forming the π-conjugated conductive polymer in a reaction solution containing the polyanion and an aqueous dispersion medium. A method for producing a conductive polymer-containing liquid, comprising a polymerization step to obtain a conductive polymer-containing liquid containing the reaction liquid, wherein the oxygen concentration of the gas in the reaction vessel containing the reaction liquid is 0.9% by volume or more. A method for producing a conductive polymer-containing liquid, comprising polymerizing the monomer in an atmosphere of 0% by volume or less to form the conductive composite.
[2] The conductive polymer-containing liquid according to [1], wherein the π-conjugated conductive polymer is poly(3,4-ethylenedioxythiophene) or the polyanion is polystyrene sulfonic acid. manufacturing method.
[3] After polymerizing the monomer by adding an oxidizing agent and a catalyst to the reaction liquid, removing the oxidizing agent and the catalyst from the conductive polymer-containing liquid, [1] or [2] A method for producing a conductive polymer-containing liquid according to .
[4] The conductive polymer-containing liquid according to [3], wherein the oxidizing agent and the catalyst are removed by bringing the conductive polymer-containing liquid into contact with at least one of a cation exchange resin and an anion exchange resin. Method of manufacturing liquid.
[5] The method for producing a conductive polymer-containing liquid according to [3] or [4], wherein a basic compound is further added to the conductive polymer-containing liquid from which the oxidizing agent and the catalyst have been removed.
[6] The method for producing a conductive polymer-containing liquid according to [5], wherein the basic compound is a nitrogen-containing aromatic compound.
[7] The conductive polymer according to [5] or [6], wherein the pH (25° C.) of the conductive polymer-containing liquid is adjusted to 2.0 to 8.0 by adding the basic compound. Method for producing a containing liquid.
[8] The method according to any one of [3] to [7], wherein a polyol compound containing two or more hydroxyl groups is further added to the conductive polymer-containing liquid from which the oxidizing agent and the catalyst have been removed. A method for producing a conductive polymer-containing liquid.
[9] The method for producing a conductive polymer-containing liquid according to [8], wherein the polyol compound is diethylene glycol.
[10] A step of obtaining a conductive polymer-containing liquid by the method for producing a conductive polymer-containing liquid according to any one of [1] to [9], and a step of producing an anode made of a porous body of valve metal. A method for manufacturing a capacitor, comprising the steps of applying the conductive polymer-containing liquid to the surface of a dielectric layer formed on the surface and drying the liquid to form a solid electrolyte layer.

本発明によれば、等価直列抵抗が低減したキャパシタを容易に製造することができる。また、そのキャパシタの製造に適した導電性高分子含有液を容易に製造することができる。 According to the present invention, a capacitor with reduced equivalent series resistance can be easily manufactured. Further, a conductive polymer-containing liquid suitable for manufacturing the capacitor can be easily manufactured.

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 SDGs Goal 12, "Responsible Production and Responsible Consumption."

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 this specification and claims, the lower and upper limits of the numerical range indicated by "~" are included in that numerical range.

本発明のキャパシタの一実施形態を示す断面図である。1 is a sectional view showing one embodiment of a capacitor of the present invention.

≪導電性高分子含有液の製造方法≫
本発明の第一態様は、ポリアニオンと、水系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及び前記ポリアニオンを含む導電性複合体を含む導電性高分子含有液を得る重合工程を含む、導電性高分子含有液の製造方法である。
≪Method for producing conductive polymer-containing liquid≫
In a first aspect of the present invention, the π-conjugated conductive polymer and the polyanion are formed by polymerizing monomers forming the π-conjugated conductive polymer in a reaction solution containing a polyanion and an aqueous dispersion medium. A method for producing a conductive polymer-containing liquid includes a polymerization step of obtaining a conductive polymer-containing liquid containing a conductive composite.

<導電性複合体>
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 of this embodiment includes a π-conjugated conductive polymer and a polyanion. The polyanion in the conductive composite is doped into a π-conjugated conductive polymer to form a conductive composite having conductivity.
In the polyanion, only some anion groups are doped into the π-conjugated conductive polymer, and there are surplus anion groups that do not participate in doping. Since the excess anion group is a hydrophilic group, 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 whose main chain is composed of a π-conjugated system, such as polypyrrole-based conductive polymers, polythiophene-based conductive polymers, and polyacetylene-based conductive polymers. Examples include polyphenylene conductive polymers, polyphenylene vinylene conductive polymers, polyaniline conductive polymers, polyacene conductive polymers, polythiophene vinylene conductive polymers, and copolymers thereof. From the viewpoint of stability in air, polypyrrole-based conductive polymers, polythiophenes, and polyaniline-based conductive polymers are preferred, and from the viewpoint of transparency, polythiophene-based conductive polymers are more preferred.

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), 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-decyloxythiophene) ,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-carboxythiophene) butylthiophene).
Examples of polypyrrole-based conductive polymers include polypyrrole, poly(N-methylpyrrole), poly(3-methylpyrrole), poly(3-ethylpyrrole), poly(3-n-propylpyrrole), and poly(3-butylpyrrole). pyrrole), poly(3-octylpyrrole), poly(3-decylpyrrole), poly(3-dodecylpyrrole), poly(3,4-dimethylpyrrole), poly(3,4-dibutylpyrrole), poly(3-dibutylpyrrole) -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), and poly(3-methyl-4-hexyloxypyrrole).
Examples of polyaniline-based conductive polymers include polyaniline, poly(2-methylaniline), poly(3-isobutylaniline), poly(2-aniline sulfonic acid), and poly(3-aniline sulfonic acid).
Among these π-conjugated conductive polymers, poly(3,4-ethylenedioxythiophene) is particularly preferred because it has excellent conductivity, transparency, and heat resistance.
The number of types of π-conjugated conductive polymers contained in the conductive composite may be one 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 anionic groups in its molecule. The anion group of this polyanion functions as a dopant for the π-conjugated conductive polymer to improve the conductivity of the π-conjugated conductive polymer.
The anion group of the polyanion is preferably a sulfo group or a carboxy group.
Specific examples of such polyanions include polystyrene sulfonic acid, polyvinyl sulfonic acid, polyallylsulfonic acid, polyacrylic ester having a sulfo group, polymethacrylic ester having a sulfo group (for example, poly(4-sulfobutyl methacrylate) , polysulfoethyl methacrylate, polymethacryloyloxybenzenesulfonic acid), poly(2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid), polyisoprene sulfonic acid, and other polymers with sulfo groups, polyvinylcarboxylic acid, polystyrenecarboxylic acid, Polymers having carboxyl groups such as polyarylcarboxylic acid, polyacrylic acid, polymethacrylic acid, poly(2-acrylamido-2-methylpropanecarboxylic acid), and polyisoprenecarboxylic acid are mentioned. may be a homopolymer obtained by polymerizing two or more types of monomers, or a copolymer obtained by polymerizing two or more types of monomers.
Among these polyanions, polymers having sulfo groups are preferred, and polystyrene sulfonic acid is more preferred, since it can further increase the conductivity.
The polyanions may be used alone or in combination of two or more.
The mass 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 measured using gel filtration chromatography and calculated in terms of pullulan.

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 ratio of the polyanion in the conductive composite is preferably in the range of 1 part by mass or more and 1000 parts by mass or less, for example, 10 parts by mass or more and 700 parts by mass, based on 100 parts by mass of the π-conjugated conductive polymer. It is more preferably 100 parts by mass or more and 500 parts by mass or less. If the content ratio of the polyanion is equal to or higher than the lower limit value, the doping effect on the π-conjugated conductive polymer tends to become stronger, and the conductivity becomes higher. On the other hand, if the content of the polyanion is below the upper limit value, the π-conjugated conductive polymer can be sufficiently contained, so that sufficient conductivity can be ensured.

<重合工程>
本工程において、前記π共役系導電性高分子を形成するモノマーと、ポリアニオンと、水系分散媒とを含む反応液を入れた反応容器内で、前記モノマーの重合反応を起こさせ、前記π共役系導電性高分子を形成する。この際、ポリアニオンがπ共役系導電性高分子に自然にドープし、水系分散媒に分散された導電性複合体が得られる。
<Polymerization process>
In this step, a polymerization reaction of the monomers is caused in a reaction vessel containing a reaction solution containing monomers forming the π-conjugated conductive polymer, a polyanion, and an aqueous dispersion medium, and Forms a conductive polymer. At this time, a conductive composite in which the polyanion is naturally doped into the π-conjugated conductive polymer and dispersed in the aqueous dispersion medium is obtained.

前記モノマーの重合中に、前記反応容器内の気体の酸素濃度を0.9体積%以上5.0体積%以下に保つことにより、目的の導電性高分子含有液を得ることができる。詳細なメカニズムは未解明であるが、所定範囲の酸素濃度雰囲気下であると、前記反応液に溶存する酸素濃度が低減し、前記モノマーの重合によるπ共役系導電性高分子および/または導電性複合体の立体構造が、キャパシタの固体電解質層を形成したときに有利な状態となり、結果としてキャパシタのESRが低減している、と推測される。 During the polymerization of the monomer, the desired conductive polymer-containing liquid can be obtained by maintaining the oxygen concentration of the gas in the reaction vessel at 0.9% by volume or more and 5.0% by volume or less. Although the detailed mechanism is not yet clear, in an atmosphere with an oxygen concentration within a certain range, the oxygen concentration dissolved in the reaction solution decreases, and the monomer polymerizes to form a π-conjugated conductive polymer and/or a conductive polymer. It is presumed that the three-dimensional structure of the composite is in an advantageous state when forming the solid electrolyte layer of the capacitor, and as a result, the ESR of the capacitor is reduced.

前記反応容器内の気体の酸素濃度を容易に制御する観点から、反応容器は開放系よりも閉鎖系であることが好ましい。閉鎖系においては、密閉または半密閉可能な反応容器であることが好ましい。ここで、密閉とは、反応容器と外部との間でガスの流出入がない状態をいう。半密閉とは、外部から流入するガス、及び外部へ流出するガスを制御可能な反応装置に前記反応容器が組み込まれた状態をいう。 From the viewpoint of easily controlling the oxygen concentration of the gas within the reaction vessel, the reaction vessel is preferably a closed system rather than an open system. In a closed system, a reaction vessel that can be sealed or semi-closed is preferable. Here, the term "sealed" refers to a state in which no gas flows in or out between the reaction container and the outside. Semi-hermetic means a state in which the reaction vessel is incorporated into a reaction apparatus that can control gas flowing in from the outside and gas flowing out to the outside.

前記反応容器内の気体の酸素濃度を大気中の酸素濃度よりも低い、所定範囲に制御する方法としては、酸素以外のガスを反応容器内に導入する方法が挙げられる。酸素以外のガスとしては、窒素やアルゴン等の化学的に不活性なガスが好ましい。導入する方法としては、例えば、反応容器内に反応液を入れた後、不活性ガスを反応容器内に導入し、先に反応容器内を満たしていた大気を追い出して、反応容器内のガスを置換する方法が挙げられる。このようにガス置換する際には、反応液に不活性ガスを吹き込んでもよい。 A method for controlling the oxygen concentration of the gas in the reaction vessel to a predetermined range lower than the oxygen concentration in the atmosphere includes a method of introducing a gas other than oxygen into the reaction vessel. As the gas other than oxygen, chemically inert gases such as nitrogen and argon are preferable. For example, an inert gas is introduced into the reaction container after the reaction liquid is put into the reaction container, and the atmosphere that previously filled the reaction container is expelled to remove the gas in the reaction container. An example is a method of substitution. When performing gas replacement in this way, an inert gas may be blown into the reaction solution.

ガス置換の際に反応容器内に導入するガスの体積V1と、反応液の体積V2との比(V1/V2)としては、例えば、2~100が好ましく、10~100がより好ましく、30~100がさらに好ましい。前記比の下限値以上であると、反応容器内の酸素濃度を所定の範囲とすることが容易であり、反応液中の溶存酸素を充分に低減することができる。前記比の上限値の100は目安である。 The ratio (V1/V2) between the volume V1 of the gas introduced into the reaction vessel during gas replacement and the volume V2 of the reaction liquid is, for example, preferably 2 to 100, more preferably 10 to 100, and 30 to 100 is more preferable. When the ratio is at least the lower limit value, it is easy to keep the oxygen concentration in the reaction vessel within a predetermined range, and dissolved oxygen in the reaction solution can be sufficiently reduced. The upper limit of the ratio of 100 is a guideline.

前記反応液における導電性複合体の合成は、前記反応容器内の酸素濃度を所定の範囲とすること以外は、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。 The conductive composite in the reaction solution can be synthesized in the same manner as conventional conductive composite synthesis, except that the oxygen concentration in the reaction vessel is within a predetermined range.

前記反応液に含まれる水系分散媒は水を含むので、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水系分散媒中で安定に分散された状態で得られる。
水系分散媒は水以外の分散媒を含んでもよい。水以外の分散媒としては、重合を阻害するものでなければよく、水溶性有機溶剤が好ましい。ここで水溶性有機溶剤は、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。分散媒として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%以上が好ましく、70質量%以上がより好ましく、90質量%以上がさらに好ましく、100質量%であってもよい。
Since the aqueous dispersion medium contained in the reaction solution contains water, the polymerization reaction of the monomer proceeds stably, and the resulting conductive composite is obtained in a state in which it is stably dispersed in the aqueous dispersion medium.
The aqueous dispersion medium may contain a dispersion medium other than water. The dispersion medium other than water may be one that does not inhibit polymerization, and water-soluble organic solvents are preferred. Here, the water-soluble organic solvent is an organic solvent having a dissolution amount of 1 g or more per 100 g of water at 20° C., and examples thereof include alcohol solvents, ketone solvents, and ester solvents. One type of water-soluble organic solvent may be included as a dispersion medium, or two or more types may be used.
The content of water based on the total mass of the aqueous dispersion medium is preferably 50% by mass or more, more preferably 70% by mass or more, even more preferably 90% by mass or more, and may be 100% by mass.

前記反応液にはモノマーの化学酸化を促進する、公知の触媒及び酸化剤を添加することが好ましい。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。 It is preferable to add a known catalyst and oxidizing agent to the reaction solution to promote chemical oxidation of the monomer. Examples of the catalyst 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.

重合反応時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%以下が好ましく、0.01質量%以上0.30質量%以下がより好ましい。 The content of the catalyst relative to the total mass of the reaction solution during the polymerization reaction is, for example, preferably 0.01% by mass or more and 0.50% by mass or less, more preferably 0.01% by mass or more and 0.30% by mass or less. .

重合反応時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、0.10質量%以上1.00質量%以下が好ましく、0.30質量%以上0.80質量%以下がより好ましく、0.50質量%以上0.70質量%以下がさらに好ましい。 The content of the oxidizing agent relative to the total mass of the reaction solution during the polymerization reaction is, for example, preferably 0.10% by mass or more and 1.00% by mass or less, more preferably 0.30% by mass or more and 0.80% by mass or less. It is preferably at least 0.50% by mass and at most 0.70% by mass.

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2.0質量%以下が好ましく、0.1質量%以上1.0質量%以下がより好ましく、0.3質量%以上0.5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、0.1質量%以上3.0質量%以下が好ましく、0.5質量%以上2.0質量%以下がより好ましく、1.0質量%以上1.5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含有液が容易に得られる。
The content of the monomer relative 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 2.0% by mass or less, more preferably 0.1% by mass or more and 1.0% by mass or less. It is preferably 0.3% by mass or more and 0.5% by mass or less.
The content of the polyanion relative to the total mass of the reaction solution immediately before the start of the polymerization reaction is, for example, preferably 0.1% by mass or more and 3.0% by mass or less, more preferably 0.5% by mass or more and 2.0% by mass or less. It is preferably 1.0% by mass or more and 1.5% by mass or less.
By setting the content within the above-mentioned suitable range, it is possible to easily obtain a conductive polymer-containing liquid in which the concentration of the conductive composite is set to the above-mentioned suitable content.

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 a polymerization reaction, from the viewpoint of adjusting the content ratio of the π-conjugated conductive polymer and the polyanion to the above-mentioned preferred ratio, the monomer contained in the reaction solution immediately before the start of the polymerization reaction. The content ratio of the polyanion to 100 parts by mass of the monomer is preferably 1 part by mass or more and 1000 parts by mass or less, 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. The range is more preferred.

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。 The mass average molecular weight of the polyanion used in the polymerization reaction 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 measured using gel filtration chromatography and calculated in terms of pullulan.

重合反応時の前記反応液の温度、すなわち反応温度としては、例えば、20~30℃とすることができる。上記反応温度であれば、重合反応は通常4~12時間程度で完了する。重合反応の終了は、反応液中の未反応のモノマーの量をガスクロマトグラフィー等の測定によって知ることができる。 The temperature of the reaction solution during the polymerization reaction, that is, the reaction temperature, can be, for example, 20 to 30°C. At the above reaction temperature, the polymerization reaction is usually completed in about 4 to 12 hours. The completion of the polymerization reaction can be determined by measuring the amount of unreacted monomer in the reaction solution using gas chromatography or the like.

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、導電性高分子含有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含有液を接触させ、触媒及び酸化剤をイオン交換樹脂に吸着させる方法、導電性高分子含有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 that the catalyst and oxidizing agent added to the reaction solution are removed from the conductive polymer-containing solution after chemical oxidative polymerization of the monomer.
Methods for removing include, for example, bringing a conductive polymer-containing liquid into contact with an ion exchange resin and adsorbing the catalyst and oxidizing agent to the ion exchange resin, and ultrafiltrating the conductive polymer-containing liquid to remove the dispersion medium. Examples include a method of removing as well as replacing. Among these, the method using an ion exchange resin is preferred because it is simple. The ion exchange resin preferably includes a cation exchange resin and an anion exchange resin.

以上で得られた導電性高分子含有液には、目的の導電性複合体が含まれる。反応液から触媒及び酸化剤を除去すれば、そのまま後述するキャパシタの製造に用いることができるが、分散媒を所望のものに置換したり、導電性複合体の含有濃度を調整したり、塩基性化合物、ポリオール化合物、任意の添加剤等を添加してもよい。 The conductive polymer-containing liquid obtained above contains the desired conductive composite. If the catalyst and oxidizing agent are removed from the reaction solution, it can be used as it is for manufacturing capacitors, which will be described later. However, it is necessary to replace the dispersion medium with a desired one, adjust the concentration of the conductive composite, Compounds, polyol compounds, arbitrary additives, etc. may be added.

[導電性高分子含有液]
本態様の製造方法によって得られた導電性高分子含有液は、前記導電性複合体と、分散媒とを含む。以下、本発明の第二態様のキャパシタの製造方法に適した導電性高分子含有液について説明する。
[Conductive polymer-containing liquid]
The conductive polymer-containing liquid obtained by the manufacturing method of this embodiment includes the conductive composite and a dispersion medium. A conductive polymer-containing liquid suitable for the capacitor manufacturing method according to the second aspect of the present invention will be described below.

前記導電性高分子含有液の総質量に対する前記導電性複合体(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、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、前記導電性高分子含有液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。
The content of the conductive composite (i.e., π-conjugated conductive polymer and polyanion) relative to the total mass of the conductive polymer-containing liquid is preferably 0.1% by mass or more and 5.0% by mass or less, and 0.1% by mass or more and 5.0% by mass or less. It is more preferably 5% by mass or more and 2.5% by mass or less, and even more preferably 1.0% by mass or more and 2.0% by mass or less.
Within the above-mentioned suitable range, the ESR of a capacitor having a solid electrolyte layer formed from the conductive polymer-containing liquid can be further reduced.

(分散媒)
前記導電性高分子含有液は水以外の分散媒を含んでもよい。このような分散媒としては、前記導電性複合体の分散性を著しく損なうものでなければ特に限定されない。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、水以外の分散媒は水溶性有機溶剤が好ましい。ここで水溶性有機溶剤は、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。分散媒として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 conductive polymer-containing liquid may contain a dispersion medium other than water. Such a dispersion medium is not particularly limited as long as it does not significantly impair the dispersibility of the conductive composite. Since the conductive composite has surplus anion groups derived from the polyanion and has high dispersibility in water, the dispersion medium other than water is preferably a water-soluble organic solvent. Here, the water-soluble organic solvent is an organic solvent having a dissolution amount of 1 g or more per 100 g of water at 20° C., and examples thereof include alcohol solvents, ketone solvents, and ester solvents. One type of water-soluble organic solvent may be included as a dispersion medium, or two or more types may be used.

前記導電性高分子含有液の不揮発成分を除いた分散媒の総質量に対する水の含有量は、70質量%以上が好ましく、80質量%以上がより好ましく、90質量%以上がさらに好ましく、100質量%であってもよい。上記下限値以上で水を含むと、導電性高分子含有液に含まれる導電性複合体の分散性が高まり、導電性高分子含有液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。 The content of water relative to the total mass of the dispersion medium excluding nonvolatile components of the conductive polymer-containing liquid is preferably 70% by mass or more, more preferably 80% by mass or more, even more preferably 90% by mass or more, and 100% by mass. It may be %. When water is contained above the above lower limit, the dispersibility of the conductive composite contained in the conductive polymer-containing liquid increases, further reducing the ESR of a capacitor having a solid electrolyte layer formed from the conductive polymer-containing liquid. can do.

(塩基性化合物)
前記導電性高分子含有液は1種以上の塩基性化合物を含んでもよい。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受け取る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、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。
(basic compound)
The conductive polymer-containing liquid may contain one or more basic compounds. The basic compound functions as a Brønsted base that receives protons from the excess anion groups of the polyanion. In order to fulfill this function, the amount of the basic compound dissolved in water is preferably 0.001 g or more per 100 g of water at 20°C. The upper limit of the dissolution amount is not particularly limited, but even if it is, for example, about 0.1 g, the above function can be sufficiently achieved.

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, hydrogen carbonates, and the like can be used. Examples include alkali metal hydroxides, quaternary ammonium hydroxide or salts thereof, ammonia, amines, and the like.
Specific examples of alkali metal hydroxides include potassium hydroxide, sodium hydroxide, and the like.
Specific examples of carbonates or hydrogen carbonates include ammonium hydrogen carbonate, ammonium carbonate, potassium hydrogen carbonate, potassium carbonate, sodium hydrogen carbonate, sodium carbonate, and the like.
Specific examples of quaternary ammonium hydroxide or its salts 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 the amine include aliphatic tertiary amines and nitrogen-containing aromatic compounds.
Examples of the aliphatic tertiary amine include triethanolamine, trimethylamine, triethylamine, tripropylamine, tributylamine, trihexylamine, trioctylamine, triphenylamine, tribenzylamine, trinaphthylamine, and the like.

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。
Examples of nitrogen-containing aromatic compounds (aromatic compounds in which at least one nitrogen atom forms a ring structure) include pyrrole, indole, imidazole, 2-methylimidazole, 2-propylimidazole, N-methylimidazole, and 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 an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms such as methyl, ethyl, propyl, butyl), Examples include derivatives such as halogen-substituted products (for example, substituted products with halogen groups such as fluoro, chloro, and bromine) and nitrile-substituted products.
Among these, nitrogen-containing aromatic compounds are preferred, and imidazole is more preferred.

前記導電性高分子含有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-containing liquid is, for example, 1 mass part per 100 parts by mass of the π-conjugated conductive polymer and the polyanion (that is, 100 parts by mass of the conductive composite). Parts by weight or more and 1000 parts by weight or less, more preferably 5 parts by weight or more and 100 parts by weight or less, and still more preferably 10 parts by weight or more and 50 parts by weight or less. Within the above preferred range, the ESR of the capacitor can be further reduced.

前記導電性高分子含有液に含まれる塩基性化合物の含有量は、導電性高分子含有液(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-containing liquid is preferably such that the pH of the conductive polymer-containing liquid (25°C) is 2.0 to 8.0, and 2.0 to 8.0. The content is more preferably 5.0, and even more preferably 2.0 to 3.0.
Within the above preferred range, the ESR of the capacitor can be further reduced.

(ポリオール化合物)
前記導電性高分子含有液は1種以上のポリオール化合物を含んでもよい。ここで、ポリオール化合物は、前記π共役系導電性高分子、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をいう。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)
The conductive polymer-containing liquid may contain one or more polyol compounds. Here, the polyol compound refers to a compound having two or more hydroxy groups, which is different from the π-conjugated conductive polymer, the polyanion, and the basic compound. 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 the polyol compound include one or more selected from ethylene glycol, diethylene glycol, propylene glycol, 1,4-butanediol, glycerin, pentaerythritol, trimethylolpropane, and trimethylolethane.

前記導電性高分子含有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-containing liquid is, for example, 100 parts by mass with respect to a total of 100 parts by mass of the π-conjugated conductive polymer and the polyanion (that is, 100 parts by mass of the conductive composite). It is preferably at least 10,000 parts by mass, more preferably at least 200 parts by mass and at most 2,000 parts by mass, and even more preferably at least 300 parts by mass and at most 1,000 parts by mass.
Within the above preferred range, the ESR of the capacitor can be further reduced.

前記導電性高分子含有液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、前記導電性高分子含有液の塗工性が向上し、キャパシタのESRをより低減することができる。 The content of the polyol compound relative to the total mass of the conductive polymer-containing liquid is preferably 1% by mass or more and 15% by mass or less, more preferably 3% by mass or more and 12% by mass or less, and 5% by mass or more and 9% by mass or less. More preferred. Within the above preferred range, the coating properties of the conductive polymer-containing liquid can be improved, and the ESR of the capacitor can be further reduced.

(任意の添加剤)
前記導電性高分子含有液は、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。
(Optional additives)
The conductive polymer-containing liquid may contain any additive, and the content ratio is determined appropriately depending on the type of additive, but the total mass of the π-conjugated conductive polymer and the polyanion is 100. (ie, 100 parts by mass of the conductive composite), the amount can be, for example, 1 to 1000 parts by mass. Here, the optional additive is a compound other than the conductive composite, 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。
Examples of optional additives include surfactants, inorganic conductive agents, antifoaming agents, coupling agents, antioxidants, and ultraviolet absorbers.
Examples of the surfactant include nonionic, anionic, and cationic surfactants, and nonionic surfactants are preferred from the viewpoint of storage stability. Additionally, polymeric surfactants such as polyvinyl alcohol and polyvinylpyrrolidone may be added.
Examples of the inorganic conductive agent include metal ions, conductive carbon, and the like. Metal ions can be generated by dissolving metal salts in water.
Examples of antifoaming agents include silicone resins, polydimethylsiloxanes, silicone oils, and the like.
Examples of the coupling agent include silane coupling agents having a vinyl group, an amino group, an epoxy group, and the like.
Examples of the antioxidant include phenolic antioxidants, amine antioxidants, phosphorus antioxidants, sulfur antioxidants, sugars, and the like.
Examples of UV absorbers include benzotriazole UV absorbers, benzophenone UV absorbers, salicylate UV absorbers, cyanoacrylate UV absorbers, oxanilide UV absorbers, hindered amine UV absorbers, benzoate UV absorbers, etc. can be mentioned.

《キャパシタの製造方法》
本発明の第二態様は、第一態様の製造方法により導電性高分子含有液を得る工程と、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、前記導電性高分子含有液を塗布し、乾燥させて固体電解質層を形成する工程とを有する、キャパシタの製造方法である。
《Capacitor manufacturing method》
A second aspect of the present invention includes the step of obtaining a conductive polymer-containing liquid by the manufacturing method of the first aspect, and the step of obtaining the conductive polymer on the surface of the dielectric layer formed on the surface of the anode made of a porous body of valve metal. This method of manufacturing a capacitor includes the steps of applying a liquid containing a polymer and drying it to form a solid electrolyte layer.

本態様のキャパシタの製造方法は、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 method for manufacturing a capacitor according to the present embodiment includes a step of oxidizing the surface of an anode made of a porous body of valve metal to form a dielectric layer (dielectric formation step), and a step of forming a cathode at a position opposite to the dielectric layer. It is preferable to include a step of arranging (cathode forming step) and a step of forming a solid electrolyte layer on at least a portion of the surface of the dielectric layer (film forming step). Each step will be explained 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 formation process]
In this step, the surface of the anode 11 made of a porous body of valve metal is oxidized to form the dielectric layer 12. The method for forming the dielectric layer 12 is not particularly limited, and for example, the surface of the anode 11 is anodized in an electrolytic solution for chemical conversion treatment such as an aqueous ammonium adipate solution, an aqueous ammonium borate solution, an aqueous ammonium phosphate solution, etc. There are several methods.

[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 formation process]
In this step, the cathode 13 is placed at a position facing the dielectric layer 12. The method of arranging the cathode 13 is not particularly limited, and examples include a method of forming the cathode 13 using a conductive paste such as carbon paste or silver paste, and a method of arranging a metal foil such as aluminum foil to face the dielectric layer 12. Examples include.

[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導電性高分子含有液を塗布し、乾燥させることにより、固体電解質層14を形成する。
[Film forming process]
In this step, the solid electrolyte layer 14 is formed by applying the above-mentioned conductive polymer-containing liquid to at least a portion of the surface of the dielectric layer 12 and drying it.

導電性高分子含有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含有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含有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-containing liquid, for example, dipping (dip coating), comma coating, reverse coating, lip coating, microgravure coating, etc. can be applied. Among these methods, a method in which the anode 11 is immersed in a conductive polymer-containing liquid under reduced pressure is preferred. If the dipping method is used, the conductive polymer-containing liquid can be sufficiently applied to the inside of the porous structure on the surface of the dielectric layer 12. After soaking, take it out and proceed to the next drying process.

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, far infrared drying, and the like. Among these, hot air drying is preferred.
The drying temperature is preferably, for example, 100 to 180°C, more preferably 120 to 150°C. The drying time is preferably, for example, 0.2 to 1 hour.
After the drying process, the capacitor may be assembled by a conventional method.

<キャパシタ>
第二態様によって製造可能なキャパシタ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。
<Capacitor>
An example of an embodiment of a capacitor that can be manufactured according to the second aspect will be described. The capacitor 10 shown in FIG. 1 includes an anode 11 made of a porous body of valve metal, a dielectric layer 12 made of an oxide of valve metal, a solid electrolyte layer 14 formed on the surface of the dielectric layer 12, and a solid electrolyte layer 14 formed on the surface of the dielectric layer 12. The cathode 13 is provided on the front side. The cathode 13 is provided on the opposite side from the anode 11 with the dielectric layer 12 and solid electrolyte layer 14 interposed therebetween.

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 the valve metal constituting the anode 11 include aluminum, tantalum, niobium, titanium, hafnium, zirconium, zinc, tungsten, bismuth, and antimony. Among these, aluminum, tantalum, and niobium are preferred.
Specific examples of the anode 11 include aluminum foil that has been etched to increase its surface area and then its surface has been oxidized, and the surface of a sintered body of tantalum particles or niobium particles has been oxidized and made into pellets. Can be mentioned. The material treated in this manner becomes a porous material with irregularities formed on its surface.

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 dielectric layer 12 in this embodiment is a layer formed by oxidizing the surface of the anode 11. For example, the surface of the anode 11, which is a metal body, is anodized in an electrolytic solution such as an aqueous ammonium adipate solution. It was formed by this. Similar to the anode 11, the dielectric layer 12 also has projections and depressions.

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 cathode 13 in this embodiment, a metal layer made of a conductive material, such as a conductive layer formed from a conductive paste or an aluminum foil, can be used.

本実施形態における固体電解質層14は、誘電体層12の表面に形成されている。固体電解質層14は、誘電体層12の表面の少なくとも一部を覆っており、誘電体層12の表面の全部を覆っていてもよい。
固体電解質層14の厚さは、一定でもよいし、一定でなくてもよく、例えば、1μm以上100μm以下の厚さが挙げられる。
The solid electrolyte layer 14 in this embodiment is formed on the surface of the dielectric layer 12. The solid electrolyte layer 14 covers at least a portion of the surface of the dielectric layer 12, and may cover the entire surface of the dielectric layer 12.
The thickness of the solid electrolyte layer 14 may or may not be constant, and may be, for example, 1 μm or more and 100 μm or less.

<導電性複合体>
固体電解質層に含有される導電性複合体は、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。
<Conductive composite>
The conductive composite contained in the solid electrolyte layer includes a π-conjugated conductive polymer and a polyanion. The polyanion in the conductive composite is doped into a π-conjugated conductive polymer to form a conductive composite having conductivity.

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 relative 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. . The above range is preferable because the equivalent series resistance of the capacitor is more likely to decrease.

<塩基性化合物>
固体電解質層には、前述の塩基性化合物の1種以上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 may further contain one or more of the above-mentioned basic compounds. By containing a basic compound, the ESR of the capacitor can be further reduced.

固体電解質層に含まれる塩基性化合物の含有割合は、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 ratio of the basic compound contained in the solid electrolyte layer is, for example, 1 part by mass or more and 1000 parts by mass with respect to a total of 100 parts by mass of the π-conjugated conductive polymer and the polyanion (that is, 100 parts by mass of the conductive composite). parts by weight or less, more preferably 5 parts by weight or more and 100 parts by weight or less, even more preferably 10 parts by weight or more and 50 parts by weight or less.
Within the above preferred range, the ESR of the capacitor can be further reduced.

<ポリオール化合物>
固体電解質層には、前述のポリオールの1種以上がさらに含まれていてもよい。ポリオール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>
The solid electrolyte layer may further contain one or more of the aforementioned polyols. By containing polyol, the ESR of the capacitor can be further reduced.

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 total content of the polyol compounds contained in the solid electrolyte layer is, for example, based on 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). , preferably from 100 parts by mass to 10,000 parts by mass, more preferably from 200 parts by mass to 2,000 parts by mass, and even more preferably from 300 parts by mass to 1,000 parts by mass.
Within the above preferred range, the ESR of the capacitor can be further reduced.

[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 embodiment may include an electrolytic solution that impregnates the solid electrolyte layer.
Examples of the solvent 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-based solvents such as sulfolane, dimethylsulfoxide, dimethylsulfone, amide-based solvents such as N-methylformamide, N,N-dimethylformamide, N-methylacetamide, N-methylpyrrolidinone, acetonitrile, 3-methoxypropionitrile Examples include nitrile solvents such as nitrile solvents, water, and the like.
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, and 1,6- Decanedicarboxylic acid such as decanedicarboxylic acid, 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. The resulting polyhydric alcohol complex compound of boric acid; contains inorganic acids such as phosphoric acid, carbonic acid, and silicic acid as an anion component, and contains primary amines (methylamine, ethylamine, propylamine, butylamine, ethylenediamine, etc.), secondary amines (dimethyl amines, diethylamine, dipropylamine, methylethylamine, diphenylamine, etc.), tertiary amines (trimethylamine, triethylamine, tripropylamine, triphenylamine, 1,8-diazabicyclo(5,4,0)-undecene-7, etc.), Electrolytes containing a cationic component such as tetraalkylammonium (tetramethylammonium, tetraethylammonium, tetrapropylammonium, tetrabutylammonium, methyltriethylammonium, dimethyldiethylammonium, etc.) may be mentioned.

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/cm以上1.0g/cm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 embodiment is not limited to the above configuration, and a separator may be provided between the dielectric layer and the cathode. An example of a capacitor in which a separator is provided between a dielectric layer and a cathode is a wound capacitor.
Examples of the separator include sheets (including nonwoven fabrics) made of cellulose, polyvinyl alcohol, polyester, polyethylene, polystyrene, polypropylene, polyimide, polyamide, polyvinylidene fluoride, etc., nonwoven fabrics of glass fiber, and the like.
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.

(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。
(Production Example 1) Production of polystyrene sulfonic acid 1
206 g of sodium styrene sulfonate was dissolved in 1000 ml of ion-exchanged water, and while stirring at 80°C, 1.14 g of ammonium persulfate oxidizing agent solution previously dissolved in 10 ml of water was added dropwise for 20 minutes, and this solution was incubated for 12 hours. Stirred.
To the obtained sodium polystyrene sulfonate solution, 1000 ml of sulfuric acid diluted to 10% by mass was added, and about 1000 ml of the solvent in the obtained polystyrene sulfonic acid 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 water washing operation was repeated three times.
Water in the resulting solution was removed under reduced pressure to obtain colorless solid polystyrene sulfonic acid.
Next, 10 g of the obtained polystyrene sulfonic acid was dissolved in 90 g of ion-exchanged water to obtain a 10% by mass polystyrene sulfonic acid aqueous solution.

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%NaNO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。
The weight average molecular weight (Mw) of the polystyrene sulfonic acid (PSS) obtained above was measured by gel permeation chromatography (GPC) using pullulan with a known weight average molecular weight as a standard substance, and the weight average molecular weight was 180,000. Ta.
The weight average molecular weight was measured using a high-performance liquid chromatography device Prominence manufactured by Shimadzu Corporation, using a 0.1% NaNO 3 aqueous solution as a solvent, a Shodex OHpack SB-806M HQ as a column, and a detector. Using RID-20A, the solvent temperature was set to 40°C, the flow rate was set to 0.6 ml/min, the PSS concentration in the sample was 0.1% by mass, and the sample was filtered through a membrane filter with a pore size of 0.2 μm. 100 μl was injected, and the analysis was performed using the analysis software Lab Solutions (manufactured by Shimadzu Corporation).

(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。
(Production Example 2) Production of polystyrene sulfonic acid 2
206 g of sodium styrene sulfonate was dissolved in 1000 ml of ion-exchanged water, and while stirring at 80°C, 0.38 g of ammonium persulfate oxidizing agent solution previously dissolved in 10 ml of water was added dropwise for 20 minutes, and this solution was incubated for 12 hours. Stirred.
To the obtained sodium polystyrene sulfonate solution, 1000 ml of sulfuric acid diluted to 10% by mass was added, and about 1000 ml of the solvent in the obtained polystyrene sulfonic acid 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 water washing operation was repeated three times.
Water in the resulting solution was removed under reduced pressure to obtain colorless solid polystyrene sulfonic acid.
Next, 10 g of the obtained polystyrene sulfonic acid was dissolved in 90 g of ion-exchanged water to obtain a 10% by mass polystyrene sulfonic acid aqueous solution.
The weight average molecular weight of the polystyrene sulfonic acid (PSS) obtained above was measured using GPC in the same manner as in Production Example 1, and was 540,000.

(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。
(Manufacturing Example 3) Creation of a capacitor element After connecting an anode lead terminal to an etched aluminum foil (anode foil), a voltage of 40 V was applied in a 10% by mass ammonium adipate aqueous solution, and chemical conversion (oxidation treatment) was performed. A dielectric layer was formed on both sides of the aluminum foil to obtain an anode foil.
Next, opposing aluminum cathode foils with cathode lead terminals welded to both sides of the anode foil were laminated with a cellulose separator interposed therebetween, and this was wound into a cylindrical shape to obtain a capacitor element.

(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10質量%PSS水溶液90gと、イオン交換水325gを20℃で反応容器内にて混合した。
次に、反応容器内の気体を真空ポンプにて除去した後、窒素を吹込み、窒素置換を行い、反応容器内の残余空間の気体に含まれる酸素濃度を1.2体積%とした。なお、酸素濃度は、酸素濃度計(新コスモス電機株式会社製、型式XP-3380II)を用いて測定した。
得られた混合溶液を20℃に保ち、密閉することによって反応容器内の気体の酸素濃度を1.2体積%に保ちつつ、掻き混ぜながら、硫酸第二鉄0.15g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時間攪拌しつつ、密閉することによって反応容器内の気体の酸素濃度を1.2体積%に保ちながら、20℃で反応させた。
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含有液を得た。
この導電性高分子含有液にデュオライト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A368MS(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導電性高分子含有液710gを得て、固形分を測定した。
次に、得られた導電性高分子含有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含有液100gに、イミダゾール(0.3g)を添加してpHを2.5に調整し、ジエチレングリコール8gを添加した。
次に、製造例3で得たキャパシタ用素子を上記の導電性高分子含有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。
次いで、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。
(Example 1)
3.0 g of 3,4-ethylenedioxythiophene (EDOT), 90 g of the 10% by mass PSS aqueous solution of Production Example 1, and 325 g of ion-exchanged water were mixed at 20° C. in a reaction vessel.
Next, after the gas in the reaction container was removed using a vacuum pump, nitrogen was blown into the reaction container to perform nitrogen substitution, and the oxygen concentration contained in the gas in the remaining space in the reaction container was set to 1.2% by volume. Note that the oxygen concentration was measured using an oxygen concentration meter (manufactured by Shin Cosmos Electric Co., Ltd., model XP-3380II).
The resulting mixed solution was maintained at 20° C. and sealed to maintain the oxygen concentration of the gas in the reaction vessel at 1.2% by volume, and 0.15 g of ferric sulfate was added while stirring. Next, a solution of 4.4 g of sodium persulfate dissolved in 295.6 g of ion-exchanged water was slowly added, and the resulting reaction solution was stirred for 8 hours and sealed tightly to increase the oxygen concentration of the gas in the reaction vessel. The reaction was carried out at 20° C. while maintaining the concentration at 1.2% by volume.
Through 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 water, which is a dispersion medium, is formed. A polymer-containing liquid was obtained.
39 g of Duolite C255LFH (manufactured by Sumika Chemtex Co., Ltd., cation exchange resin) and 39 g of Duolite A368MS (manufactured by Sumika Chemtex Co., Ltd., anion exchange resin) are added to this conductive polymer-containing liquid, and the ion exchange resin is filtered. 710 g of a conductive polymer-containing liquid from which the oxidizing agent and the catalyst had been removed was obtained, and the solid content was measured.
Next, water was distilled off under reduced pressure from the obtained conductive polymer-containing liquid using an evaporator to reduce the solid content to 1.6% by mass. Imidazole (0.3 g) was added to 100 g of the obtained conductive polymer-containing liquid to adjust the pH to 2.5, and 8 g of diethylene glycol was added.
Next, the capacitor element obtained in Production Example 3 was immersed in the above conductive polymer-containing liquid under reduced pressure, and then dried for 30 minutes in a hot air dryer at 125°C to form a conductive layer on the surface of the dielectric layer. A solid electrolyte layer containing the composite was formed.
Next, the capacitor element on which the solid electrolyte layer was formed was loaded into an aluminum case, and the capacitor element was sealed with a sealing rubber to produce a capacitor.

(実施例2)
実施例1において反応容器内の気体の酸素濃度を3.0体積%としたこと以外は、実施例1と同様にしてキャパシタを作製した。
(Example 2)
A capacitor was produced in the same manner as in Example 1 except that the oxygen concentration of the gas in the reaction vessel was set to 3.0% by volume.

(実施例3)
実施例1において反応容器内の気体の酸素濃度を4.7体積%としたこと以外は、実施例1と同様にしてキャパシタを作製した。
(Example 3)
A capacitor was produced in the same manner as in Example 1 except that the oxygen concentration of the gas in the reaction vessel was 4.7% by volume.

(実施例4)
実施例1において製造例1のポリスチレンスルホン酸水溶液(PSS濃度10質量%)を製造例2のポリスチレンスルホン酸水溶液(PSS濃度10質量%)としたこと以外は、実施例1と同様にしてキャパシタを作製した。
(Example 4)
A capacitor was produced in the same manner as in Example 1, except that the polystyrene sulfonic acid aqueous solution (PSS concentration 10% by mass) of Production Example 1 was replaced with the polystyrene sulfonic acid aqueous solution (PSS concentration 10% by mass) of Production Example 2. Created.

(比較例1)
実施例1において反応容器内の気体の酸素濃度を0.5体積%としたこと以外は、実施例1と同様にしてキャパシタを作製した。
(Comparative example 1)
A capacitor was produced in the same manner as in Example 1 except that the oxygen concentration of the gas in the reaction vessel was 0.5% by volume.

(比較例2)
実施例1において反応容器内の気体の酸素濃度を0.1体積%としたこと以外は、実施例1と同様にしてキャパシタを作製した。
(Comparative example 2)
A capacitor was produced in the same manner as in Example 1 except that the oxygen concentration of the gas in the reaction vessel was 0.1% by volume.

(比較例3)
実施例1において反応容器内の気体を窒素置換しなかったこと以外は、実施例1と同様にしてキャパシタを作製した。
(Comparative example 3)
A capacitor was produced in the same manner as in Example 1, except that the gas in the reaction vessel was not replaced with nitrogen.

(比較例4)
実施例1において反応容器内の気体の酸素濃度を0.5体積%とし、製造例1のポリスチレンスルホン酸水溶液(PSS濃度10質量%)を製造例2のポリスチレンスルホン酸水溶液(PSS濃度10質量%)としたこと以外は、実施例1と同様にしてキャパシタを作製した。
(Comparative example 4)
In Example 1, the oxygen concentration of the gas in the reaction vessel was set to 0.5% by volume, and the polystyrene sulfonic acid aqueous solution of Production Example 1 (PSS concentration 10% by mass) was replaced with the polystyrene sulfonic acid aqueous solution of Production Example 2 (PSS concentration 10% by mass). ) A capacitor was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the capacitor was manufactured in the same manner as in Example 1.

(比較例5)
実施例1において反応容器内の気体を窒素置換せず、製造例1のポリスチレンスルホン酸水溶液(PSS濃度10質量%)を製造例2のポリスチレンスルホン酸水溶液(PSS濃度10質量%)としたこと以外は、実施例1と同様にしてキャパシタを作製した。
(Comparative example 5)
Except that in Example 1, the gas in the reaction container was not replaced with nitrogen, and the polystyrene sulfonic acid aqueous solution (PSS concentration 10% by mass) of Production Example 1 was replaced with the polystyrene sulfonic acid aqueous solution (PSS concentration 10% by mass) of Production Example 2. A capacitor was manufactured in the same manner as in Example 1.

[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。
[Measurement of pH]
The pH at a temperature of 25° C. was measured 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(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。
<Evaluation>
[Capacitance/Equivalent series resistance]
For each example capacitor, use LCR meter ZM2376 (manufactured by NF Circuit Design Block Co., Ltd.) to measure the capacitance at 120Hz (unit: μF) and the equivalent series resistance (ESR) at 100kHz (unit: Ω). was measured. The measurement results are shown in Table 1.

Figure 2024015562000001
Figure 2024015562000001

<結果>
π共役系導電性高分子の化学酸化重合時の反応容器内の酸素濃度が所定範囲内であると、ESRが低減されたキャパシタを製造するために適した導電性高分子含有液が得られることが確認できた。
<Results>
When the oxygen concentration in the reaction vessel during chemical oxidative polymerization of a π-conjugated conductive polymer is within a predetermined range, a conductive polymer-containing liquid suitable for manufacturing a capacitor with reduced ESR can be obtained. was confirmed.

Claims (10)

ポリアニオンと、水系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及び前記ポリアニオンを含む導電性複合体を含む導電性高分子含有液を得る重合工程を含む、導電性高分子含有液の製造方法であって、
前記反応液を入れた反応容器内の気体の酸素濃度が0.9体積%以上5.0体積%以下の雰囲気下で前記モノマーの重合を行い、前記導電性複合体を形成する、導電性高分子含有液の製造方法。
By polymerizing a monomer that forms a π-conjugated conductive polymer with a reaction solution containing a polyanion and an aqueous dispersion medium,
A method for producing a conductive polymer-containing liquid, the method comprising a polymerization step of obtaining a conductive polymer-containing liquid containing a conductive composite containing the π-conjugated conductive polymer and the polyanion,
The monomer is polymerized in an atmosphere in which the oxygen concentration of the gas in the reaction container containing the reaction solution is 0.9% by volume or more and 5.0% by volume or less to form the conductive composite. Method for producing molecule-containing liquid.
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、請求項1に記載の導電性高分子含有液の製造方法。 The method for producing a conductive polymer-containing liquid according to claim 1, wherein the π-conjugated conductive polymer is poly(3,4-ethylenedioxythiophene) or the polyanion is polystyrene sulfonic acid. . 前記反応液に酸化剤、及び触媒を添加することにより前記モノマーを重合した後、前記導電性高分子含有液から前記酸化剤、及び前記触媒を除去する、請求項1に記載の導電性高分子含有液の製造方法。 The conductive polymer according to claim 1, wherein the monomer is polymerized by adding an oxidizing agent and a catalyst to the reaction liquid, and then the oxidizing agent and the catalyst are removed from the conductive polymer-containing liquid. Method for producing a containing liquid. 前記導電性高分子含有液を、陽イオン交換樹脂及び陰イオン交換樹脂の少なくとも一方に接触させることにより前記酸化剤、前記触媒を除去する、請求項3に記載の導電性高分子含有液の製造方法。 The production of the conductive polymer-containing liquid according to claim 3, wherein the oxidizing agent and the catalyst are removed by bringing the conductive polymer-containing liquid into contact with at least one of a cation exchange resin and an anion exchange resin. Method. 前記酸化剤、及び前記触媒を除去した前記導電性高分子含有液に、塩基性化合物をさらに添加する、請求項3に記載の導電性高分子含有液の製造方法。 4. The method for producing a conductive polymer-containing liquid according to claim 3, wherein a basic compound is further added to the conductive polymer-containing liquid from which the oxidizing agent and the catalyst have been removed. 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5に記載の導電性高分子含有液の製造方法。 The method for producing a conductive polymer-containing liquid according to claim 5, wherein the basic compound is a nitrogen-containing aromatic compound. 前記塩基性化合物の添加によって、前記導電性高分子含有液のpH(25℃)を2.0~8.0に調整する、請求項5に記載の導電性高分子含有液の製造方法。 The method for producing a conductive polymer-containing liquid according to claim 5, wherein the pH (25° C.) of the conductive polymer-containing liquid is adjusted to 2.0 to 8.0 by adding the basic compound. 前記酸化剤、及び前記触媒を除去した前記導電性高分子含有液に、水酸基を二つ以上含むポリオール化合物をさらに添加する、請求項3に記載の導電性高分子含有液の製造方法。 4. The method for producing a conductive polymer-containing liquid according to claim 3, further comprising adding a polyol compound containing two or more hydroxyl groups to the conductive polymer-containing liquid from which the oxidizing agent and the catalyst have been removed. 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8に記載の導電性高分子含有液の製造方法。 The method for producing a conductive polymer-containing liquid according to claim 8, wherein the polyol compound is diethylene glycol. 請求項1~9の何れか一項に記載の導電性高分子含有液の製造方法によって、導電性高分子含有液を得る工程と、
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、前記導電性高分子含有液を塗布し、乾燥させて固体電解質層を形成する工程と、を有する、キャパシタの製造方法。
Obtaining a conductive polymer-containing liquid by the method for producing a conductive polymer-containing liquid according to any one of claims 1 to 9;
applying the conductive polymer-containing liquid to the surface of the dielectric layer formed on the surface of the anode made of a porous body of valve metal and drying it to form a solid electrolyte layer. Production method.
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