JP5152882B1 - 導電性高分子溶液、導電性高分子組成物、並びにそれを用いた固体電解コンデンサ及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 ドーパントがドーピングされた導電性高分子と、アミノ基とヒドロキシル基を有する第1の化合物と、カルボン酸基を有する第2の化合物と、分散媒とを含む、導電性高分子溶液である。
【選択図】図1
Description
本発明の導電性高分子溶液は、ドーパントがドーピングされた導電性高分子と、アミノ基とヒドロキシル基を有する第1の化合物と、カルボン酸基を有する第2の化合物と、分散媒とを含むことを特徴とする。本発明に係る導電性高分子は、ドーパントがドーピングされて導電性を発現している状態の導電性高分子を示す。
本発明の導電性高分子組成物は、上記導電性高分子溶液から分散媒を加熱により脱水し、除去することで得られる。分散媒を除去する過程で、第1の化合物と第2の化合物から、カルボン酸アミド結合体及びカルボン酸エステル結合体を生成し、これらの結合体が導電性高分子マトリックスに介在(導電性高分子が分散粒子の形態である場合は、これらの粒子間に介在)する。
本発明に係る固体電解コンデンサは、本発明に係る導電性高分子組成物を含む固体電解質を備える。この構成により、ESRが低く、耐熱性および耐湿性等の信頼性に優れた固体電解コンデンサが得られる。
本発明と特許文献1〜4の技術内容を比較すると、導電性高分子溶液の水素イオン指数(pH)を調整するという点においてのみ類似するが、その調整方法は異なる。また、導電性高分子溶液、及び導電性高分子組成物の構成においても異なるものである。当然にして、奏する効果も異なるものである。具体的には、次の点において相違がある。
本発明の実施例1について、図1を参照して説明する。陽極導体1として、エッチングにより拡面処理された3×4mmのアルミニウム箔からなる多孔質体を用いた。この陽極導体1を、モノマー溶液とドーパント、酸化剤溶液が収容された槽に数回繰り返して浸漬し、陽極導体1の多孔質体の細孔内部に、ポリ3,4−エチレンジオキシチオフェンからなる導電性高分子組成物を化学重合法によって形成し、第1の固体電解質層3aとした。
第1の化合物である2−アミノ−2ヒドロキシメチル−1,3プロパンジオールを0.20gとした以外は実施例1と同様にして導電性高分子溶液を得て、コンデンサ素子を作製した。得られた導電性高分子溶液は濃紺色を呈しており、pHは4.68であった。
第1の化合物である2−アミノ−2ヒドロキシメチル−1,3プロパンジオールを0.30gとした以外は実施例1と同様にして導電性高分子溶液を得て、コンデンサ素子を作製した。得られた導電性高分子溶液は濃紺色を呈しており、pHは6.11であった。
第1の化合物である2−アミノ−2ヒドロキシメチル−1,3プロパンジオールを0.40gとした以外は実施例1と同様にして導電性高分子溶液を得て、コンデンサ素子を作製した。得られた導電性高分子溶液は濃紺色を呈しており、pHは7.93であった。
第1の化合物として、2−アミノ−2ヒドロキシメチル−1,3プロパンジオールに代えて、2−アミノ−2ヒドロキシエチル−1,3プロパンジオールを用いた以外は、実施例1と同様にして導電性高分子溶液を得て、コンデンサ素子を作製した。
第1の化合物として、2−アミノ−2ヒドロキシメチル−1,3プロパンジオールに代えて、3−ジメチルアミノ−1,2プロパンジオールを用いた以外は、実施例1と同様にして導電性高分子溶液を得て、コンデンサ素子を作製した。
第1の化合物として、2−アミノ−2ヒドロキシメチル−1,3プロパンジオールに代えて、3−メチルアミノ−1,2プロパンジオールを用いた以外は、実施例1と同様にして導電性高分子溶液を得て、コンデンサ素子を作製した。
第1の化合物として、2−アミノ−2ヒドロキシメチル−1,3プロパンジオールに代えて、1−(メチルアミノ)プロパンジオールを用いた以外は、実施例1と同様にして導電性高分子溶液を得て、コンデンサ素子を作製した。
第2の化合物として、フタル酸に代えて、5−スルホイソフタル酸を0.39g用いた以外は、実施例1と同様にして導電性高分子溶液を得て、コンデンサ素子を作製した。
第2の化合物として、フタル酸に代えて、ポリアクリル酸(25mass%水溶液、分子量150000)を1.34gとした以外は、実施例1と同様にして導電性高分子溶液を得て、コンデンサ素子を作製した。
第1の化合物である2−アミノ−2ヒドロキシメチル−1,3プロパンジオールと第2の化合物であるフタル酸を混合しなかった以外は、実施例1と同様にして導電性高分子溶液を得て、コンデンサ素子を作製した。
第1の化合物として2−アミノ−2ヒドロキシメチル−1,3プロパンジオールを0.10g混合し、第2の化合物を混合しなかった以外は、実施例1と同様にして導電性高分子溶液を得て、コンデンサ素子を作製した。得られた導電性高分子溶液は濃紺色を呈しており、pHは、9.21であった。
上述した実施例及び比較例のコンデンサ素子について、100kHzでの初期ESRを測定した。その後、耐熱特性と耐湿特性の評価として、耐熱試験及び耐湿試験を行い、ESR変化率(=試験後のESR/試験前の初期ESR)を算出した。なお、耐熱試験の条件は、125℃雰囲気下無負荷放置、500時間とし、耐湿試験の条件は、65℃、95%R.H.雰囲気下無負荷放置、500時間とした。評価数は各10個とし、10個の平均値にて評価を行った。評価結果を表1に示す。
以下のように、導電性高分子組成物の物性及び耐熱性の評価と、有機構造の解析を行った。
実施例1の導電性高分子溶液を、スライドガラス上に滴下して、120℃で5分間予備乾燥した後、165℃で60分間乾燥して導電性高分子組成物を得た。次いで、この導電性高分子組成物を、スパチュラを用いて、スライドガラスから削ぎ落とした。実施例11の導電性高分子組成物は、光沢が無く、柔らかく、ガラスに対して粘着性があった。
実施例3の導電性高分子溶液を用いた以外は、実施例11と同様にして導電性高分子組成物を得た。実施例12の導電性高分子組成物は、光沢を有しており、粘土状で、スライドガラスに対して強い粘着性があった。
比較例1の導電性高分子溶液を用いた以外は、実施例11と同様にして導電性高分子組成物を得た。比較例3の導電性高分子組成物は、光沢は無く、硬かったため、スライドガラスから削ぎ落とした際にバラバラに崩れた。また、スライドガラスに対して粘着性は無かった。
水20gに、第1の化合物としての2−アミノ−2ヒドロキシメチル−1,3プロパンジオールを0.16g(1.33×10−3mol)と、第2の化合物としてのフタル酸を0.41g(2.48×10−3mol)混合し、導電性高分子は含まない溶液を作製した。この溶液を、スライドガラス上に滴下して、120℃で5分間予備乾燥した後、165℃で60分間乾燥して作製した。スライドガラス上に、透明の固体物が得られた。
2 誘電体層
3 固体電解質層
3a 第1の固体電解質層
3b 第2の固体電解質層
4 陰極導体
4a カーボン層
4b 銀導電性樹脂層
Claims (12)
- ドーパントがドーピングされた導電性高分子と、アミノ基とヒドロキシル基を有するアミノプロパンジオール類からなる第1の化合物と、カルボン酸基を有するか又は前記カルボン酸基の導入により水溶変性された水溶性の化合物からなる第2の化合物と、分散媒とを含む、導電性高分子溶液。
- 前記アミノプロパンジオール類は、2−アミノ−2ヒドロキシメチル−1,3プロパンジオール、2−アミノ−2ヒドロキシエチル−1,3プロパンジオール、3−ジメチルアミノ−1,2プロパンジオール、3−メチルアミノ−1,2プロパンジオール、1−(メチルアミノ)プロパンジオールから選択される少なくとも1種であることを特徴とする請求項1に記載の導電性高分子溶液。
- 前記第1の化合物に具備されるアミノ基と、前記第2の化合物に具備されるカルボン酸基の数は、1.0:2.0〜5.5の範囲であることを特徴とする請求項1又は2に記載の導電性高分子溶液。
- 前記導電性高分子は、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアニリン、並びにそれらの誘導体からなる群から選択される少なくとも1種を含む請求項1〜3のいずれか1項に記載の導電性高分子溶液。
- 前記導電性高分子は、3,4−エチレンジオキシチオフェン又はその誘導体の繰り返し単位を含む請求項1〜4のいずれか1項に記載の導電性高分子溶液。
- pHが2.5〜7.0である請求項1〜5のいずれか1項に記載の導電性高分子溶液。
- 請求項1〜6のいずれか1項に記載の導電性高分子溶液から、前記分散媒を除去し、前記導電性高分子と前記第1の化合物と前記第2の化合物から生成した、カルボン酸アミド及びカルボン酸エステル結合を有する化合物を含有することを特徴とする導電性高分子組成物。
- 前記導電性高分子溶液を80℃以上300℃以下で加熱し、前記分散媒を除去することを特徴とする請求項7に記載の導電性高分子組成物。
- 前記カルボン酸アミド及び前記カルボン酸エステル結合を有する化合物は、前記ドーパントがドーピングされた導電性高分子の分散粒子間に介在することを特徴とする請求項7又は8に記載の導電性高分子組成物。
- 請求項7〜9のいずれか1項に記載の導電性高分子組成物を含む固体電解質を備えることを特徴とする固体電解コンデンサ。
- 弁作用金属からなる陽極導体の表面に誘電体層を形成する工程と、
前記誘電体層上に、請求項1〜6のいずれか1項に記載の導電性高分子溶液を塗布又は含浸し、前記導電性高分子溶液から前記分散媒を除去して得られる導電性高分子組成物を含む固体電解質層を形成する工程と
を有することを特徴とする固体電解コンデンサの製造方法。 - 弁作用金属からなる陽極導体の表面に誘電体層を形成する工程と、
前記誘電体層上で、導電性高分子を与えるモノマーを酸化重合して、導電性高分子を含む第1の固体電解質層を形成する工程と、
前記第1の固体電解質層上に、請求項1〜6のいずれか1項に記載の導電性高分子溶液を塗布又は含浸し、前記導電性高分子溶液から前記分散媒を除去して得られる導電性高分子組成物を含む第2の固体電解質層を形成する工程と
を有することを特徴とする固体電解コンデンサの製造方法。
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