JP5689567B2 - 導電性高分子の製造方法および固体電解コンデンサの製造方法 - Google Patents

導電性高分子の製造方法および固体電解コンデンサの製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、導電性高分子の製造方法に関する。より詳細に、本発明は、ESL(等価直列インダクタンス)が低い固体電解コンデンサを得るための導電性高分子の製造方法に関する。
固体電解コンデンサの陰極には、導電性高分子からなる半導体層が一般に用いられる。半導体層の形成法として、例えば、導電性高分子を形成するためのモノマーとドーパントとを水に溶解させた電解液に、誘電体層を表面に有する陽極体を浸し、前記モノマーを電解重合することを含む方法が知られている。この方法によって、誘電体層上に導電性高分子からなる半導体層が形成される。この方法では、モノマーとしてチオフェン骨格を有する化合物などが用いられる。このようなモノマーは水にほんのわずかしか溶けない。電解液に溶解しているモノマーだけでは半導体層形成に必要な量を供給できない。
該モノマーは有機溶媒に溶解しやすいので、電解重合用電解液の溶媒として、水ではなく有機溶媒を用いることが提案されている(特許文献1)。しかし、有機溶媒は蒸発しやすいものが多く、液面位置を維持するのに手間を要する。また、このような非水性の有機溶媒を用いた電解液は、電気抵抗が高いので重合効率が低いという難点がある。
電解液の溶媒として、水と有機溶媒との混合溶媒を用いることが提案されている。水のみを溶媒にした場合よりもモノマーの溶解度は高くなるが、半導体層形成に必要な量のモノマーを溶解できるまでには至らない。
モノマーの供給量を増やすために、特許文献2には、飽和溶解度を超える量のモノマーを水と有機溶媒との混合溶媒に添加してモノマーの一部を溶媒に懸濁させ、該懸濁液を撹拌しながら電解重合する手法が開示されている。
特開昭60−037114号公報 WO2007/004556A
モノマー懸濁液にて電解重合を行うと、モノマー滴が、陽極体細孔の入り口を塞ぐことがある。塞がれた細孔の奥にはドーパントが十分取り込まれないので、この細孔部分に形成された導電性高分子は他の部分に形成されたものに比べて導電率が数桁低いことがある。導電率が不均一な半導体層の形成は、ESL(等価直列インダクタンス)を増加させる。
本発明の目的は、ESL(等価直列インダクタンス)が低い固体電解コンデンサを得るための製造方法を提供することである。
本発明者らは上記目的を達成するために検討した結果、以下の態様を包含する発明を完成するに至った。
[1]導電性高分子に成り得る重合性材料を含有するゾルの中において、前記重合性材料を電解重合することを含む導電性高分子の製造方法。
[2]重合性材料が、チオフェン骨格を有する化合物およびピロール骨格を有する化合物からなる群から選ばれる少なくとも一つである[1]に記載の導電性高分子の製造方法。
[3]ゾルに含まれる重合性材料の量が2〜7g/Lである[1]または[2]に記載の導電性高分子の製造方法。
[4]ゾルは、導電性高分子に成り得る重合性材料を水溶性有機溶媒に溶解させて溶液を得、該溶液をホモジナイズド処理しながら水に添加することによって得られるものである、[1]〜[3]のいずれかひとつに記載の導電性高分子の製造方法。
[5]ゾルを構成する分散質は、体積基準累積粒度分布における50%径が0.5〜1000nmである[1]〜[4]のいずれかひとつに記載の導電性高分子の製造方法。
[6]ゾルはドーパントをさらに含有する、[1]〜[5]のいずれかひとつに記載の導電性高分子の製造方法。
[7]誘電体層を表面に有する陽極体の存在下に、[1]〜[6]のいずれかひとつに記載の製造方法を行うことによって、陽極体の表面に在る誘電体層の上に導電性高分子層を形成することを含む固体電解コンデンサの製造方法。
[8]電解重合が、陽極体を陽極に、ゾル中に設けた対電極を陰極にして行なわれる[7]に記載の固体電解コンデンサの製造方法。
[9]誘電体層を表面に有する陽極体を導電性高分子に成り得る重合性材料の水溶性有機溶媒溶液に浸漬し、引き上げて、次いで前記重合性材料を含有するゾルに浸漬することをさらに含む[7]または[8]に記載の固体電解コンデンサの製造方法。
[10]導電性高分子に成り得る重合性材料、水、および水溶性有機溶媒を含有するゾルからなる導電性高分子製造用電解重合液。
[11]ゾルはさらにドーパントを含有する[10]に記載の導電性高分子製造用電解重合液。
本発明の製造方法によって半導体層を形成すると、ESL(等価直列インダクタンス)が低い固体電解コンデンサが得られる。
本発明の導電性高分子の製造方法は、導電性高分子に成り得る重合性材料を含有するゾルの中において、前記重合性材料を電解重合することを含むものである。ゾルは、液状の分散媒とそれに分散された微小の分散質とを有するものである。
本発明に用いられるゾルを構成する分散質は、体積基準累積粒度分布における50%径(D50)が、好ましくは0.5〜1000nm、より好ましくは1〜400nmである。分散質の50%径が可視光よりも小さい場合に、ゾルは肉眼観察においては均質で透明である。なお、体積基準累積粒度分布における50%径(D50)は、動的光散乱法で測定したものである。
本発明に用いられる好ましいゾルは、分散質が導電性高分子に成り得る重合性材料で構成され、分散媒が導電性高分子に成り得る重合性材料の溶解量が少ない液相で構成されるものである。
本発明に用いられるゾルは、その調製方法によって特に制限されない。例えば、ゾルは、導電性高分子に成り得る重合性材料を水溶性有機溶媒に溶解させて溶液を得、該溶液と水とを混ぜ合わせ、微分散(ホモジナイズ)させることによって得ることができる。
本発明に用いられる導電性高分子に成り得る重合性材料は、特に限定されない。例えば、チオフェン骨格を有する化合物およびピロール骨格を有する化合物を挙げることができる。これら重合性材料は市販品が入手可能であり、また公知の方法で製造することができる。
チオフェン骨格を有する化合物としては、3−メチルチオフェン、3−エチルチオフェン、3−n−プロピルチオフェン、3−n−ブチルチオフェン、3−n−ペンチルチオフェン、3−n−ヘキシルチオフェン、3−n−ヘプチルチオフェン、3−n−オクチルチオフェン、3−n−ノニルチオフェン、3−n−デシルチオフェン、3−n−ウンデシルチオフェン、3−n−ドデシルチオフェン、3−n−オクタドデシルチオフェン、3−メトキシチオフェン、3−フェニルチオフェン、3−チオフェンカルボン酸、3−チオフェンアルデヒド、チオフェン−3−酢酸、3−チオフェンエタノール、3−チオフェンマロン酸、3−チオフェンメタノール、3−フルオロチオフェン、3−ブロモチオフェン、3−ヨードチオフェン、3−シアノチオフェン、3−ブロモ−4−メチルチオフェン、3,4−ジメチルチオフェン、3,4−ジエチルチオフェン、3,4−ブチレンチオフェン、3,4−メチレンジオキシチオフェン、3,4−エチレンジオキシチオフェンなどを挙げることができる。
ピロール骨格を有する化合物としては、ピロール、3−メチルピロール、3−エチルピロール、3−プロピルピロール、3−ブチルピロール、3−ペンチルピロール、3−ヘキシルピロール、3−ヘプチルピロール、3−オクチルピロール、3−ノニルピロール、3−デシルピロール、3−フルオロピロール、3−クロロピロール、3−ブロモピロール、3−シアノピロール、3,4−ジメチルピロール、3,4−ジエチルピロール、3,4−ブチレンピロール、3,4−メチレンジオキシピロール、3,4−エチレンジオキシピロールなどを挙げることができる。
ゾルに含まれる前記重合性材料の量は、好ましくは2〜7g/L、より好ましくは4〜6g/Lである。
水溶性有機溶媒は、水との相溶性が高い有機溶媒である。より具体的には、水100mlに好ましくは10ml以上、より好ましくは50ml以上、さらに好ましくは100ml以上溶解する溶媒である。水溶性有機溶媒としては、エチレングリコール、プロピレングリコール、トリメチレングリコール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、トリエチレングリコール、トリプロピレングリコール、テトラエチレングリコール、グリセリン、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパンなどの多価アルコール類;エチレングリコールジグリシジルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールモノアセタート、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノメトキシメチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールエチルメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールジアセタート、ジエチレングリコールジベンゾエート、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングルコールモノエチルアセタート、トリエチレングリコールモノメチルエーチル、トリエチレングリコールモノエチルエーチル、トリエチレングリコールジメチルエーチル、プロピレングリコールモノメチルエーチル、プロピレングリコールモノエチルエーチル、ジプロピレングリコールモノメチルエーチル、ジプロピレングリコールモノエチルエーチル、グリセリングリシジルエーテル、グリセリンモノアセタート、グリセリンジアセタート、グリセリントリアセタートなどの多価アルコールの誘導体;などを挙げることができる。
上記の水溶性有機溶媒のうち、沸点が150℃以上のものが好ましく、170℃以上のものがより好ましい。また、水溶性有機溶媒の沸点の上限は、好ましくは400℃、より好ましくは350℃、更に好ましくは300℃である。上記の水溶性有機溶媒のうち、水との多量混合性が良好なことから多価アルコール類が好ましく、多価アルコール類のうちエチレングリコールとプロピレングリコールが特に好ましい。
導電性高分子に成り得る重合性材料を水溶性有機溶媒に溶解させる手法は特に限定されない。例えば、室温下で該材料を水溶性有機溶媒に添加して撹拌することによって溶液を得ることができる。前記重合性材料の量は、水溶性有機溶媒100質量部に対して、好ましくは1〜2質量部、より好ましくは1.2〜1.8質量部である。
次に前記溶液と水とを混ぜ合わせる。該混ぜ合わせは、溶液に水を添加して行ってもよいし、水に溶液を添加して行ってもよいし、溶液と水とを所定の割合で同時に注いで行ってもよい。ゾルの安定性を高めるためにホモジナイズド処理してもよい。ホモジナイズド処理の手法は特に制限されず、例えば、ホモジナイザーなどによる撹拌や、超音波照射などが挙げられる。最も好ましい手法は該溶液をホモジナイズド処理しながら水に添加することである。
溶液/水の質量比は、好ましくは2/8〜6/4、より好ましくは3/7〜5/5である。
本発明に用いられるゾルはドーパントをさらに含有することが好ましい。ドーパントは、前記溶液に混ぜ合わせる水または混合によって得られたゾルに添加することができる。ドーパントは、導電性高分子の導電率を高めるものであれば特に制限されない。ドーパントとしては、ヘキサフロロリン、ヘキサフロロヒ素、ヘキサフロロアンチモン、テトラフロロホウ素等のハロゲン化物イオン;メタンスルホン酸、ドデシルスルホン酸等のアルキル置換有機スルホン酸イオン、カンファースルホン酸イオンなどの環状スルホン酸イオン;ベンゼンスルホン酸、パラトルエンスルホン酸、ドデシルベンゼンスルホン酸、ベンゼンジスルホン酸等のアルキル置換もしくは無置換のベンゼンモノもしくはジスルホン酸イオン;2−ナフタレンスルホン酸、1,7−ナフタレンジスルホン酸等のスルホン酸基を1〜4個置換したナフタレンスルホン酸のアルキル置換もしくは無置換イオン;アントラセンスルホン酸イオン、アントラキノンスルホン酸イオン、ベンゾキノンスルホン酸イオン、アルキルビフェニルスルホン酸、ビフェニルジスルホン酸等のアルキル置換もしくは無置換のビフェニルスルホン酸イオン;ポリスチレンスルホン酸、ナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合体等の高分子スルホン酸イオン等の置換または無置換の芳香族スルホン酸イオン;ビスサルチレートホウ素、ビスカテコレートホウ素等のホウ素化合物イオン;モリブドリン酸、タングストリン酸、タングストモリブドリン酸等のヘテロポリ酸イオンなど;またはこれらの塩を挙げることができる。ドーパントはそれを放出することのできる化合物を添加することによってゾルに含有させることができる。ドーパントの添加量は特に制限されない。例えば、前記重合性材料100質量部に対して、ドーパントを放出することのできる化合物の質量として、好ましくは150〜250質量部、より好ましくは200〜220質量部である。
導電性高分子に成り得る重合性材料、水、および水溶性有機溶媒、好ましくはドーパントを含有するゾルは導電性高分子を製造するための電解重合液として有用である。ゾルは、分散質の大きさが小さいので、モノマー懸濁液のように、焼結体の細孔入口を塞ぐことがほとんどないと考えられる。
電解重合は、陽極としての導電性基材を前記ゾルに浸け、同じゾル中に設けた陰極との間に電圧を印加することによって行われる。印加する電圧は特に制限されず、目的に応じて適宜設定することができる。この電圧印加によって重合性材料が電解重合されて目的とする導電性高分子を合成することができる。
本発明の固体電解コンデンサの製造方法は、誘電体層を表面に有する陽極体の存在下に、前記導電性高分子の製造方法を行うことによって、陽極体の表面に在る誘電体層の上に導電性高分子層を形成することを含むものである。具体的には、誘電体層を表面に有する陽極体を、導電性高分子に成り得る重合性材料を含有するゾルに浸漬し、該ゾル中で前記重合性材料を電解重合する。なお、誘電体層を表面に有する陽極体をゾルに浸漬する前に、誘電体層を表面に有する陽極体を導電性高分子に成り得る重合性材料の水溶性有機溶媒溶液に浸漬し、引き上げることが好ましい。この操作は、誘電体層を表面に有する陽極体に該重合性材料を浸み込ませることができ、導電性高分子のより均一な形成に寄与する。
誘電体層を表面に有する陽極体は、市販されているものであってもよいし、陽極体を電解酸化して陽極体表面層を誘電体に化成することによって得られるものであってもよい。一般に、陽極体は弁作用金属から製造される。陽極体として、誘電体層の面積を増やすために弁作用金属粉末を焼結させた多孔質のものが好ましく用いられる。弁作用金属としては、アルミニウム、タンタル、ニオブ、タングステンなどが挙げられる。陽極体の端子とするために陽極リード線を陽極体に埋設し植立させることができる。
陽極体表面層の電解酸化は公知の方法に従って行うことができる。具体的には、硝酸、硫酸、リン酸、シュウ酸、アジピン酸などの電解質と、必要に応じて過酸化水素やオゾンなどの酸素供給剤とが溶解してなる電解液に陽極体を浸し、これに電圧を印加することによって電解酸化を行う。電圧は、陽極体(陽極)と対電極(陰極)との間に印加する。陽極体への通電は植立させた陽極リード線を通じて行うことができる。
上記のような方法で化成された陽極体に導電性高分子からなる陰極を形成する。陰極の形成は本発明に係る導電性高分子の製造方法にて行う。電解重合は、陽極としての陽極体を前記ゾルに浸け、同じゾル中に設けた陰極との間に電圧を印加することによって行われる。これによって、陽極体表面に在る誘電体層の上に導電性高分子からなる半導体層が形成される。さらに、半導体層の上に導電性ペースト層であるカーボンペースト層や銀ペースト層、若しくは金属メッキなどで導電体層を設けることができる。
上記陰極に陰極リードが通電可能な状態で接続され、該陰極リードの一部が電解コンデンサの外装の外部に露出して陰極外部端子となる。一方、陽極体には、陽極リード線を介して陽極リードが通電可能な状態で接続され、該陽極リードの一部が電解コンデンサの外装の外部に露出して陽極外部端子となる。陰極リードおよび陽極リードの取り付けには通常のリードフレームを用いることができる。次いで、樹脂などによる封止によって外装を形成して固体電解コンデンサを得ることができる。このようにして作成された固体電解コンデンサは、所望によりエージング処理を行うことができる。本発明の製造方法で得られる固体電解コンデンサは、各種電気回路または電子回路に装着し、使用することができる。
以下に実施例を示し、本発明をより具体的に説明する。なお、これらは説明のための単なる例示であって、本発明はこれらによって何ら制限されるものではない。
特性等は以下のようにして測定した。
(容量)
LCR測定器に配線された導線をコンデンサ素子の導電体層とコンデンサ素子に植立したリード線に当てた。120Hzにおける容量を、アジレント社製LCR測定器で測定した。
(漏れ電流)
コンデンサ素子に室温下で2.5Vを印加した。電圧印加開始から30秒経過時に電源のプラス端子からコンデンサ素子のリード線、コンデンサ素子の導電体層、さらに電源のマイナス端子に亘る回路の電流値(漏れ電流)を測定した。
(ESL)
LCR測定器に配線された導線をコンデンサ素子の導電体層とコンデンサ素子に植立したリード線に当てた。500kHzにおけるESLを、アジレント社製LCR測定器で測定した。
実施例1
〔電解重合液の調製〕
エチレングリコール250質量部に、3,4−エチレンジオキシチオフェン3.7質量部を溶解させて、溶液を得た。この溶液をホモジナイザー(マイクロテック・ニチオン社製NS−51)でホモジナイズド処理しながら水525質量部に添加した。次いで、アントラキノンスルホン酸ドーパント7.5質量部をホモジナイズド処理しながら添加した。このようにして得たゾルは均質で透明であった。このゾルを電解重合液としてステンレス製容器に入れた。
25万CV/gのタンタル粉を直径0.29mmのタンタル線(リード線)と共に成形した。これを1290℃にて30分間真空焼成し、大きさ1.0mm×1.5mm×4.5mmの焼結体を複数個得た。得られた焼結体の1.0mm×1.5mm面の中央に、直径0.29mmの前記リード線が、焼結体外部に8mm、焼結体内部に3.2mmとなるように垂直に植立されていた。該リード線に、内径0.26mm、外径0.80mmおよび厚さ0.20mmのテトラフルオロエチレン製のワッシャーを、焼結体から0.20mm離れた位置に取り付けた。
〔化成処理〕
この焼結体を2質量%の燐酸水溶液に浸し、80℃、8Vで300分間電解酸化して、焼結体表面を誘電体層に化成した。なお、焼結体は全体が液中に没し且つワッシャーの上部が液に接するように浸漬した。
誘電体層が形成された焼結体を10質量%のトルエンスルホン酸鉄(III)水溶液に浸漬した。焼結体を水溶液から引き上げて室温にて乾燥させた。この浸漬−乾燥の操作をさらに4回(合計5回)行った。
その後、前記焼結体を20質量%の3,4−エチレンジオキシチオフェンモノマーのエタノール溶液に浸漬した。該焼結体を該エタノール溶液から引き上げて室温にて乾燥させた。
〔電解重合〕
次いで、前記電解重合液に、焼結体全体が液中に没し且つワッシャーの下部が液に接するように、焼結体を浸漬した。リード線を陽極に、ステンレス製容器を陰極にして、室温下で電流を、先ず40μAで15分間、次いで80μAで45分間、最後に120μAで10分間流して電解重合を行った。焼結体を電解重合液から引き上げて、洗浄し、乾燥させた(第1回目)。この浸漬−電解重合−洗浄−乾燥の操作をさらに1回行った(第2回目)。
電流のパターンを、80μAで30分間、次いで120μAで30分間に変えた以外は、上記と同じ手法で浸漬−電解重合−洗浄−乾燥の操作を2回行った(第3回目と第4回目)。
電流のパターンを、120μAで30分間、次いで140μAで40分間に変えた以外は、上記と同じ手法で浸漬−電解重合−洗浄−乾燥の操作を2回行った(第5回目と第6回目)。
次いで、電流のパターンを、80μAで15分間、次いで60μAで50分間、最後に40μAで30分間に変えた以外は、上記と同じ手法で浸漬−電解重合−洗浄−乾燥の操作を1回行った(第7回目)。
このようにして焼結体の表面に在る誘電体層の上に導電性高分子を形成させた。
〔再化成処理〕
その後、導電性高分子が誘電体層上に形成された焼結体を2質量%の燐酸水溶液に浸し、80℃、5Vで20分間電解酸化した。
次いで、カーボンペースト層および銀ペースト層を順次積層し、コンデンサ素子を作製した。
別途用意した、厚さ100μmのリードフレーム(下地に厚さ0.6μmのニッケルがメッキされ、且つ最表面に厚さ5μmの錫がメッキされた銅合金製)の陰極部に、コンデンサ素子2個を1.5mm×4.5mm面をフレームに接するように並列に方向を揃えて載置し、銀ペーストで接続すると共に、所定寸法に切断したリード線部をリードフレームの陽極部に溶接で接続した。リードフレームの一部を残してコンデンサ素子を樹脂で封入し、樹脂封止体側面からはみ出たリードフレームを所定位置で切断し、樹脂封止体に沿って2回折り曲げ加工をすることにより、樹脂封止体の下面にフレーム先端を有する、大きさ7.3mm×4.3mm×1.8mm、定格2.5Vのチップ状固体電解コンデンサ320個を得た。LCが0.1CVμA以下のコンデンサの歩留まりは90%以上であった。得られたコンデンサの性能を表1に示す。なお、表1の数値は、作製した320個のコンデンサのうち、漏れ電流(LC)が0.1CVμA以下のコンデンサの平均値である。容量は120Hz、ESLは500kHzにて測定した値である。測定はアジレント社製LCRメーターを用いて行った。
比較例1
エチレングリコール250質量部、水525質量部、およびアントラキノンスルホン酸ドーパント7.5質量部を混ぜ合わせて混合溶媒を得た。これに、3,4−エチレンジオキシチオフェン3.7質量部を添加して、ホモジナイザー(マイクロテック・ニチオン社製NS−51)でホモジナイズド処理した。3,4−エチレンジオキシチオフェンは全てが溶け切れず、二層分離した液が得られた。これを電解重合液とした以外は実施例1と同じ手法で固体電解コンデンサを得た。LCが0.1CVμA以下のコンデンサの歩留まりは90%以上であった。得られたコンデンサの性能を表1に示す。
実施例2
エチレングリコール250質量部をプロピレングリコール388.5質量部に、3,4−エチレンジオキシチオフェンの量を4.5質量部に、水の量を375質量部に、アントラキノンスルホン酸ドーパントの量を9.2質量部に変えた以外は、実施例1と同じ手法で固体電解コンデンサを得た。電解重合液は均質で透明なゾルであった。LCが0.1CVμA以下のコンデンサの歩留まりは90%以上であった。得られたコンデンサの性能を表1に示す。
比較例2
エチレングリコール250質量部をプロピレングリコール388.5質量部に、3,4−エチレンジオキシチオフェンの量を4.5質量部に、水の量を375質量部に、アントラキノンスルホン酸ドーパントの量を9.2質量部に変えた以外は、比較例1と同じ手法で固体電解コンデンサを得た。電解重合液は二層分離した液であった。LCが0.1CVμA以下のコンデンサの歩留まりは90%以上であった。得られたコンデンサの性能を表1に示す。
実施例3
3,4−エチレンジオキシチオフェン3.7質量部をピロール3.3質量部に、アントラキノンスルホン酸ドーパントの量を7.0質量部に変えた以外は実施例1と同じ手法で固体電解コンデンサを得た。電解重合液は均質で透明なゾルであった。LCが0.1CVμA以下のコンデンサの歩留まりは90%以上であった。得られたコンデンサの性能を表1に示す。
比較例3
3,4−エチレンジオキシチオフェン3.7質量部をピロール3.3質量部に、アントラキノンスルホン酸ドーパントの量を7.0質量部に変えた以外は比較例1と同じ手法で固体電解コンデンサを得た。電解重合液は二層分離した液であった。LCが0.1CVμA以下のコンデンサの歩留まりは90%以上であった。得られたコンデンサの性能を表1に示す。
なお、比較例の結果から、前記重合性材料の量は溶媒に対する溶解度よりも過剰であり本来溶解し得ない量であると考えられる。ところが、実施例で得られた電解重合液はすべて、均質で透明である。そこで、実施例で得られた電解重合液は、「溶液」ではなく、「ゾル」であると判断した。
Figure 0005689567
表1に示すとおり、本発明の製造方法で得られる固体電解コンデンサ(実施例)は、従来法で得られる固体電解コンデンサ(比較例)に比べて、ESL(等価直列インダクタンス)が格段に低い。

Claims (11)

  1. 導電性高分子に成り得る重合性材料を含有するゾルの中において、前記重合性材料を電解重合することを含み、
    前記ゾルが、導電性高分子に成り得る重合性材料を水溶性有機溶媒に溶解させて溶液を得、該溶液をホモジナイズド処理しながら水に添加することによって得られるものである、
    導電性高分子の製造方法。
  2. 重合性材料が、チオフェン骨格を有する化合物およびピロール骨格を有する化合物からなる群から選ばれる少なくとも一つである請求項1に記載の導電性高分子の製造方法。
  3. ゾルに含まれる重合性材料の量が2〜7g/Lである請求項1または2に記載の導電性高分子の製造方法。
  4. ゾルを構成する分散質は、体積基準累積粒度分布における50%径が0.5〜1000nmである、請求項1〜のいずれかひとつに記載の導電性高分子の製造方法。
  5. ゾルはドーパントをさらに含有する、請求項1〜のいずれかひとつに記載の導電性高分子の製造方法。
  6. 誘電体層を表面に有する陽極体の存在下に、請求項1〜のいずれかひとつに記載の製造方法を行うことによって、陽極体の表面に在る誘電体層の上に導電性高分子層を形成することを含む固体電解コンデンサの製造方法。
  7. 電解重合が、陽極体を陽極に、ゾル中に設けた対電極を陰極にして行なわれる請求項に記載の固体電解コンデンサの製造方法。
  8. 誘電体層を表面に有する陽極体を導電性高分子に成り得る重合性材料の水溶性有機溶媒溶液に浸漬し、引き上げて、次いで導電性高分子に成り得る重合性材料を含有するゾルに浸漬すること、および
    前記陽極体の存在下に、導電性高分子に成り得る重合性材料を含有するゾルの中において、前記重合性材料を電解重合することによって、陽極体の表面に在る誘電体層の上に導電性高分子層を形成すること、
    を含む
    固体電解コンデンサの製造方法。
  9. 電解重合が、陽極体を陽極に、ゾル中に設けた対電極を陰極にして行なわれる請求項8に記載の固体電解コンデンサの製造方法。
  10. 導電性高分子に成り得る重合性材料、水、および水溶性有機溶媒を含有するゾルからなり
    前記ゾルが、導電性高分子に成り得る重合性材料を水溶性有機溶媒に溶解させて溶液を得、該溶液をホモジナイズド処理しながら水に添加することによって得られるものである、
    導電性高分子製造用電解重合液。
  11. ゾルはさらにドーパントを含有する請求項10に記載の導電性高分子製造用電解重合液。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110349762B (zh) * 2019-07-22 2021-06-11 丰宾电子(深圳)有限公司 一种固体电解质铝电解电容器的制造方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05175081A (ja) * 1991-12-20 1993-07-13 Asahi Glass Co Ltd 固体電解コンデンサおよびその製造方法
JP2000353641A (ja) * 1999-06-14 2000-12-19 Nec Corp 固体電子素子の製造方法
JP2003100561A (ja) * 2001-07-16 2003-04-04 Matsushita Electric Ind Co Ltd 固体電解コンデンサの製造方法
WO2011108255A1 (ja) * 2010-03-01 2011-09-09 日本ケミコン株式会社 固体電解コンデンサの製造方法及び固体電解コンデンサ

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6037114A (ja) 1983-08-09 1985-02-26 昭和電工株式会社 固体電解コンデンサ
JPH0788424B2 (ja) * 1987-07-24 1995-09-27 株式会社小松製作所 フィルム状導電性高分子の製造方法
US6328874B1 (en) * 1998-01-05 2001-12-11 Mcdonnell Douglas Corporation Anodically formed intrinsically conductive polymer-aluminum oxide composite as a coating on aluminum
ATE404609T1 (de) * 2002-09-24 2008-08-15 Du Pont Wasserdispergierbare polythiophene hergestellt unter verwendung von kolloiden auf basis von polymersäuren
WO2007004556A1 (ja) 2005-06-30 2007-01-11 Showa Denko K. K. 固体電解コンデンサ素子の製造方法
WO2009099127A1 (ja) * 2008-02-05 2009-08-13 Showa Denko K.K. 電子部品用素子
CN102020832B (zh) * 2010-11-25 2012-08-29 武汉大学 一种导电聚3,4-乙烯二氧噻吩膜及制备方法
CN101979438B (zh) * 2010-11-25 2012-08-08 武汉大学 一种导电聚吡咯的制备方法
US9076592B2 (en) * 2012-03-16 2015-07-07 Avx Corporation Wet capacitor cathode containing a conductive coating formed anodic electrochemical polymerization of a microemulsion

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05175081A (ja) * 1991-12-20 1993-07-13 Asahi Glass Co Ltd 固体電解コンデンサおよびその製造方法
JP2000353641A (ja) * 1999-06-14 2000-12-19 Nec Corp 固体電子素子の製造方法
JP2003100561A (ja) * 2001-07-16 2003-04-04 Matsushita Electric Ind Co Ltd 固体電解コンデンサの製造方法
WO2011108255A1 (ja) * 2010-03-01 2011-09-09 日本ケミコン株式会社 固体電解コンデンサの製造方法及び固体電解コンデンサ

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