JPWO2016194277A1 - 電解コンデンサおよび導電性高分子分散体 - Google Patents

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Abstract

電解コンデンサは、陽極体、前記陽極体上に形成された誘電体層、および前記誘導体層の少なくとも一部を覆う導電性高分子層を含む。導電性高分子層は、導電性高分子と、高分子ドーパントとを含む。高分子ドーパントは、(A)スルホン酸基を有する第1モノマーに由来する第1ユニットと、(B)カルボキシ基を有する第2モノマーに由来する第2ユニットと、(C)ヒドロキシ基を有する第3モノマーに由来する第3ユニットと、を含む第1共重合体を含む。

Description

本開示は、導電性高分子層を有する電解コンデンサ、および導電性高分子層を形成するのに有用な導電性高分子分散体に関する。
小型かつ大容量で低ESRのコンデンサとして、誘電体層を形成した陽極体と、誘電体層の少なくとも一部を覆うように形成された導電性高分子層とを具備する電解コンデンサが有望視されている。導電性高分子層は、π共役系高分子とドーパントを含んでいる。ドーパントを用いることで、π共役系高分子に高い導電性が付与される。
ドーパントとしては、ポリスチレンスルホン酸などのスルホン酸基を有する高分子ドーパントを用いる場合がある。特許文献1では、スルホン酸基を有するモノマーとキレート能を有するモノマーとの共重合体を、高分子ドーパントとして用いることが提案されている。
国際公開第2011/004833号パンフレット
しかし、特許文献1に記載のドーパントを用いても、耐湿性が十分ではない場合がある。
本開示の一局面における電解コンデンサは、陽極体、前記陽極体上に形成された誘電体層、および前記誘導体層の少なくとも一部を覆う導電性高分子層を含む。導電性高分子層は、導電性高分子と、高分子ドーパントとを含む。高分子ドーパントは、(A)スルホン酸基を有する第1モノマーに由来する第1ユニットと、(B)カルボキシ基を有する第2モノマーに由来する第2ユニットと、(C)ヒドロキシ基を有する第3モノマーに由来する第3ユニットと、を含む第1共重合体を含む。
本開示の他の一局面における電解コンデンサは、陽極体、前記陽極体上に形成された誘電体層、および前記誘導体層の少なくとも一部を覆う導電性高分子層を含む。導電性高分子層は、導電性高分子と、高分子ドーパントとを含む。高分子ドーパントは、(A1)スルホン酸基を有する第1aモノマーに由来する第1aユニットと、(B)カルボキシ基を有する第2モノマーに由来する第2ユニットと、を含む第2共重合体、および、(A2)スルホン酸基を有する第1bモノマーに由来する第1bユニットと、(C)ヒドロキシ基を有する第3モノマーに由来する第3ユニットと、を含む第3共重合体を含む。
本開示のさらに他の一局面における導電性高分子分散体は、導電性高分子と、高分子ドーパントと、溶媒とを備える。高分子ドーパントは、(A)スルホン酸基を有する第1モノマーに由来する第1ユニットと、(B)カルボキシ基を有する第2モノマーに由来する第2ユニットと、(C)ヒドロキシ基を有する第3モノマーに由来する第3ユニットと、を含む第1共重合体を含む。
本開示のさらに他の一局面における導電性高分子分散体は、導電性高分子と、高分子ドーパントと、溶媒とを含む。高分子ドーパントは、(A1)スルホン酸基を有する第1aモノマーに由来する第1aユニットと、(B)カルボキシ基を有する第2モノマーに由来する第2ユニットと、を含む第2共重合体、および、(A2)スルホン酸基を有する第1bモノマーに由来する第1bユニットと、(C)ヒドロキシ基を有する第3モノマーに由来する第3ユニットと、を含む第3共重合体を含む。
本開示によれば、電解コンデンサにおいて、修復機能とともに耐湿性を高めることができる。
図1は、本開示の一実施形態に係る電解コンデンサの断面模式図である。 図2は、図1の実線αで囲まれた領域の拡大図である。
[電解コンデンサ]
本開示の一実施形態に係る電解コンデンサは、陽極体、陽極体上に形成された誘電体層、および誘導体層の少なくとも一部を覆う導電性高分子層を含む。導電性高分子層は、導電性高分子と、高分子ドーパントとを含む。
高分子ドーパントは、(A)スルホン酸基を有する第1モノマーに由来する第1ユニットと、(B)カルボキシ基を有する第2モノマーに由来する第2ユニットと、(C)ヒドロキシ基を有する第3モノマーに由来する第3ユニットと、を含む第1共重合体を含む第1高分子ドーパントである。
また、高分子ドーパントは、(A1)スルホン酸基を有する第1aモノマーに由来する第1aユニットと、(B)カルボキシ基を有する第2モノマーに由来する第2ユニットと、を含む第2共重合体、および、(A2)スルホン酸基を有する第1bモノマーに由来する第1bユニットと、(C)ヒドロキシ基を有する第3モノマーに由来する第3ユニットと、を含む第3共重合体を含む第2高分子ドーパントであってもよい。
高分子ドーパントにカルボキシ基を含ませることにより、電解コンデンサの修復機能が向上する。一方、水分の存在下では、高分子ドーパントに含まれるスルホン酸基やカルボキシ基などの親水性基が、水和反応したり、水に再溶解したりする場合がある。これにより、導電性高分子層の体積膨張や電気伝導度低下などの物性変化が生じ、コンデンサのESRの増大や短絡が生じ易くなる。すなわち、耐湿性が低下する。
そこで、高分子ドーパントに、さらにヒドロキシ基を含ませる。スルホン酸基およびカルボキシ基とともにヒドロキシ基を含む高分子ドーパントを、誘電体層が形成された陽極体に含浸させ、加熱処理を行って、導電性高分子層を形成することにより、カルボキシ基の一部はヒドロキシ基の一部と分子内および/または分子間で縮合し、エステルを形成する。これにより、導電性高分子層の親水性が低下する。カルボキシ基の残部は、そのまま導電性高分子層に含まれる。よって、修復機能を向上させながら、耐湿性を向上させることができる。
ヒドロキシ基は、ヒドロキシ基を有する第3モノマーを、スルホン酸基を有する第1モノマーおよびカルボキシ基を有する第2モノマーとの共重合体(第1共重合体)として、高分子ドーパント(第1高分子ドーパント)に含ませてもよい。また、ヒドロキシ基は、ヒドロキシ基を有する第3モノマーを、スルホン酸基を有する第1bモノマーとの共重合
体(第3共重合体)として、高分子ドーパント(第2高分子ドーパント)に含ませてもよい。後者の場合、第2高分子ドーパントには、さらに、スルホン酸基を有する第1aモノマーとカルボキシ基を有する第2モノマーとの共重合体(第2共重合体)を含ませる。
本開示の一実施形態に係る電解コンデンサについて、図1および図2を参照しながら具体的に説明する。
電解コンデンサ1は、コンデンサ素子11と、コンデンサ素子11を封止する樹脂外装体12と、樹脂外装体12の外部にそれぞれ露出する陽極端子13および陰極端子14と、を備えている。コンデンサ素子11は、箔状または板状の陽極体2と、陽極体2を覆う誘電体層3と、誘電体層3を覆う陰極部15とを含む。陽極端子13は、陽極体2と電気的に接続し、陰極端子14は、陰極部15と電気的に接続している。樹脂外装体12はほぼ直方体の外形を有しており、これにより、電解コンデンサ1もほぼ直方体の外形を有している。
陽極体2と陰極部15とは、誘電体層3を介して対向している。陰極部15は、誘電体層3を覆う導電性高分子層4と、導電性高分子層4を覆う陰極層5とを有している。図示例の陰極層5は、2層構造であり、導電性高分子層4と接触するカーボン層5aと、カーボン層5aの表面を覆う銀ペースト層5bと、を有している。
陰極部15から突出した陽極体2の端部のうち、陰極部15に隣接する領域には、陽極体2の表面を帯状に覆うように絶縁性の分離部16が形成され、陰極部15と陽極体2との接触が規制されている。陰極部15から突出した陽極体2の端部は、陽極端子13の第1端部13aと、溶接などにより電気的に接続されている。一方、陰極部15の最外層に形成された陰極層5は、陰極端子14の第1端部14aと、導電性接着材17(例えば熱硬化性樹脂と金属粒子との混合物)を介して、電気的に接続されている。陽極端子13の第2端部13bおよび陰極端子14の第2端部14bは、それぞれ樹脂外装体12の異なる側面から引き出され、一方の主要平坦面(図1では下面)まで露出状態で延在している。この平坦面における各端子の露出箇所は、電解コンデンサ1を搭載すべき基板(図示せず)との半田接続などに用いられる。
誘電体層3は、陽極体2を構成する導電性材料の表面の一部に形成されている。具体的には、誘電体層3は、陽極体2を構成する導電性材料の表面を陽極酸化することにより形成することができる。従って、誘電体層3は、図2に示すように、陽極体2の表面(内側の表面の孔や窪みの内壁面を含む)に沿って形成されている。
図示例では、第1導電性高分子層4aは、誘電体層3を覆うように形成されており、第2導電性高分子層4bは、第1導電性高分子層4aを覆うように形成されている。ただし、導電性高分子層の構造は特に限定されず、単層構造でもよく、2層以上の多層構造でもよい。第1導電性高分子層4aは、必ずしも誘電体層3の全体(表面全体)を覆う必要はなく、誘電体層3の少なくとも一部を覆うように形成されていればよい。同様に、第2導電性高分子層4bは、必ずしも第1導電性高分子層4aの全体(表面全体)を覆う必要はなく、第1導電性高分子層4aの少なくとも一部を覆うように形成されていればよい。図示例では、第1導電性高分子層4aおよび第2導電性高分子層4bを導電性高分子層4として示したが、一般に、第1導電性高分子層4a、第2導電性高分子層4b、および導電性高分子層4などの導電性高分子を含む層を、固体電解質層と称する場合がある。
誘電体層3は、陽極体2の表面に沿って形成されるため、誘電体層3の表面には、陽極体2の表面の形状に応じて、凹凸が形成されている。第1導電性高分子層4aは、このような誘電体層3の凹凸を埋めるように形成することが好ましい。
以下、電解コンデンサの構成について、より詳細に説明する。
(陽極体)
陽極体2としては、表面積の大きな導電性材料が使用できる。導電性材料としては、弁作用金属、弁作用金属を含む合金、および弁作用金属を含む化合物などが例示できる。これらの材料は一種を単独でまたは二種以上を組み合わせて使用できる。弁作用金属としては、例えば、チタン、タンタル、アルミニウム、および/またはニオブが好ましく使用される。これらの金属は、その酸化物も含め、誘電率が高いため、陽極体2の構成材料として適している。陽極体2は、例えば、導電性材料で形成された基材(箔状または板状の基材など)の表面を粗面化したもの、および導電性材料の粒子の成形体またはその焼結体などが挙げられる。
(誘電体層)
誘電体層3は、陽極体2表面の導電性材料を、化成処理などにより陽極酸化することで形成される。そのため、誘電体層3は、導電性材料(特に、弁作用金属)の酸化物を含む。例えば、弁作用金属としてタンタルを用いた場合、誘電体層3はTa25を含み、弁作用金属としてアルミニウムを用いた場合、誘電体層3はAl23を含む。なお、誘電体層3はこれに限らず、誘電体として機能するものであればよい。陽極体2が箔状または板状であり、その表面が粗面化されている場合、誘電体層3は、図2に示すように、陽極体2の表面の孔や窪み(ピット)の内壁面に沿って形成される。
(導電性高分子層)
導電性高分子層4は、誘電体層3の少なくとも一部を覆うように形成されていればよく、誘電体層3の表面全体を覆うように形成されていてもよい。陽極体2は、大きな表面積を有しており、外表面だけでなく、より内側の表面の孔や窪みの内壁面にも誘電体層3が形成される。このような内壁面に形成された誘電体層3上にも導電性高分子層4を形成し、導電性高分子層4による被覆率を高めることが好ましい。
導電性高分子層4は、導電性高分子とドーパントとを含む。ドーパントは、導電性高分子にドープされた状態で導電性高分子層4に含まれていてもよい。また、ドーパントは、導電性高分子と結合した状態で導電性高分子層4に含まれていてもよい。導電性高分子層4は、ドーパントとして、少なくとも第1高分子ドーパントまたは第2高分子ドーパントを含んでいればよく、さらに第1/第2高分子ドーパント以外のドーパント(後述する低分子ドーパント、第3高分子ドーパントなど)を含んでいてもよい。
(導電性高分子)
導電性高分子としては、電解コンデンサに使用される公知のもの、例えば、π共役系導電性高分子などが使用できる。このような導電性高分子としては、例えば、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリフラン、ポリアニリン、ポリアセチレン、ポリフェニレン、ポリフェニレンビニレン、ポリアセン、および/またはポリチオフェンビニレンなどを基本骨格とする高分子が挙げられる。
このような高分子には、単独重合体、二種以上のモノマーの共重合体、およびこれらの誘導体(置換基を有する置換体など)も含まれる。例えば、ポリチオフェンには、ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)などが含まれる。このような導電性高分子は、導電性が高く、ESR特性に優れている。導電性高分子は、一種を単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。導電性高分子の重量平均分子量は、特に限定されないが、例えば1,000〜1,000,000である。
導電性高分子は、例えば、導電性高分子の原料(導電性高分子の前駆体)を重合することにより得ることができる。第1高分子ドーパントが結合またはドープされた導電性高分子は、第1高分子ドーパントの存在下で、導電性高分子の前駆体を重合させることにより得ることができる。導電性高分子の前駆体としては、導電性高分子を構成するモノマー、および/またはモノマーがいくつか連なったオリゴマーなどが例示できる。重合方法としては、化学酸化重合および電解酸化重合のいずれも採用することができる。
第2高分子ドーパントが結合またはドープされた導電性高分子は、上記第2共重合体と、上記第3共重合体と、導電性高分子の前駆体と、を含む重合液を用いて、重合させることにより得られる。
また、第2共重合体を含む導電性高分子P2および第3共重合体を含む導電性高分子P3をそれぞれ重合させた後、これらを混合してもよい。すなわち、第2共重合体と導電性高分子の前駆体とを含む重合液を用いて、第2共重合体を含む導電性高分子P2を重合する。別途、第3共重合体と導電性高分子の前駆体とを含む重合液を用いて、第3共重合体を含む導電性高分子P3を重合する。最後に、両者を所定の割合で混合することにより、第2高分子ドーパントが結合またはドープされた導電性高分子を得ることができる。
なかでも、導電性高分子層4に含まれる第1(1aおよび1b)ユニット、第2ユニットおよび第3ユニットの割合を調整し易い点で、後者の方法により、第2高分子ドーパントが結合またはドープされた導電性高分子を得ることが好ましい。このとき、導電性高分子P2および導電性高分子P3の重合に用いられる導電性高分子の前駆体の種類は、それぞれ同じであってもよいし、異なっていてもよい。
電解酸化重合は、導電性高分子の原料を含む重合液に、例えば、0.05mA/cm2〜10mA/cmの定電流、または0.5V〜10Vの定電圧を印加すれば進行する。重合液には、重合を促進させるために触媒を加えてもよい。触媒としては、硫酸第一鉄、硫酸第二鉄などを用いることができる。電解酸化重合は、必要に応じて、第1/第2高分子ドーパントの存在下で行ってもよい。
化学酸化重合は、導電性高分子の原料と酸化剤と混合することで進行する。化学酸化重合の際に用いる酸化剤としては、例えば、過硫酸塩(過硫酸アンモニウム、過硫酸ナトリウム、過硫酸カリウムなど)、スルホン酸金属塩などが用いられる。このとき、触媒として硫酸第一鉄、硫酸第二鉄などを用いてもよい。化学酸化重合は、必要に応じて、第1/第2高分子ドーパントの存在下で行ってもよい。
重合は、必要に応じて、導電性高分子の原料(および第1/第2高分子ドーパント)を溶解または分散させる溶媒(第1溶媒)を用いてもよい。第1溶媒としては、水、水溶性有機溶媒、およびこれらの混合物などが挙げられる。水溶性有機溶媒としては、特に限定されず、例えば、アセトン、テトラヒドロフラン、メタノール、エタノール、イソプロパノール、および/またはN−メチル−2−ピロリドンなどが挙げられる。第1溶媒を用いて導電性高分子を合成する場合、導電性高分子は、第1溶媒に分散した状態で得られる。その後、必要に応じて、未反応のモノマー、未ドープもしくは過剰なドーパント、過硫酸塩、触媒などの不純物を、透析、イオン交換法などにより、除去することが好ましい。
導電性高分子は、誘電体層を有する陽極体に付着させる前に予め合成しておいてもよい。また、化学酸化重合の場合には、導電性高分子の重合を、誘電体層を有する陽極体の存在下で行うこともできる。
(第1高分子ドーパント)
第1高分子ドーパントは、第1モノマーと第2モノマーと第3モノマーとの第1共重合体を含む。第1モノマーは、重合性基およびスルホン酸基を有する。第2モノマーは、重合性基およびカルボキシ基を有する。第3モノマーは、重合性基およびヒドロキシ基を有する。
共重合体は、第1〜第3モノマーのランダム共重合体、ブロック共重合体、グラフト共重合体のいずれであってもよいが、導電性高分子層の全体で均一な修復機能を得る観点からは、ランダム共重合体が好ましい。
なお、第1高分子ドーパントにおけるアニオン性基(具体的には、スルホン酸基、カルボキシ基およびヒドロキシ基)は、解離した状態でアニオンを生成することができる限り特に制限されず、上記のアニオン性基の塩(ナトリウム塩などの金属塩(アルカリ金属塩など)、アンモニウム塩、スルホニウム塩、ホスホニウム塩など)、またはエステルなどであってもよい。アニオン性基が塩やエステルを形成した第1高分子ドーパントを用いた電解コンデンサも本開示に包含される。
第1モノマー、第2モノマーおよび第3モノマーにおいて、重合性基は、ラジカル重合性を示す基が好ましく、例えば炭素間二重結合、炭素間三重結合などである。
第1モノマーとしては、スルホン酸基を有するビニルモノマー、スルホン酸基を有するジエンモノマー(例えばイソプレンスルホン酸)などが例示できる。スルホン酸基を有するビニルモノマーとしては、ビニルスルホン酸、アリルスルホン酸、2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸などのスルホン酸基を有する脂肪族ビニルモノマー;スチレンスルホン酸またはその置換体(ビニルトルエンスルホン酸など)などのスルホン酸基を有する芳香族ビニルモノマーなどが例示できる。
第1モノマーには、スルホン酸基を有するビニルモノマーやスルホン酸基を有するジエンモノマーの塩(ナトリウム塩などの金属塩(アルカリ金属塩など)、アンモニウム塩、スルホニウム塩、ホスホニウム塩など)など)も含まれる。第1高分子ドーパントは、第1ユニットを一種含んでいてもよく、二種以上含んでいてもよい。第1ユニットとしては、スルホン酸基を有する芳香族ビニルユニット(その塩も含む)が好ましい。
第2モノマーは、耐湿性の観点から、重合性基と、式(1):
−CO−R1−COOH
(式中、R1は、炭素数が1〜8の脂肪族炭化水素基、芳香族基、または二価基−OR2−を示し、R2は、炭素数が1〜8の脂肪族炭化水素基、または芳香族基を示す。)
で表わされるカルボキシ基と、を有することが好ましい。
1で表される脂肪族炭化水素基としては、鎖状炭化水素基(1,2−エチレン、プロピレン、トリメチレンなどのC2-8アルキレン基;メチレン、エチリデンなどのC1-8アルキリデン基;ビニレン、1−プロペン−1,3−ジイルなどのC2-8アルケニレン基など)、環状脂肪族炭化水素基(シクロヘキサン−1,4−ジイルなどのC4-8シクロアルキレン基など)などが挙げられる。高分子ドーパントの分子量のばらつきを抑制して、収率を高める観点からは、脂肪族炭化水素基のうち、アルキレン基、アルキリデン基およびシクロアルキレン基などが好ましく、特に、C2-6アルキレン基(特に、C2-4アルキレン基など)、C1-6アルキリデン基(特に、C1-4アルキリデン基など)、C5-8シクロアルキレン基(特に、C5-6シクロアルキレン基など)などが好ましい。なお、脂肪族炭化水素基は、ヒドロキシル基、アルコキシ基などの置換基を有していてもよい。
1で表される芳香族基としては、例えば、フェニレン、トリレン、ナフチレン、ビフェニレンなどのC6-12アリーレン基(好ましくはC6-10アリーレン基)が挙げられる。アリーレン基の芳香環には、置換基(例えば、メチル基などのアルキル基、ヒドロキシル基、アルコキシ基など)を有していてもよい。
1に隣接する2つのカルボニル基に対するR1で表される環状脂肪族炭化水素基または芳香族基の結合手の位置は、R1を構成する炭化水素環(脂環式炭化水素環または芳香環)の員数に応じて、炭化水素環のいずれの炭素原子上であってもよい。例えば、一方のカルボニル基に結合した炭化水素環の炭素原子を1位とするとき、他方のカルボニル基に結合する炭素原子は、2位、3位、または4位などであってもよく、なかでも、2位、または3位などが好ましい。
1で表される二価基−OR2−において、R2で表される脂肪族炭化水素基および芳香族基としては、それぞれ、R1について例示した脂肪族炭化水素基および芳香族基から選択できる。親水性を高める観点からは、R2としては、C2-6アルキレン基またはC1-6アルキリデン基が好ましく、C2-4アルキレン基またはC1-4アルキリデン基がさらに好ましく、C2-3アルキレン基またはC1-3アルキリデン基が特に好ましい。
第2モノマーは、上記の重合性基とカルボキシ基とを少なくとも有していればよく、重合性基と、カルボキシ基と、これらの基を連結する連結基とを有していてもよい。第2モノマーとしては、カルボキシ基を有するビニルモノマーまたはジエンモノマー、カルボキシ基と連結基とを有するビニルモノマーまたはジエンモノマーなどが挙げられる。第1高分子ドーパントは、第2ユニットを一種含んでいてもよく、二種以上含んでいてもよい。第2モノマーは、カルボキシ基を2つ以上有していてもよい。この場合、カルボキシ基は互いに同じ構造であってもよく、異なる構造であってもよい。
連結基としては、特に制限されず、R1で例示したような脂肪族炭化水素基(アルキレン基、アルキリデン基など)または芳香族基(アリーレン基など)などであってもよく、酸素原子、窒素原子、および/またはイオウ原子などのヘテロ原子を含む二価基であってもよい。
連結基は、重合性基と式(1)で示されるカルボキシ基とを連結し易い観点から、カルボニル−アルキレンジオキシ基(−CO−O−Ra−O−)、カルボニル−ポリ(オキシアルキレン)オキシ基(−CO−(O−Rbn−O−)などが連結基として好ましい。ここで、Raは、R1で例示したようなアルキレン基(好ましくは、C2-3アルキレン基)を示し、Rbは、エチレン、プロピレンなどのC2-3アルキレン基を示す。オキシアルキレン基の繰り返し数を示すnは、2〜10の整数である。このような連結基を有する第2モノマーとしては、(メタ)アクリル酸、マレイン酸、フマル酸などの重合性不飽和カルボン酸およびカルボキシ基に対応するジカルボン酸と、アルキレングリコール(HO−Ra−OH)またはポリアルキレングリコール(H−(O−Rbn−OH)とのエステルが挙げられる。なお、本明細書中、アクリル酸およびメタクリル酸を(メタ)アクリル酸と総称する。
特に、オキシC2-3アルキレン基やポリオキシC2-3アルキレン基を含む第2モノマーは、親水性が高いため、水への溶解性または分散性が高いと考えられる。そのため、このような第2モノマーを用いることで、高分子ドーパントの合成が容易になり、収率を向上できるとともに、分子量のばらつきを抑制し易くなる。
このようなオキシアルキレン基またはポリオキシアルキレン基を有する第2ユニットとしては、例えば、下記式(1a):
−CH2−CR34
(式中、R3は、水素原子またはメチル基であり、R4は、−CO−(OCH2CH2n1−O−CO−R1a−COOHであり、n1は、1〜10の整数であり、R1aは、炭素数が1〜8の脂肪族炭化水素基、または芳香族基である。)
で表されるユニット、または下記式(1b):
−CHR5−CHR6
(式中、R5は、カルボキシ基、または−CO−(OCH2CH2n2−O−CO−R1b−COOHであり、R6は、−CO−(OCH2CH2n3−O−CO−R1c−COOHであり、n2およびn3は、それぞれ、1〜10の整数であり、R1bおよびR1cは、それぞれ、炭素数が1〜8の脂肪族炭化水素基、または芳香族基である。)
で表されるユニットなどが好ましい。
1a、R1bおよびR1cは、それぞれ、カルボキシ基(1)のR1に対応する。R1a、R1bおよびR1cで表される脂肪族炭化水素基および芳香族基としては、それぞれ、R1について例示したものから選択できる。オキシエチレン基の繰り返し数であるn1、n2およびn3は、それぞれ、1〜5の整数であることが好ましく、1〜3であることがより好ましい。
第2ユニットがエステル結合(−CO−O−)を含む場合、高分子ドーパントの極性を高めることができ、誘電体層の修復性をさらに向上することができる。また、高分子ドーパントを、容易に、しかも安定して合成することができる。
第3モノマーは、耐湿性の観点から、重合性基と、下記式(2a):
−(O−R7−OH
(式中、R7は、炭素数が2〜10の脂肪族炭化水素基であり、nは1〜10を表す。)
で表されるヒドロキシ基、または、下記式(2b):
−NH−R−OH
(式中、Rは、炭素数が1〜10の脂肪族炭化水素基である。)
で表されるヒドロキシ基を有することが好ましい。
式(2a)において、R7で表される脂肪族炭化水素基としては、鎖状炭化水素基(エチレン、プロピレン、ブチレン、トリメチレンなどのC2-10アルキレン基;エチリデン、プロピリデン、ブチリデンなどのC2-10アルキリデン基など)、環状脂肪族炭化水素基(シクロヘキサン−1,4−ジイルなどのC4-8シクロアルキレン基など)などが挙げられる。高分子ドーパントの分子量のばらつきを抑制して、収率を高める観点からは、R7は、C2-10アルキレン基であることが好ましく、C2-4アルキレン基であることがより好ましい。なお、脂肪族炭化水素基は、1つ以上のヒドロキシル基、アルコキシ基などの置換基を有していてもよい。
式(2b)において、R8で表される脂肪族炭化水素基としては、R7として例示したのと同じ脂肪族炭化水素基が例示できる。なかでも、同様の観点から、R7は、C2-10アルキレン基であることが好ましく、C2-4アルキレン基であることがより好ましい。
第3モノマーは、重合性基とヒドロキシ基とを少なくとも有していればよく、重合性基と、ヒドロキシ基と、これらの基を連結する連結基とを有していてもよい。連結基としては、第2モノマーで例示したのと同様の連結基を例示することができる。
第1共重合体に含まれる第1ユニットと第2ユニットと第3ユニットとの合計に占める、第2ユニットと第3ユニットとの合計の割合r1は、5〜50モル%であることが好ましく、10〜40モル%であることがより好ましく、15〜25モル%であることが特に好ましい。第2および第3ユニットの合計の割合がこのような範囲である場合、カルボキシ基とヒドロキシ基とのエステル化によって耐湿性がさらに向上するとともに、導電性高分子層による誘電体層の修復機能もさらに向上する。
耐湿性および修復機能のバランスの観点から、第1共重合体に含まれる第2ユニットと第3ユニットとの合計に占める、第2ユニットの割合は、20〜80モル%であることが好ましく、40〜60モル%であることがより好ましい。
第1共重合体は、第1ユニット、第2ユニットおよび第3ユニット以外の第4ユニットを含んでもよい。第4ユニットは、第1共重合体に一種含まれていてもよく、二種以上含まれていてもよい。ただし、第1高分子ドーパントにおいて、第1ユニット、第2ユニットおよび第3ユニットの合計割合は、第4ユニットの割合よりも多いことが好ましい。
第4ユニットに対応する第4モノマーとしては、第1モノマー、第2モノマーおよび第3モノマーのいずれかと共重合できるモノマーであれば特に制限されない。第4モノマーとしては、例えば、(メタ)アクリル酸、マレイン酸、フマル酸などの重合性不飽和カルボン酸またはその誘導体(例えば、エステル、アミド、イミドなど)などが挙げられる。
第1高分子ドーパントは、例えば、第1モノマー、第2モノマー、第3モノマー、および必要により第4モノマーを、重合(ラジカル重合など)することにより合成することができる。重合は、溶媒(第2溶媒)中で行うことができる。このような第2溶媒としては、水、水溶性有機溶媒(第1溶媒について例示した水溶性有機溶媒など)、およびこれらの混合物などが挙げられる。
具体的には、第1高分子ドーパントは、反応容器に、第2溶媒と、第1モノマー、第2モノマー、第3モノマー、および必要に応じて第4モノマーを含むモノマー溶液を収容して、反応容器内を脱酸素した後、重合開始剤を添加して、所定温度で重合を進行させることにより合成できる。モノマー溶液には、必要に応じて、分子量調整剤(例えば、チオール系化合物、キノン系化合物)を添加してもよい。急激な重合反応を避ける観点から、各モノマーやモノマー溶液を複数回に分けて反応容器に仕込んでもよい。
重合開始剤としては、特に限定されないが、パーオキサイド、過硫酸塩(過硫酸アンモニウム、過硫酸カリウムなど)、アゾ化合物などを用いることができる。パーオキサイドとしては、過酸化水素、クメンヒドロパーオキサイド、ジ−t−ブチルパーオキサイドなどが挙げられる。アゾ化合物としては、2,2’−アゾビス(4−メトキシ−2,4−ジメチルバレロニトリル)、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)、2,2’−アゾビスイソブチロニトリルなどが挙げられる。
第1高分子ドーパントは、第1共重合体以外の重合体、例えば、ポリエステルスルホン酸、フェノールスルホン酸ノボラック樹脂、第1モノマー、第2モノマーあるいは第3モノマーの単独重合体、第1モノマーと、第2モノマーとは異なる共重合性モノマー(リン酸基、ホスホン酸基、および/またはカルボキシ基などを有するビニルモノマーなど)との共重合体、第1モノマーと、第2モノマーおよび第3モノマーとは異なる共重合性モノマーとの共重合体なども含み得る。
(第2高分子ドーパント)
第2高分子ドーパントは、第1aモノマーと第2モノマーとの第2共重合体、および、第1bモノマーと第3モノマーとの第3共重合体を含む。第1aおよび第1bモノマーとしては、上記第1モノマーと同じモノマーが例示される。第1aモノマーと第1bモノマーとは、同じであってもよいし、異なっていてもよい。以下、第1モノマー、第1aモノマーおよび第1bモノマーを、併せて第1モノマーと称す場合がある。第2モノマーおよび第3モノマーとしては、それぞれ上記第2モノマーおよび第3モノマーと同じモノマーが例示される。
第2共重合体に含まれる第1aユニットと第2ユニットとの合計に占める第2ユニットの割合は、例えば、5〜50モル%であることが好ましく、10〜40モル%がより好ましく、15〜25モル%が特に好ましい。第3共重合体に含まれる第1bユニットと第3ユニットとの合計に占める、第3ユニットの割合r3は、5〜50モル%であることが好ましく、10〜40モル%がより好ましく、15〜25モル%が特に好ましい。第2ユニットおよび第3ユニットの割合がこのような範囲である場合、カルボキシ基とヒドロキシ基とのエステル化によって耐湿性がさらに向上するとともに、導電性高分子層による誘電体層の修復機能もさらに向上する。
耐湿性および修復機能のバランスの観点から、第2共重合体に含まれる第2ユニットと、第3共重合体に含まれる第3ユニットとの合計に占める、第2ユニットの割合は、20〜80モル%であることが好ましく、40〜60モル%であることがより好ましい。
第2および第3共重合体は、第1aユニット、第1bユニット、第2ユニットおよび第3ユニット以外の第4ユニットを含んでもよい。第4ユニットは、各共重合体に一種含まれていてもよく、二種以上含まれていてもよい。ただし、第2高分子ドーパントにおいて、第1aユニット、第1bユニット、第2ユニットおよび第3ユニットの合計割合は、第4ユニットの割合よりも多いことが好ましい。第4ユニットとしては、上記と同じユニットが例示される。
第2高分子ドーパントは、例えば、第1aモノマー、第2モノマー、および必要により第4モノマーを重合させた第2共重合体と、第1bモノマー、第3モノマー、および必要により第4モノマーを重合させた第3共重合体と、を混合することにより得ることができる。第2高分子ドーパントは、第2共重合体を含む導電性高分子P2および第3共重合体P3を含む導電性高分子をそれぞれ合成した後、両者を混合することにより得ることもできる。重合は、上記と同様の方法により行うことができる。
第2高分子ドーパントは、第2および第3共重合体以外の重合体を含み得る。このような重合体としては、第1高分子ドーパントで例示した第1重合体以外の重合体と同様のも
のが例示される。
(その他)
導電性高分子層4に含まれる第1/第2高分子ドーパントの量は、導電性高分子100質量部に対して、10〜1000質量部であることが好ましく、50〜200質量部であることがさらに好ましい。
導電性高分子層4は、必要に応じて、さらに他のドーパント(低分子ドーパントおよび/または第3高分子ドーパント)を含んでもよい。他のドーパントの割合は、第1/第2高分子ドーパント100質量部に対して5質量部以下であることが好ましい。
導電性高分子層4が、第1導電性高分子層4aと第2導電性高分子層4bとを含む場合、少なくとも第2導電性高分子層4bが第1/第2高分子ドーパントを含むことが好ましい。例えば、低分子ドーパントおよび/または第3高分子ドーパントを第1導電性高分子層4aに用い、第2導電性高分子層4bに第1/第2高分子ドーパントを用いてもよい。各種ドーパントは一種を単独で、または二種以上を組み合わせて使用できる。
低分子ドーパントとしては、スルホン酸基、カルボキシ基、リン酸基(−O−P(=O)(−OH)2)、および/またはホスホン酸基(−P(=O)(−OH)2)などのアニオン性基を有する化合物(低分子化合物(モノマー化合物))を用いることができる。このような化合物としては、例えば、ベンゼン、ナフタレン、およびアントラセンなどの芳香環(C6-14芳香環など)、または芳香環(C6-14芳香環など)と脂肪族環との縮合環に、アニオン性基が結合した環状化合物を用いることができる。アニオン性基としては、スルホン酸基が好ましく、スルホン酸基とスルホン酸基以外のアニオン性基との組み合わせでもよい。環状化合物を構成する芳香環および/または脂肪族環は、アニオン性基以外の置換基(例えば、メチル基などのアルキル基、オキソ基(=O)など)を有していてもよい。このような化合物の具体例としては、ベンゼンスルホン酸、p−トルエンスルホン酸などのアルキルベンゼンスルホン酸、ナフタレンスルホン酸、およびアントラキノンスルホン酸などが挙げられる。
第3高分子ドーパントとしては、例えば、スルホン酸基、リン酸基(−O−P(=O)(−OH)2)、および/またはホスホン酸基(−P(=O)(−OH)2)などのアニオン性基を有する高分子化合物を用いることができる。アニオン性基のうち、スルホン酸基が好ましい。スルホン酸基を有する高分子系ドーパントとしては、スルホン酸基を有するモノマー(例えば、スルホン酸基を有するビニルモノマー、イソプレンスルホン酸などのスルホン酸基を有するジエンモノマー)の単独重合体または共重合体が例示できる。スルホン酸基を有するビニルモノマーは、第1高分子ドーパントについて例示したものから選択できる。上記共重合体は、二種類以上のスルホン酸基を有するモノマーを用いた共重合体であってもよく、スルホン酸基を有するモノマーと他のモノマーとの共重合体であってもよい。
なお、低分子ドーパントおよび第3高分子ドーパントにおいて、アニオン性基は、解離した状態でアニオンを生成することができる限り特に制限されず、上記のアニオン性基の塩、またはエステルなどであってもよい。
導電性高分子層4全体の厚み(平均厚み)は、例えば、6〜150μmであり、好ましくは10〜60μmである。
第1導電性高分子層4aと第2導電性高分子層4bとを形成する場合、第2導電性高分子層4bの平均厚みは、例えば、5〜100μmまたは5〜50μmである。第1導電性高分子層4aの平均厚みに対する第2導電性高分子層4bの平均厚みの比は、例えば、5倍以上または10倍以上である。
導電性高分子層4は、必要に応じて、さらに、公知の添加剤、および/または導電性高分子以外の公知の導電性材料(例えば、二酸化マンガンなどの導電性無機材料;および/またはTCNQ錯塩など)を含んでもよい。誘電体層3と導電性高分子層4との間や第1導電性高分子層4aと第2導電性高分子層4bとの間には、密着性を高める層などを介在させてもよい。第1導電性高分子層4aおよび第2導電性高分子層4bは、それぞれ1層で形成されていてもよく、複数の層で形成されていてもよい。
(陰極層)
カーボン層5aは、導電性を有していればよく、例えば、黒鉛などの導電性炭素材料を用いて構成することができる。銀ペースト層5bには、例えば、銀粉末とバインダ樹脂(エポキシ樹脂など)を含む組成物を用いることができる。なお、陰極層5の構成は、これに限られず、集電機能を有する構成であればよい。陽極端子13および陰極端子14は、例えば銅または銅合金などの金属で構成することができる。また、樹脂外装体12の素材としては、例えばエポキシ樹脂を用いることができる。
本開示の電解コンデンサは、上記構造の電解コンデンサに限定されず、様々な構造の電解コンデンサに適用することができる。具体的に、巻回型の電解コンデンサ、金属粉末の焼結体を陽極体として用いる電解コンデンサなどにも、本開示を適用できる。
[電解コンデンサの製造方法]
電解コンデンサは、陽極体2を準備する第1工程と、陽極体2上に誘電体層3を形成する第2工程と、誘電体層3が形成された陽極体2を導電性高分子およびドーパント(第1/第2高分子ドーパントなど)を含む処理液で処理する第3工程と、を経ることにより製造できる。電解コンデンサの製造方法は、さらに陰極層5を形成する工程(第4工程)を含んでもよい。以下、各工程について詳細に説明する。
(第1工程)
第1工程では、陽極体2の種類に応じて、公知の方法により陽極体2を形成する。陽極体2は、例えば、導電性材料で形成された箔状または板状の基材の表面を粗面化することにより準備することができる。粗面化は、基材表面に凹凸を形成できればよく、例えば、基材表面をエッチング(例えば、電解エッチング)することにより行ってもよく、蒸着などの気相法を利用して、基材表面に導電性材料の粒子を堆積させることにより行ってもよい。
(第2工程)
第2工程では、陽極体2上に誘電体層3を形成する。誘電体層3は、陽極体2の表面を陽極酸化することにより形成される。陽極酸化は、公知の方法、例えば、化成処理などにより行うことができる。化成処理は、例えば、陽極体2を化成液中に浸漬することにより、陽極体2の表面(より内側の表面の孔や窪みの内壁面)まで化成液を含浸させ、陽極体2をアノードとして、化成液中に浸漬したカソードとの間に電圧を印加することにより行うことができる。化成液としては、例えば、リン酸水溶液、リン酸アンモニウム水溶液、またはアジピン酸アンモニウム水溶液などを用いることが好ましい。
(第3工程)
第3工程では、導電性高分子と第1/第2高分子ドーパントとを含む処理液を用いて導電性高分子層4を形成する。必要に応じて、処理液に、他のドーパントを添加してもよい。また、組成(もしくは、導電性高分子の濃度または粘度など)が異なる第1処理液および第2処理液を用いて、第1導電性高分子層4aおよび第2導電性高分子層4bを形成してもよい。他のドーパントを含む第1処理液を用いて第1導電性高分子層4aを形成し、第1/第2高分子ドーパントを含む第2処理液を用いて、第1導電性高分子層4aを覆うように第2導電性高分子層4bを形成してもよい。
第3工程では、例えば、誘電体層3が形成された陽極体2を処理液に浸漬させたり、または誘電体層3が形成された陽極体2に処理液を滴下したりする。浸漬や滴下により誘電体層3が形成された陽極体2の表面(誘電体層3が形成された、内側の表面の孔や窪みの内壁面)まで処理液を含浸させる。分散体を含浸させた後、陽極体2を加熱する。加熱により、誘電体層3が形成された陽極体2の表面に導電性高分子および第1/第2高分子ドーパントが付着するとともに、カルボキシ基の一部がヒドロキシ基の一部と分子内および/または分子間で縮合し、エステルが形成される。
処理液として、導電性高分子分散体を用いることが好ましい。導電性高分子分散体は、上記の導電性高分子と、第1/第2高分子ドーパントと、溶媒(第3溶媒)とを含む。このような導電性高分子分散体を用いることで、上記の導電性高分子層4を容易に形成することができ、品質が安定した導電性高分子層4が得られ易い。本開示には、このような導電性高分子分散体も包含される。
(導電性高分子分散体)
導電性高分子分散体において、導電性高分子および第1/第2高分子ドーパントは、第3溶媒中に分散している。導電性高分子分散体に含まれる第1/第2高分子ドーパントの量は、導電性高分子100質量部に対して、10〜1000質量部であることが好ましく、50〜200質量部であることがさらに好ましい。
導電性高分子分散体が第2高分子ドーパントを含む場合であって、導電性高分子と第2共重合体とを含む導電性高分子分散液2Aと、導電性高分子と第3共重合体とを含む導電性高分子分散液2Bとを混合して得られる場合、導電性高分子分散液2Aと導電性高分子分散液2Bとは、第2共重合体に含まれる第2ユニットと、第3共重合体に含まれる第3ユニットとの合計に占める第2ユニットの割合が、好ましくは20〜80モル%、より好ましくは40〜60モル%になるように、両者を混合すればよい。
第3溶媒としては、水、有機溶媒、およびこれらの混合物が例示できる。有機溶媒としては、例えば、炭素数1〜5の脂肪族アルコール(例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、1−ブタノールなどの脂肪族モノオール;エチレングリコール、グリセリンなどの脂肪族ポリオールなど);アセトンなどの脂肪族ケトン;アセトニトリル、ベンゾニトリルなどのニトリル;N,N−ジメチルホルムアミドなどのアミド;および/またはジメチルスルホキシドなどのスルホキシドなどが挙げられる。第3溶媒は、一種を単独で二種以上を組み合わせて用いてもよい。導電性高分子分散体の固形分濃度は、例えば、0.1〜10質量%であり、1〜5質量%であることが好ましい。
導電性高分子分散体に分散された導電性高分子および第1/第2高分子ドーパントは、粒子(または粉末)であることが好ましい。分散体中に分散された粒子の平均粒径は、5〜500nmであることが好ましい。平均粒径は、例えば、動的光散乱法による粒径分布から求めることができる。
導電性高分子分散体は、導電性高分子および第1/第2高分子ドーパントを溶媒に分散させることにより得ることができる。また、導電性高分子の重合液から不純物を除去した後、第1/第2高分子ドーパントを混合した分散体(分散体a)、または、第1/第2高分子ドーパントの存在下で導電性高分子を重合した重合液から不純物を除去した分散体(分散体b)を、導電性高分子分散体として用いてもよい。この場合、第3溶媒として例示したものを重合時の溶媒(第1溶媒)として用いてもよく、不純物を除去する際に、第3溶媒を添加してもよい。また、分散体aおよびbに、さらに第3溶媒を添加してもよい。
導電性高分子分散体は、必要に応じて、他のドーパント、および/または公知の添加剤などを含んでいてもよい。導電性高分子分散体に含まれる他のドーパントは、第1/第2高分子ドーパント100質量部に対して5質量部以下であることが好ましい。
(第4工程)
第4工程では、第3工程で得られた陽極体2(好ましくは形成された導電性高分子層4)の表面に、カーボン層5aと銀ペースト層5bとを順次積層することにより陰極層5が形成される。
以下、本開示を実施例および比較例に基づいて具体的に説明するが、本開示は以下の実施例に限定されるものではない。
(製造例1)
(1)第1高分子ドーパントの合成
2Lの攪拌機付セパラブルフラスコに1Lの純水を添加し、フラスコ内に、第1モノマーであるスチレンスルホン酸ナトリウムと、下記式(1A)で表わされる第2モノマーと、下記式(2A)で表わされる第3モノマーと、を添加し、均一なモノマー溶液を得た。第1モノマーと第2モノマーと第3モノマーとのモル比(=第1ユニット:第2ユニット:第3ユニット)は80:10:10とした。
Figure 2016194277
Figure 2016194277
次いで、モノマー溶液に酸化剤として過硫酸アンモニウムを0.5g添加して、第1モノマーと第2モノマーと第3モノマーとの重合反応を8時間かけて進行させ、これらモノマーの共重合体である第1高分子ドーパントA1を得た。得られた第1高分子ドーパントA1に純水とイオン交換樹脂を添加し、攪拌し、濾過する操作を繰り返し、不純物を除去した。
(2)導電性高分子の合成
1Lの攪拌機付容器に、第1高分子ドーパントA1の水分散液(固形分濃度3質量%)を投入した。次に、上記水分散液100質量部に対して、酸化剤として過硫酸ナトリウム2質量部、触媒として硫酸第二鉄0.2質量部を添加し、その後、3,4−エチレンジオキシチオフェン1質量部を徐々に滴下して化学酸化重合を行った。得られた第1高分子ドーパントA1および導電性高分子(ポリ3,4−エチレンジオキシチオフェン)含む水分散液にイオン交換樹脂を添加し、撹拌し、濾過する操作を繰り返し、液中の不純物を除去して、第1高分子ドーパントA1がドープされた導電性高分子(導電性高分子A1)を得た。
(製造例2)
第3モノマーとして、下記式(2B)で表わされる化合物を使用したこと以外、製造例1の(1)と同様にして、これらモノマーの共重合体である第1高分子ドーパントA2を得た。第1高分子ドーパントとして第1高分子ドーパントA2を用いたこと以外、製造例1の(2)と同様にして、第1高分子ドーパントA2がドープされた導電性高分子(導電性高分子A2)を得た。
Figure 2016194277
(製造例3)
第3モノマーとして、下記式(2C)で表わされる化合物を使用し、第1モノマーと第2モノマーと第3モノマーとのモル比(=第1ユニット:第2ユニット:第3ユニット)を76:12:12としたこと以外、製造例1の(1)と同様にして、これらモノマーの共重合体である第1高分子ドーパントA3を得た。第1高分子ドーパントとして第1高分子ドーパントA3を用いたこと以外、製造例1の(2)と同様にして、第1高分子ドーパントA3がドープされた導電性高分子(導電性高分子A3)を得た。
Figure 2016194277
(製造例4)
第2モノマーとして下記式(1B)で表わされる化合物を使用したこと以外、製造例1の(1)と同様にして、これらモノマーの共重合体である第1高分子ドーパントA4を得た。第1高分子ドーパントとして第1高分子ドーパントA4を用いたこと以外、製造例1の(2)と同様にして、第1高分子ドーパントA4がドープされた導電性高分子(導電性高分子A4)を得た。
Figure 2016194277
(製造例5)
第2モノマーとして上記式(1B)で表わされる化合物を使用し、第3モノマーとして上記式(2B)で表わされる化合物を使用したこと以外、製造例1の(1)と同様にして、これらモノマーの共重合体である第1高分子ドーパントA5を得た。第1高分子ドーパントとして第1高分子ドーパントA5を用いたこと以外、製造例1の(2)と同様にして、第1高分子ドーパントA5がドープされた導電性高分子(導電性高分子A5)を得た。
(製造例6)
第2モノマーとして上記式(1B)で表わされる化合物を使用し、第3モノマーとして下記式(2D)で表わされる化合物を使用し、第1モノマーと第2モノマーと第3モノマーとのモル比(=第1ユニット:第2ユニット:第3ユニット)を85:8:7としたこと以外、製造例1の(1)と同様にして、これらモノマーの共重合体である第1高分子ドーパントA6を得た。第1高分子ドーパントとして第1高分子ドーパントA6を用いたこと以外、製造例1の(2)と同様にして、第1高分子ドーパントA6がドープされた導電性高分子(導電性高分子A6)を得た。
Figure 2016194277
(製造例7)
第2モノマーとして下記式(1C)で表わされる化合物を使用し、第3モノマーとして上記式(2C)で表わされる化合物を使用し、第1モノマーと第2モノマーと第3モノマーとのモル比(=第1ユニット:第2ユニット:第3ユニット)を90:5:5としたこと以外、製造例1の(1)と同様にして、これらモノマーの共重合体である第1高分子ドーパントA7を得た。第1高分子ドーパントとして第1高分子ドーパントA7を用いたこと以外、製造例1の(2)と同様にして、第1高分子ドーパントA7がドープされた導電性高分子(導電性高分子A7)を得た。
Figure 2016194277
(製造例8)
第2モノマーとして下記式(1D)で表わされる化合物を使用し、第3モノマーとして上記式(2D)で表わされる化合物を使用し、第1モノマーと第2モノマーと第3モノマーとのモル比(=第1ユニット:第2ユニット:第3ユニット)を60:20:20としたこと以外、製造例1の(1)と同様にして、これらモノマーの共重合体である第1高分子ドーパントA8を得た。第1高分子ドーパントとして第1高分子ドーパントA8を用いたこと以外、製造例1の(2)と同様にして、第1高分子ドーパントA8がドープされた導電性高分子(導電性高分子A8)を得た。
Figure 2016194277
(製造例9)
第1モノマーと第2モノマーと第3モノマーとのモル比(=第1ユニット:第2ユニット:第3ユニット)を70:15:15としたこと以外、製造例8の(1)と同様にして、これらモノマーの共重合体である第1高分子ドーパントA9を得た。第1高分子ドーパントとして第1高分子ドーパントA9を用いたこと以外、製造例1の(2)と同様にして、第1高分子ドーパントA9がドープされた導電性高分子(導電性高分子A9)を得た。
(製造例10)
第2モノマーとして下記式(1E)で表わされる化合物を使用し、第3モノマーとして下記式(2E)で表わされる化合物を使用し、第1モノマーと第2モノマーと第3モノマーとのモル比(=第1ユニット:第2ユニット:第3ユニット)を95:3:2としたこと以外、製造例1の(1)と同様にして、これらモノマーの共重合体である第1高分子ドーパントA10を得た。第1高分子ドーパントとして第1高分子ドーパントA10を用いたこと以外、製造例1の(2)と同様にして、第1高分子ドーパントA10がドープされた導電性高分子(導電性高分子A10)を得た。
Figure 2016194277
Figure 2016194277
(製造例11)
第2モノマーとして下記式(1F)で表わされる化合物を使用し、第3モノマーとして下記式(2F)で表わされる化合物を使用し、第1モノマーと第2モノマーと第3モノマーとのモル比(=第1ユニット:第2ユニット:第3ユニット)を50:25:25としたこと以外、製造例1の(1)と同様にして、これらモノマーの共重合体である第1高分子ドーパントA11を得た。第1高分子ドーパントとして第1高分子ドーパントA11を用いたこと以外、製造例1の(2)と同様にして、第1高分子ドーパントA11がドープされた導電性高分子(導電性高分子A11)を得た。
Figure 2016194277
Figure 2016194277
(製造例12)
第1モノマーであるスチレンスルホン酸ナトリウムだけを用い、第2モノマーおよび第3モノマーを用いなかったこと以外、製造例1と同様にして、第3高分子ドーパントB1を得た。第1高分子ドーパントA1に代えて、第3高分子ドーパントB1を用いたこと以外、製造例1の(2)と同様にして、第3高分子ドーパントB1がドープされた導電性高分子(導電性高分子B1)を得た。
(製造例13)
第3モノマーを用いず、第1モノマーと第2モノマーとのモル比(=第1ユニット:第2ユニット)を50:50としたこと以外、製造例1と同様にして、第3高分子ドーパントB2を得た。
第1高分子ドーパントAに代えて、第3高分子ドーパントB2を用いたこと以外、製造例1の(2)と同様にして、第3高分子ドーパントB2がドープされた導電性高分子(導電性高分子B2)を得た。
(製造例14)
第2モノマーを用いず、第3モノマーとして上記式(2C)を用いて、第1モノマーと第3モノマーとのモル比(=第1ユニット:第3ユニット)を50:50としたこと以外、製造例1と同様にして、第3高分子ドーパントB3を得た。第1高分子ドーパントAに代えて、第3高分子ドーパントB3を用いたこと以外、製造例1の(2)と同様にして、第3高分子ドーパントB3がドープされた導電性高分子(導電性高分子B3)を得た。
《実施例1》
下記の要領で、電解コンデンサを作製し、その特性を評価した。
(1)陽極体を準備する工程(第1工程)
基材としてのアルミニウム箔(厚み:100μm)の両方の表面をエッチングにより粗面化することで、陽極体を作製した。
(2)誘電体層を形成する工程(第2工程)
陽極体の一端部側(分離部から一端部までの部分)を、化成液に浸漬し、70Vの直流電圧を、20分間印加して、酸化アルミニウムを含む誘電体層を形成した。
(3)導電性高分子層を形成する工程(第3工程)
導電性高分子B1を1質量%含む水分散液(第1処理液)に、誘電体層を有する陽極体を浸漬した後、第1処理液から取り出し、120℃で10〜30分の乾燥を行った。第1処理液への浸漬と、乾燥とをさらに1回ずつ繰り返すことで、誘電体層の表面の少なくとも一部を覆うように第1導電性高分子層を形成した。なお、第1導電性高分子層の平均厚みを走査型電子顕微鏡(SEM)により測定したところ、約1μmであった。
導電性高分子A1を4質量%含む水分散液(第2処理液)に、第1導電性高分子層を有する陽極体を浸漬した後、第2処理液から取り出し、120℃で10〜30分間、加熱処理を行った。第2処理液への浸漬と、加熱処理とをさらに2回ずつ繰り返すことで、第1導電性高分子層の表面の少なくとも一部および第1導電性高分子層から露出した誘電体層の少なくとも一部を覆うように第2導電性高分子層を形成した。同時に、カルボキシ基の一部をヒドロキシ基の一部と分子内および/または分子間で縮合させて、第2導電性高分子層においてエステルを形成させた。なお、第2導電性高分子層の平均厚みをSEMにより測定したところ、約30μmであった。
(4)陰極層の形成工程(第4工程)
第1および第2導電性高分子層で覆われた誘電体層を有する陽極体を、黒鉛粒子を水に分散した分散液に浸漬し、分散液から取り出し後、乾燥することによりカーボン層を形成した。乾燥は、130〜180℃で10〜30分間行った。
次に、カーボン層の表面に、銀粒子とバインダ樹脂(エポキシ樹脂)とを含む銀ペーストを塗布し、150〜200℃で10〜60分間加熱することでバインダ樹脂を硬化させ、銀ペースト層を形成した。こうして、カーボン層と銀ペースト層とで構成される陰極層を形成し、コンデンサ素子を作製した。
(5)電解コンデンサの組み立て
コンデンサ素子の陰極層と、陰極端子の一端部(第1端部)とを導電性接着剤で接合した。コンデンサ素子から突出した陽極体の他端部と、陽極端子の一端部(第1端部)とをレーザ溶接により接合した。
次に、トランスファモールド法により、コンデンサ素子の周囲に、絶縁性樹脂で形成された樹脂外装体を形成した。このとき、陽極端子の他端部(第2端部)と、陰極端子の他端部(第2端部)とは、樹脂外装体から引き出した状態とした。このようにして、実施例1の電解コンデンサ(A1)を250個作製した。
(6)耐湿性評価
4端子測定用のLCRメータを用いて、電解コンデンサの周波数100kHzにおける初期のESR値(E0)を測定した。電解コンデンサを、温度60℃、湿度90%の恒温恒湿室で500時間静置した後、再び、上記の方法によりESR値(EX)を測定した。初期のESR値(E0)に対する、ESR値(EX)の上昇率(△E={(EX−E0)/E0}×100%)を算出した。結果を表1に示す。なお、ESR値は、それぞれ、ランダムに選択した120個の電解コンデンサについて測定し、平均値を算出した。
(7)漏れ電流(LC)
電解コンデンサの陽極体2と陰極層5との間に10Vの電圧を印加し、40秒後の漏れ電流を測定した。そして、漏れ電流量が100μAを超えるものを不良品と判断して、LC不良品率(=(不良品の数/120)×100%)を算出し、漏れ電流の指標とした。結果を表1に示す。
《実施例2〜11》
第2処理液として、導電性高分子A2〜A11をそれぞれ4質量%含む水分散液を用いたこと以外、実施例1と同様にして、各実施例の電解コンデンサA2〜A11を各250個作製し、評価した。結果を表1に示す。
《比較例1〜3》
第2処理液として、導電性高分子B1〜B3をそれぞれ4質量%含む水分散液を用いたこと以外、実施例1と同様にして、電解コンデンサB1〜B3を各250個作製し、評価した。結果を表1に示す。
Figure 2016194277
表1に示されるように、実施例では、比較例に比べて、耐湿性試験後のESR上昇率が低く抑えられている。また、実施例では、LC不良率も低い値を示しており、高い修復機能を有していることがわかる。
(製造例15)
(1)第2高分子ドーパントの合成
2Lの攪拌機付セパラブルフラスコに1Lの純水を添加し、フラスコ内に、スチレンスルホン酸ナトリウム(第1aモノマー)と、上記式(1A)で表わされる第2モノマーと、を添加し、均一なモノマー溶液を得た。第1aモノマーと第2モノマーとのモル比(=第1aユニット:第2ユニット)は80:20とした。
更に、モノマー溶液に酸化剤として過硫酸アンモニウムを0.5g添加して、第1aモノマーと第2モノマーとの重合反応を8時間かけて進行させ、これらモノマーの共重合体である第2共重合体A1を得た。得られた第2共重合体Aに純水とイオン交換樹脂を添加し、攪拌し、濾過する操作を繰り返し、不純物を除去した。
別途、スチレンスルホン酸ナトリウム(第1bモノマー)と、上記式(2A)で表わされる第3モノマーとを用いたこと以外は、上記と同様にして、第3共重合体A1を得た。第1bモノマーと第3モノマーとのモル比(=第1bユニット:第3ユニット)は80:20とした。得られた第3共重合体A1に純水とイオン交換樹脂を添加し、攪拌し、濾過する操作を繰り返し、不純物を除去した。
(2)導電性高分子の合成
1Lの攪拌機付容器に、第2共重合体A1の水分散液(固形分濃度3質量%)を投入した。次に、上記水分散液100質量部に対して、酸化剤として過硫酸ナトリウム2質量部、触媒として硫酸第二鉄0.2質量部を添加し、その後、3,4−エチレンジオキシチオフェン1質量部を徐々に滴下して化学酸化重合を行った。得られた第2共重合体A1と導
電性高分子(ポリ3,4−エチレンジオキシチオフェン)とを含む水分散液にイオン交換樹脂を添加し、撹拌し、濾過する操作を繰り返し、液中の不純物を除去して、第2共重合体A1がドープされた導電性高分子P2−1を得た。
別途、第3共重合体A1の水分散液(固形分濃度3質量%)を用いたこと以外は、同様にして、第3共重合体A1がドープされた導電性高分子P3−1を得た。得られた導電性高分子P2−1および導電性高分子P3−1を混合し、導電性高分子P2−1を1.5質量%、導電性高分子P3−1を1.5質量%含む導電性高分子A12の分散液を調整した。
(製造例16)
第3モノマーとして、上記式(2B)で表わされる化合物を使用したこと以外、製造例15の(1)と同様にして、第2共重合体P2−1および第3共重合体P3−2を得た。第2共重合体P2−1および第3共重合体P3−2を用いたこと以外、製造例15の(2)と同様にして、第2共重合体P2−1および第3共重合体P3−2を含む導電性高分子A13(第2高分子ドーパント)の分散液を調整した。
(製造例17)
第1モノマーと第2モノマーとのモル比(=第1ユニット:第2ユニット)を76:24としたこと以外、製造例15の(1)と同様にして、第2共重合体P2−2を得た。第3モノマーとして、上記式(2C)で表わされる化合物を使用し、第1モノマーと第3モノマーとのモル比(=第1ユニット:第3ユニット)を76:24としたこと以外、製造例15の(1)と同様にして、第3共重合体P3−3を得た。第2共重合体P2−2および第3共重合体P3−3を用いたこと以外、製造例15の(2)と同様にして、第2共重合体P2−2および第3共重合体P3−3を含む導電性高分子A14(第2高分子ドーパント)の分散液を調整した。
(製造例18)
第2モノマーとして上記式(1B)で表わされる化合物を使用したこと以外、製造例15の(1)と同様にして、第2共重合体P2−3および第3共重合体P3−1を得た。第2共重合体P2−3および第3共重合体P3−1を用いたこと以外、製造例15の(2)と同様にして、第2共重合体P2−3および第3共重合体P3−1を含む導電性高分子A15(第2高分子ドーパント)の分散液を調整した。
(製造例19)
第2モノマーとして上記式(1B)で表わされる化合物を使用し、第3モノマーとして上記式(2B)で表わされる化合物を使用したこと以外、製造例15の(1)と同様にして、第2共重合体P2−3および第3共重合体P3−2を得た。第2共重合体P2−3および第3共重合体P3−2を用いたこと以外、製造例15の(2)と同様にして、第2共重合体P2−3および第3共重合体P3−2を含む導電性高分子A16(第2高分子ドーパント)の分散液を調整した。
(製造例20)
第2モノマーとして上記式(1B)で表わされる化合物を使用し、第1モノマーと第2モノマーとのモル比(=第1ユニット:第2ユニット)を84:16としたこと以外、製造例15の(1)と同様にして、第2共重合体P2−4を得た。第3モノマーとして上記式(2D)で表わされる化合物を使用し、第1モノマーと第3モノマーとのモル比(=第1ユニット:第3ユニット)を84:16としたこと以外、製造例15の(1)と同様にして、第3共重合体P3−4を得た。第2共重合体P2−4および第3共重合体P3−4を用いたこと以外、製造例15の(2)と同様にして、第2共重合体P2−4および第3共重合体P3−4を含む導電性高分子A17(第2高分子ドーパント)の分散液を調整した。
(製造例21)
第2モノマーとして上記式(1C)で表わされる化合物を使用し、第1モノマーと第2モノマーとのモル比(=第1ユニット:第2ユニット)を90:10としたこと以外、製造例15の(1)と同様にして、第2共重合体P2−5を得た。第3モノマーとして上記式(2C)で表わされる化合物を使用し、第1モノマーと第3モノマーとのモル比(=第1ユニット:第3ユニット)を90:10としたこと以外、製造例15の(1)と同様にして、第3共重合体P3−5を得た。第2共重合体P2−5および第3共重合体P3−5を用いたこと以外、製造例15の(2)と同様にして、第2共重合体P2−5および第3共重合体P3−5を含む導電性高分子A18(第2高分子ドーパント)の分散液を調整した。
(製造例22)
第2モノマーとして上記式(1D)で表わされる化合物を使用し、第1モノマーと第2モノマーとのモル比(=第1ユニット:第2ユニット)を60:40としたこと以外、製造例15の(1)と同様にして、第2共重合体P2−6を得た。第3モノマーとして上記式(2D)で表わされる化合物を使用し、第1モノマーと第3モノマーとのモル比(=第1ユニット:第3ユニット)を60:40としたこと以外、製造例15の(1)と同様にして、第3共重合体P3−6を得た。第2共重合体P2−6および第3共重合体P3−6を用いたこと以外、製造例15の(2)と同様にして、第2共重合体P2−6および第3共重合体P3−6を含む導電性高分子A19(第2高分子ドーパント)の分散液を調整した。
(製造例23)
第1モノマーと第2モノマーとのモル比(=第1ユニット:第2ユニット)を70:30としたこと以外、製造例22と同様にして、第2共重合体P2−7を得た。第1モノマーと第3モノマーとのモル比(=第1ユニット:第2ユニット)を70:30としたこと以外、製造例22と同様にして、第3共重合体P3−7を得た。第2共重合体P2−7および第3共重合体P3−7を用いたこと以外、製造例15の(2)と同様にして、第2共重合体P2−7および第3共重合体P3−7を含む導電性高分子A20(第2高分子ドーパント)の分散液を調整した。
(製造例24)
第2モノマーとして上記式(1E)で表わされる化合物を使用し、第1モノマーと第2モノマーとのモル比(=第1ユニット:第2ユニット)を94:6としたこと以外、製造例15の(1)と同様にして、第2共重合体P2−8を得た。第3モノマーとして上記式(2E)で表わされる化合物を使用し、第1モノマーと第3モノマーとのモル比(=第1ユニット:第3ユニット)を96:4としたこと以外、製造例15の(1)と同様にして、第3共重合体P3−8を得た。第2共重合体P2−8および第3共重合体P3−8を用いたこと以外、製造例15の(2)と同様にして、第2共重合体P2−8および第3共重合体P3−8を含む導電性高分子A21(第2高分子ドーパント)の分散液を調整した。
(製造例25)
第2モノマーとして上記式(1F)で表わされる化合物を使用し、第1モノマーと第2モノマーとのモル比(=第1ユニット:第2ユニット)を50:50としたこと以外、製造例15の(1)と同様にして、第2共重合体P2−9を得た。第3モノマーとして上記式(2F)で表わされる化合物を使用し、第1モノマーと第3モノマーとのモル比(=第1ユニット:第3ユニット)を50:50としたこと以外、製造例15の(1)と同様にして、第3共重合体P3−9を得た。第2共重合体P2−9および第3共重合体P3−9を用いたこと以外、製造例15の(2)と同様にして、第2共重合体P2−9および第3共重合体P3−9を含む導電性高分子A22(第2高分子ドーパント)の分散液を調整した。
(製造例26)
第2モノマーとして上記式(1A)で表わされる化合物を使用し、第1モノマーと第2モノマーとのモル比(=第1ユニット:第2ユニット)を50:50としたこと以外、製造例15の(1)と同様にして、第2共重合体P2−10を得た。第3モノマーを用いなかったこと以外は、製造例15の(1)と同様にして、第1bモノマーの重合体P1bを得た。第2共重合体P2−10および重合体P1bを用いたこと以外、製造例15の(2)と同様にして、第2共重合体P2−10および重合体P1bを含む導電性高分子B4の分散液を調整した。
(製造例27)
第2モノマーを用いなかったこと以外は、製造例15の(1)と同様にして、第1aモノマーの重合体P1aを得た。第3モノマーとして上記式(2C)で表わされる化合物を使用し、第1モノマーと第3モノマーとのモル比(=第1ユニット:第3ユニット)を50:50としたこと以外、製造例15の(1)と同様にして、第3共重合体P3−10を得た。重合体P1aおよび第3共重合体P3−10を用いたこと以外、製造例15の(2)と同様にして、重合体P1aおよび第3共重合体P3−10を含む導電性高分子B5の分散液を調整した。
《実施例12〜22》
第2処理液として、上記導電性高分子A12〜A22をそれぞれ4質量%含む水分散液を用いたこと以外、実施例1と同様にして電解コンデンサを各250個作製し、その特性を評価した。結果を表2に示す。
《比較例4および5》
第2処理液として、上記導電性高分子B4およびB5をそれぞれ4質量%含む水分散液を用いたこと以外、実施例1と同様にして電解コンデンサを各250個作製し、その特性を評価した。結果を表2に示す。
Figure 2016194277
表2に示されるように、実施例では、比較例に比べて、耐湿性試験後のESR上昇率が低く抑えられている。また、実施例では、LC不良率も低い値を示しており、高い修復機能を有していることがわかる。
本開示に係る電解コンデンサは、優れた耐湿性が求められる様々な用途に利用できる。
1:電解コンデンサ
2:陽極体
3:誘電体層
4:導電性高分子層(固体電解質層)
4a:第1導電性高分子層
4b:第2導電性高分子層
5:陰極層
5a:カーボン層
5b:銀ペースト層
11:コンデンサ素子
12:樹脂外装体
13:陽極端子
13a:陽極端子の第1端部
13b:陽極端子の第2端部
14:陰極端子
14a:陰極端子の第1端部
14b:陰極端子の第2端部
15:陰極部
16:分離部
17:導電性接着剤
小型かつ大容量で低ESR(Equivalent Series Resistance)のコンデンサとして、誘電体層を形成した陽極体と、誘電体層の少なくとも一部を覆うように形成された導電性高分子層とを具備する電解コンデンサが有望視されている。導電性高分子層は、π共役系高分子とドーパントを含んでいる。ドーパントを用いることで、π共役系高分子に高い導電性が付与される。
第2高分子ドーパントは、例えば、第1aモノマー、第2モノマー、および必要により第4モノマーを重合させた第2共重合体と、第1bモノマー、第3モノマー、および必要により第4モノマーを重合させた第3共重合体と、を混合することにより得ることができる。第2高分子ドーパントは、第2共重合体を含む導電性高分子P2および第3共重合体を含む導電性高分子P3をそれぞれ合成した後、両者を混合することにより得ることもできる。重合は、上記と同様の方法により行うことができる。
別途、第3共重合体A1の水分散液(固形分濃度3質量%)を用いたこと以外は、同様にして、第3共重合体A1がドープされた導電性高分子P3−1を得た。得られた導電性高分子P2−1および導電性高分子P3−1を混合し、導電性高分子P2−1を1.5質量%、導電性高分子P3−1を1.5質量%含む導電性高分子A12の分散液を調整した。
(製造例16)
第3モノマーとして、上記式(2B)で表わされる化合物を使用したこと以外、製造例15の(1)と同様にして、第2共重合体P2−1および第3共重合体P3−2を得た。第2共重合体P2−1および第3共重合体P3−2を用いたこと以外、製造例15の(2)と同様にして、第2共重合体P2−1および第3共重合体P3−2を含む導電性高分子A13(第2高分子ドーパント)の分散液を調整した。
(製造例17)
第1モノマーと第2モノマーとのモル比(=第1ユニット:第2ユニット)を76:24としたこと以外、製造例15の(1)と同様にして、第2共重合体P2−2を得た。第3モノマーとして、上記式(2C)で表わされる化合物を使用し、第1モノマーと第3モノマーとのモル比(=第1ユニット:第3ユニット)を76:24としたこと以外、製造例15の(1)と同様にして、第3共重合体P3−3を得た。第2共重合体P2−2および第3共重合体P3−3を用いたこと以外、製造例15の(2)と同様にして、第2共重合体P2−2および第3共重合体P3−3を含む導電性高分子A14(第2高分子ドーパント)の分散液を調整した。
(製造例18)
第2モノマーとして上記式(1B)で表わされる化合物を使用したこと以外、製造例15の(1)と同様にして、第2共重合体P2−3および第3共重合体P3−1を得た。第2共重合体P2−3および第3共重合体P3−1を用いたこと以外、製造例15の(2)と同様にして、第2共重合体P2−3および第3共重合体P3−1を含む導電性高分子A15(第2高分子ドーパント)の分散液を調整した。
(製造例19)
第2モノマーとして上記式(1B)で表わされる化合物を使用し、第3モノマーとして上記式(2B)で表わされる化合物を使用したこと以外、製造例15の(1)と同様にして、第2共重合体P2−3および第3共重合体P3−2を得た。第2共重合体P2−3および第3共重合体P3−2を用いたこと以外、製造例15の(2)と同様にして、第2共重合体P2−3および第3共重合体P3−2を含む導電性高分子A16(第2高分子ドーパント)の分散液を調整した。
(製造例20)
第2モノマーとして上記式(1B)で表わされる化合物を使用し、第1モノマーと第2モノマーとのモル比(=第1ユニット:第2ユニット)を84:16としたこと以外、製造例15の(1)と同様にして、第2共重合体P2−4を得た。第3モノマーとして上記式(2D)で表わされる化合物を使用し、第1モノマーと第3モノマーとのモル比(=第1ユニット:第3ユニット)を84:16としたこと以外、製造例15の(1)と同様にして、第3共重合体P3−4を得た。第2共重合体P2−4および第3共重合体P3−4を用いたこと以外、製造例15の(2)と同様にして、第2共重合体P2−4および第3共重合体P3−4を含む導電性高分子A17(第2高分子ドーパント)の分散液を調整した。
(製造例21)
第2モノマーとして上記式(1C)で表わされる化合物を使用し、第1モノマーと第2モノマーとのモル比(=第1ユニット:第2ユニット)を90:10としたこと以外、製造例15の(1)と同様にして、第2共重合体P2−5を得た。第3モノマーとして上記式(2C)で表わされる化合物を使用し、第1モノマーと第3モノマーとのモル比(=第1ユニット:第3ユニット)を90:10としたこと以外、製造例15の(1)と同様にして、第3共重合体P3−5を得た。第2共重合体P2−5および第3共重合体P3−5を用いたこと以外、製造例15の(2)と同様にして、第2共重合体P2−5および第3共重合体P3−5を含む導電性高分子A18(第2高分子ドーパント)の分散液を調整した。
(製造例22)
第2モノマーとして上記式(1D)で表わされる化合物を使用し、第1モノマーと第2モノマーとのモル比(=第1ユニット:第2ユニット)を60:40としたこと以外、製造例15の(1)と同様にして、第2共重合体P2−6を得た。第3モノマーとして上記式(2D)で表わされる化合物を使用し、第1モノマーと第3モノマーとのモル比(=第1ユニット:第3ユニット)を60:40としたこと以外、製造例15の(1)と同様にして、第3共重合体P3−6を得た。第2共重合体P2−6および第3共重合体P3−6を用いたこと以外、製造例15の(2)と同様にして、第2共重合体P2−6および第3共重合体P3−6を含む導電性高分子A19(第2高分子ドーパント)の分散液を調整した。
(製造例23)
第1モノマーと第2モノマーとのモル比(=第1ユニット:第2ユニット)を70:30としたこと以外、製造例22と同様にして、第2共重合体P2−7を得た。第1モノマーと第3モノマーとのモル比(=第1ユニット:第ユニット)を70:30としたこと以外、製造例22と同様にして、第3共重合体P3−7を得た。第2共重合体P2−7および第3共重合体P3−7を用いたこと以外、製造例15の(2)と同様にして、第2共重合体P2−7および第3共重合体P3−7を含む導電性高分子A20(第2高分子ドーパント)の分散液を調整した。
(製造例24)
第2モノマーとして上記式(1E)で表わされる化合物を使用し、第1モノマーと第2モノマーとのモル比(=第1ユニット:第2ユニット)を94:6としたこと以外、製造例15の(1)と同様にして、第2共重合体P2−8を得た。第3モノマーとして上記式(2E)で表わされる化合物を使用し、第1モノマーと第3モノマーとのモル比(=第1ユニット:第3ユニット)を96:4としたこと以外、製造例15の(1)と同様にして、第3共重合体P3−8を得た。第2共重合体P2−8および第3共重合体P3−8を用いたこと以外、製造例15の(2)と同様にして、第2共重合体P2−8および第3共重合体P3−8を含む導電性高分子A21(第2高分子ドーパント)の分散液を調整した。
(製造例25)
第2モノマーとして上記式(1F)で表わされる化合物を使用し、第1モノマーと第2モノマーとのモル比(=第1ユニット:第2ユニット)を50:50としたこと以外、製造例15の(1)と同様にして、第2共重合体P2−9を得た。第3モノマーとして上記式(2F)で表わされる化合物を使用し、第1モノマーと第3モノマーとのモル比(=第1ユニット:第3ユニット)を50:50としたこと以外、製造例15の(1)と同様にして、第3共重合体P3−9を得た。第2共重合体P2−9および第3共重合体P3−9を用いたこと以外、製造例15の(2)と同様にして、第2共重合体P2−9および第3共重合体P3−9を含む導電性高分子A22(第2高分子ドーパント)の分散液を調整した。
(製造例26)
第2モノマーとして上記式(1A)で表わされる化合物を使用し、第1モノマーと第2モノマーとのモル比(=第1ユニット:第2ユニット)を50:50としたこと以外、製造例15の(1)と同様にして、第2共重合体P2−10を得た。第3モノマーを用いなかったこと以外は、製造例15の(1)と同様にして、第1bモノマーの重合体P1bを得た。第2共重合体P2−10および重合体P1bを用いたこと以外、製造例15の(2)と同様にして、第2共重合体P2−10および重合体P1bを含む導電性高分子B4の分散液を調整した。
(製造例27)
第2モノマーを用いなかったこと以外は、製造例15の(1)と同様にして、第1aモノマーの重合体P1aを得た。第3モノマーとして上記式(2C)で表わされる化合物を使用し、第1モノマーと第3モノマーとのモル比(=第1ユニット:第3ユニット)を50:50としたこと以外、製造例15の(1)と同様にして、第3共重合体P3−10を得た。重合体P1aおよび第3共重合体P3−10を用いたこと以外、製造例15の(2)と同様にして、重合体P1aおよび第3共重合体P3−10を含む導電性高分子B5の分散液を調整した。
《実施例12〜22》
第2処理液として、上記導電性高分子A12〜A22をそれぞれ4質量%含む水分散液を用いたこと以外、実施例1と同様にして電解コンデンサを各250個作製し、その特性を評価した。結果を表2に示す。
《比較例4および5》
第2処理液として、上記導電性高分子B4およびB5をそれぞれ4質量%含む水分散液を用いたこと以外、実施例1と同様にして電解コンデンサを各250個作製し、その特性を評価した。結果を表2に示す。

Claims (16)

  1. 陽極体、前記陽極体上に形成された誘電体層、および前記誘導体層の少なくとも一部を覆う導電性高分子層を含み、
    前記導電性高分子層は、導電性高分子と、高分子ドーパントとを含み、
    前記高分子ドーパントは、
    (A)スルホン酸基を有する第1モノマーに由来する第1ユニットと、
    (B)カルボキシ基を有する第2モノマーに由来する第2ユニットと、
    (C)ヒドロキシ基を有する第3モノマーに由来する第3ユニットと、を含む第1共重合体を含む、
    電解コンデンサ。
  2. 前記第1共重合体に含まれる前記第1ユニットと前記第2ユニットと前記第3ユニットとの合計に占める、前記第2ユニットと前記第3ユニットとの合計の割合r1が、5〜50モル%である、
    請求項1に記載の電解コンデンサ。
  3. 陽極体、前記陽極体上に形成された誘電体層、および前記誘導体層の少なくとも一部を覆う導電性高分子層を含み、
    前記導電性高分子層は、導電性高分子と、高分子ドーパントとを含み、
    前記高分子ドーパントは、
    (A1)スルホン酸基を有する第1aモノマーに由来する第1aユニットと、
    (B)カルボキシ基を有する第2モノマーに由来する第2ユニットと、を含む第2共重合体、および、
    (A2)スルホン酸基を有する第1bモノマーに由来する第1bユニットと、
    (C)ヒドロキシ基を有する第3モノマーに由来する第3ユニットと、を含む第3共重合体を、含む、
    電解コンデンサ。
  4. 前記第2共重合体に含まれる前記第1aユニットと前記第2ユニットとの合計に占める、前記第2ユニットの割合r2が、5〜50モル%であり、
    前記第3共重合体に含まれる前記第1bユニットと前記第3ユニットとの合計に占める、前記第3ユニットの割合r3が、5〜50モル%である、
    請求項3に記載の電解コンデンサ。
  5. 前記第2ユニットは、下記式(1):
    −CO−R1−COOH
    (式中、R1は、炭素数が1〜8の脂肪族炭化水素基、芳香族基、または二価基−OR2−を示し、R2は、炭素数が1〜8の脂肪族炭化水素基、または芳香族基を示す。)
    で表されるカルボキシ基を有する、
    請求項1〜4のいずれか一項に記載の電解コンデンサ。
  6. 前記第2ユニットは、下記式(1a):
    −CH2−CR34
    (式中、R3は、水素原子またはメチル基であり、R4は、−CO−(OCH2CH2n1−O−CO−R1a−COOHであり、n1は、1〜10の整数であり、R1aは、炭素数が1〜8の脂肪族炭化水素基または芳香族基である。)
    で表されるユニット、または下記式(1b):
    −CHR5−CHR6
    (式中、R5は、カルボキシ基、または−CO−(OCH2CH2n2−O−CO−R1b
    COOHであり、R6は、−CO−(OCH2CH2n3−O−CO−R1c−COOHであ
    り、n2およびn3は、それぞれ、1〜10の整数であり、R1bおよびR1cは、それぞれ、炭素数が1〜8の脂肪族炭化水素基または芳香族基である。)
    で表されるユニットである、
    請求項1〜5のいずれか一項に記載の電解コンデンサ。
  7. 前記第3ユニットは、下記式(2a):
    −(O−R7−OH
    (式中、R7は、炭素数が2〜10の脂肪族炭化水素基であり、nは1〜10を表す。)
    で表されるヒドロキシ基、または下記式(2b):
    −NH−R−OH
    (式中、Rは、炭素数が1〜10の脂肪族炭化水素基である。)
    で表されるヒドロキシ基を有する、
    請求項1〜6のいずれか一項に記載の電解コンデンサ。
  8. 前記第1ユニット、前記第1aユニットおよび前記第1bユニットは、スルホン酸基を有する芳香族ビニルモノマーに由来するユニットである、
    請求項1〜7のいずれか1項に記載の電解コンデンサ。
  9. 導電性高分子と、高分子ドーパントと、溶媒とを含み、
    前記高分子ドーパントは、
    (A)スルホン酸基を有する第1モノマーに由来する第1ユニットと、
    (B)カルボキシ基を有する第2モノマーに由来する第2ユニットと、
    (C)ヒドロキシ基を有する第3モノマーに由来する第3ユニットと、を含む第1共重合体を含む、
    導電性高分子分散体。
  10. 前記第1共重合体に含まれる前記第1ユニットと前記第2ユニットと前記第3ユニットとの合計に占める、前記第2ユニットと前記第3ユニットとの合計の割合r1が、5〜50モル%である、
    請求項9に記載の導電性高分子分散体。
  11. 導電性高分子と、高分子ドーパントと、溶媒とを含み、
    前記高分子ドーパントは、
    (A1)スルホン酸基を有する第1aモノマーに由来する第1aユニットと、
    (B)カルボキシ基を有する第2モノマーに由来する第2ユニットと、を含む第2共重合体、および、
    (A2)スルホン酸基を有する第1bモノマーに由来する第1bユニットと、
    (C)ヒドロキシ基を有する第3モノマーに由来する第3ユニットと、を含む第3共重合体を、含む、
    導電性高分子分散体。
  12. 前記第2共重合体に含まれる前記第1aユニットと前記第2ユニットとの合計に占める、前記第2ユニットの割合r2が、5〜50モル%であり、
    前記第3共重合体に含まれる前記第1bユニットと前記第3ユニットとの合計に占める、前記第3ユニットの割合r3が、5〜50モル%である、
    請求項11に記載の導電性高分子分散体。
  13. 前記第2ユニットは、下記式(1):
    −CO−R1−COOH
    (式中、R1は、炭素数が1〜8の脂肪族炭化水素基、芳香族基、または二価基−OR2−を示し、R2は、炭素数が1〜8の脂肪族炭化水素基、または芳香族基を示す。)
    で表されるカルボキシ基を有する、
    請求項9〜12のいずれか一項に記載の導電性高分子分散体。
  14. 前記第2ユニットは、下記式(1a):
    −CH2−CR34
    (式中、R3は、水素原子またはメチル基であり、R4は、−CO−(OCH2CH2n1−O−CO−R1a−COOHであり、n1は、1〜10の整数であり、R1aは、炭素数が1〜8の脂肪族炭化水素基または芳香族基である。)
    で表されるユニット、または下記式(1b):
    −CHR5−CHR6
    (式中、R5は、カルボキシ基、または−CO−(OCH2CH2n2−O−CO−R1b
    COOHであり、R6は、−CO−(OCH2CH2n3−O−CO−R1c−COOHであ
    り、n2およびn3は、それぞれ、1〜10の整数であり、R1bおよびR1cは、それぞれ、炭素数が1〜12の脂肪族炭化水素基または芳香族基である。)
    で表されるユニットである、
    請求項9〜13のいずれか一項に記載の導電性高分子分散体。
  15. 前記第3ユニットは、下記式(2a):
    −(O−R−OH
    (式中、Rは、炭素数が2〜10の脂肪族炭化水素基であり、nは1〜10を表す。)で表されるヒドロキシ基、または下記式(2b):
    −NH−R−OH
    (式中、Rは、炭素数が1〜10の脂肪族炭化水素基である。)
    で表されるヒドロキシル基を有する、
    請求項9〜14のいずれか一項に記載の導電性高分子分散体。
  16. 前記第1ユニット、前記第1aユニットおよび前記第1bユニットは、スルホン酸基を有する芳香族ビニルモノマーに由来するユニットである、
    請求項9〜15のいずれか一項に記載の導電性高分子分散体。
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