KR101510746B1 - 전해질 재료 제제, 그로부터 형성된 전해질 재료 조성물 및 그 용도 - Google Patents
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Abstract
본 발명은,
(a) 화학식(Ⅰ)의 모노머:
(b) 화학식(Ⅱ)의 모노머:
및
(c) 중합성 화합물을 포함하는 전해질 재료 제제를 제공하며, 상기에서, A, X, B1, B2, R1 내지 R3, q 및 w는 본 명세서에 정의된 바와 같고, 상기 모노머 (a) 100 중량부를 기준으로, 상기 모노머 (b)는 약 1 내지 800 중량부의 양이며, 상기 중합성 화합물 (c)는 약 1 내지 약 10000 중량부의 양이다. 본 발명은 또한 전술한 전해질 재료 제제의 중합에 의해 얻어지는 전해질 재료 조성물을 제공한다. 전해질 재료 조성물은 고체 전해질 커패시터에 적용된다.
(a) 화학식(Ⅰ)의 모노머:
(b) 화학식(Ⅱ)의 모노머:
및
(c) 중합성 화합물을 포함하는 전해질 재료 제제를 제공하며, 상기에서, A, X, B1, B2, R1 내지 R3, q 및 w는 본 명세서에 정의된 바와 같고, 상기 모노머 (a) 100 중량부를 기준으로, 상기 모노머 (b)는 약 1 내지 800 중량부의 양이며, 상기 중합성 화합물 (c)는 약 1 내지 약 10000 중량부의 양이다. 본 발명은 또한 전술한 전해질 재료 제제의 중합에 의해 얻어지는 전해질 재료 조성물을 제공한다. 전해질 재료 조성물은 고체 전해질 커패시터에 적용된다.
Description
본 발명은 전해질 재료 제제(electrolyte material formulation), 그 전해질 재료 제제로부터 형성된 전해질 재료 조성물(electrolyte material composition), 및 그 전해질 재료 조성물을 이용하는 고체 커패시터(solid capacitor)에 관한 것이다.
커패시터는 다양한 전자 제품에 널리 이용되는 일종의 전자 소자이다. 기술 개발의 발전에 의해, 전자 제품은 소형화 및 경량화의 방향으로 개발되고 있으며, 전자 제품에 이용되는 커패시터는 소형화되고, 고 주파수에서 이용될 때, 높은 커패시턴스(capacitance)와 낮은 임피던스(impedance)를 가질 것이 요구되고 있다.
커패시터는 종래의 액체 커패시터 및 새롭게 개발된 고체 커패시터로 분류될 수 있다. 초기 알루미늄 액체 커패시터의 전해질에서, 액체 전해질이 전하 이동 물질로 이용된다. 액체 전해질의 주요 구성성분은 끓는점이 높은 알코올, 이온성 액체, 붕산, 인산, 유기 카르복실산, 암모늄, 극성이 높은 유기 용매, 및 소량의 물을 포함한다. 구성성분은 전하 이동 물질로 작용할 뿐 아니라, 알루미늄 포일 상에 알루미늄 옥사이드의 유전체층을 패치(patch)하는 기능도 한다. 커패시터의 충전 및 방전 과정 중에, 내부 알루미늄 금속이 알루미늄 옥사이드의 유전체층 상의 결함에 기인하여 노출되면, 전해질은 노출된 알루미늄 금속과 반응할 수 있으며, 알루미늄 옥사이드가 생성되어, 패칭 기능(patching function)을 이루게 된다. 그러나, 이용된 전해질이 액체이므로, 종래의 알루미늄 액체 커패시터는 저비용으로 높은 커패시턴스의 조건을 충족할 수 있었으나, 낮은 전도도 및 나쁜 고온 저항성의 단점을 갖는다; 또한, 알루미늄 옥사이드 생성 과정에서, 수소도 생성되며, 과량의 수소가 커패시터에 축적되면, 커패시터 파열이 쉽게 일어날 수 있으며, 이는 전자 제품에 손상을 일으킨다. 수소 흡수제가 커패시터 파열의 위험을 감소시키기 위하여 액체 전해질에 첨가될 수 있으나, 문제는 없어지지 않는다.
따라서, 액체 전해질이 고체 전해질로 직접적으로 대체된, 새로운 세대의 고체 커패시터가 개발된다. 고체 전해질은 전도성 폴리머에 의해 형성된다. 산화제의 음이온이 도펀트로서 폴리머의 구조 내에 혼합되고, 홀이 형성되어, 폴리머는 전도도를 갖게 된다. 액체 전해질, 또는 테트라시아노퀴노디메탄(TCNQ) 착염과 같은 고체 유기 반도체 착염 또는 종래 전해질 커패시터에 이용되는 무기 반도체 MnO2와 비교하여, 전도성 폴리머는 높은 전도도 및 적합하게 높은 고온 절연 특성을 가지고 있어, 전도성 폴리머가 현재 전해질 커패시터에 이용되는 고체 전해질의 트랜드 개발을 추진하고 있다.
통상적인 커패시터보다 6배 더 긴 사용기간을 갖는 것에 더하여, 고체 커패시터는 향상된 안정성을 가지며, 그 커패시턴스가 사용시 주위 온도 및 습도에 쉽게 영향받지 않는다. 또한, 고체 커패시터는 낮은 ESR, 낮은 커패시턴스 변화율, 우수한 주파수 응답(frequency response)(고주파수 저항성(high frequency resistance)), 고온 저항성, 및 고전류 저항성의 이점을 가지며, 누설(leakage) 및 플라즈마 폭발(plasma explosion)의 문제가 없다. 종래의 액체 커패서터는 높은 커패시턴스를 가지지만, 그 적용은 고 ESR에 기인하여 제한된다.
Jesse S. Shaffer et al.은 미국특허 제4,609,971호에서 전해 커패시터의 전해질에 전도성 폴리머를 이용하는 방법을 처음 개시한다. 이 방법은 커패시터의 애도느(anode) 알루미늄 포일을 전도성 폴리아닐린 분말 및 도펀트 LiClO4에 의해 형성된 혼합 용액에 침지하는 단계, 및 이어서, 알루미늄 포일 상에서 용매를 제거하는 단계를 포함한다. 과도하게 높은 분자량 때문에, 폴리아닐린은 애노드 포일의 마이크로포어 내에 침투할 수 없어, 이 방법에 의해 얻어진 커패시터의 함침율(impregnation rate)은 나쁘며, 임피던스는 높다. 이에, 폴리머가 애노드 포일의 마이크로포어 내로 쉽게 침투할 수 있도록 하기 위하여, Gerhard Hellwig et al.은 미국특허 제4,803,596호에서 커패시터의 전해질로서 전도성 폴리머를 이용하는 화학적 산화 중합 방법을 개시한다. 이 방법은 커패시터 애노드 포일을 전도성 폴리머 모노머 및 산화제의 용액에 침지하는 단계, 및 적합한 조건에서 전도성 폴리머 모노머를 중합하는 단계를 포함하며, 여기에서, 전도성 폴리머 전해질은 다중 침지를 통하여 충분한 두께로 축적된다. 이후에, 독일 Bayer Corporation의 Friedrich Jonas et al.은 미국특허 제4,910,645호에서 모노머 3,4-에틸렌디옥시티오펜 (EDOT)을 산화제 철 (Ⅲ) p-톨루엔설포네이트와 함께 이용함으로써 전해질로 폴리-3,4-에틸렌디옥시티오펜 (PEDOT)을 갖는 알루미늄 고체 커패시터를 제조하는 방법을 개시한다. 또한, EDOT와 구조적으로 관련된 3,4-에틸렌디티아티오펜 (EDTT)이 전기활성(electroactive) 폴리머로 변환될 수 있다는 것이 밝혀졌다(Lambertus Groenendaal et. Al, Adv. Mater. 2000, 12, No. 7).
전도성 폴리머 PEDOT는 높은 열저항성, 높은 전도도, 높은 전하 이동 속도, 비독성, 긴 사용기간, 및 커패시터에 적용될 경우 커패시터 파열이 일어나지 않는 것의 장점을 갖는다. 현재, 거의 모든 고체 커패시터 제조자들은 알루미늄 또는 탄탈 고체 커패시터를 제조하기 위하여 2종의 물질을 이용한다. 그러나, 모노머 EDOT 및 철 (Ⅲ) p-톨루엔설포네이트를 함유하는 혼합 용액에 커패시터 소자를 침지시킴으로써 중합된, 알루미늄 포일 표면 또는 기공 상의 PEDOT는 대부분 낮은 중합도를 갖는 분말 구조를 가지며, 분말 구조의 물리적 특성이 나빠, 표면 또는 기공으로부터 떨어지기 더 쉽고, 완전한 PEDOT 폴리머 구조가 알루미늄 포일 표면 또는 기공 상에 쉽게 형성될 수 없기 때문에, 분말 구조는 알루미늄 포일 표면 또는 기공 상에 쉽게 부착될 수 없다. 따라서, 16 V 이상의 전압에서 고체 커패시터의 안정성은 나쁘므로, 고체 커패시터는 16 V 이상의 전압에서의 공정에 이용될 수 없거나, 공정 수율이 낮게 된다. 또한, 전도성 폴리머 PEDOT에 의해 형성된 분말 구조가 알루미늄 포일 기공 상에 쉽게 부착할 수 없기 때문에, 이탈(fallling off) 문제가 발생하는 경우, 견딜 수 있는 작업 전압(withstandable working voltage)이 제한된다.
일본특허 제2010-129651호에서, 커패시터 소자가 폴리머 PEDOT를 함유하는 폴리머 용액에 직접 침지되고, 완전한 PEDOT 폴리머 구조가 알루미늄 포일 표면 또는 기공 상에 형성되어, 고체 커패시터가 50 V 전압의 작업 환경에 적용가능한 것이 개시되어 있다. 그러나, 종래의 과정과 비교했을 때, 폴리머 PEDOT 재료의 비용이 모노머 EDOT보다 높고, 폴리머 PEDOT 재료는 저장이 어려우며, 공정이 더 많은 시간을 필요로 하고, 제어가 더 어렵다.
따라서, 산업계는 50 V 이상과 같은 고전압에서 견딜 수 있으며, 우수한 안정성을 갖고, 상대적으로 저비용이어서, 고온 저항성 및 고주파수 저항성을 필요로 하는 3C 제품의 액체 커패시터를 대체할 수 있는, 고체 커패시터의 개발을 요구하고 있다.
따라서, 본 발명은,
(a) 화학식(Ⅰ)의 모노머:
(b) 화학식(Ⅱ)의 모노머:
및
(c) 중합성 화합물(polymerizable compound)
을 포함하는 전해질 재료 제제(electrolyte material formulation)에 관한 것이며,
상기에서:
A는 (Rx)p에 의해 치환된 C1 -4 알킬렌;
X는 O 또는 S;
B1은 O, S, 또는 N;
B2는 N 또는 C;
R1, R2, R3 및 Rx는 독립적으로 H, 비치환 또는 치환 C1 -20 알킬 또는 알콕시, 또는 비치환 또는 치환 C6 -20 아릴;
p는 0 내지 2의 정수; 및
q 및 w는 독립적으로 0 또는 1의 정수, 및
상기에서, 상기 모노머 (a) 100 중량부를 기준으로, 상기 모노머 (b)는 약 1 내지 800 중량부의 양이며, 상기 중합성 화합물 (c)는 약 1 내지 약 10000 중량부의 양이다.
또한, 본 발명은 중합을 통해 본 발명의 전해질 재료 제제로부터 형성된 전해질 재료 조성물(electrolytic material composition)에 관한 것이다.
또한, 본 발명은
애노드(anode);
상기 애노드 상에 형성된 유전체층(dielectric layer);
캐소드(cathode); 및
상기 유전체층과 상기 캐소드 사이에 위치한 고체 전해질을 포함하며,
상기 고체 전해질은 본 발명에 따른 전해질 재료 조성물을 포함하는
고체 커패시터에 관한 것이다.
본 발명에 따른 전해질 재료 조성물은 우수한 구조적 안정성을 나타내며, 이 전해질 재료 조성물로부터 제조된 고체 커패시터는 쉬운 구성, 낮은 비용 및 우수한 공정 안정성의 장점을 가짐으로써, 높은 내전압(withstanding voltage)(또는 스파클링 전압(sparkling voltage)이라고 칭함)을 가지며, 25 V, 35 V, 50 V, 63 V, 또는 더 높은 전압에서 작동될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 커패시터 소자를 나타낸다.
본 개시에 관한 좀더 나은 이해를 위하여, 몇몇 용어는 하기와 같이 정의된다.
용어, "약"는 그 값을 계산하거나 결정하는 방법에 부분적으로 의존하여, 당업자에 의해 결정된 값의 허용가능한 편차를 의미한다. 일부 실시예에서, 용어 "약"은 표준 편차 1, 2, 3, 또는 4 이내를 의미한다. 다른 실시예에서, 용어 "약"은 소정 값 또는 범위의 50%, 20%, 15%, 10%, 9%, 8%, 7%, 6%, 5%, 4%, 3%, 2%, 1%, 0.5%, 또는 0.05% 이내를 의미한다.
용어 "알킬렌"은 선택적으로 치환된, 이가, 직쇄 또는 가지 달린 탄소 사슬 라디칼을 의미한다. 일부 실시예에서, 알킬렌은 1 내지 4개의 탄소 (C1 -4)를 갖는 탄소 사슬 라디칼을 의미한다. 알킬렌의 예는 메틸렌, 에틸렌, 프로필렌 (모든 이성질체 형태를 포함), n-프로필렌, 이소프로필렌, 부틸렌 (모든 이성질체 형태를 포함), n-부틸렌, 이소부틸렌, 및 tert-부틸렌을 포함하나, 이에 제한되는 것은 아니다.
용어 "알콕시"는 산소 원자에 결합된 전술한 바와 같은 알킬을 의미한다. 알콕시의 예는 메톡시, 에톡시, 프로폭시, n-프로폭시, 2-프로폭시, n-부톡시, 이소-부톡시, tert-부톡시, 사이클로헥실옥시, 페녹시, 벤질옥시, 및 2-나프톡시를 포함하나, 이에 제한되는 것은 아니다.
용어 "아릴"은 모노-사이클릭 또는 멀티-사이클릭, 일가 방향족 라디칼을 의미한다. 일부 실시예에서, 아릴은 6 내지 20 (C6 -20), 6 내지 15 (C6 -15), 또는 6 내지 10 (C6 -10) 고리 원자를 의미한다. 아릴의 예는 페닐, 나프틸, 플루오레닐, 아줄레닐, 안트라실, 페난트릴, 피레닐, 비페닐, 및 테르페닐을 포함하나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 이는 디하이드로나프틸, 인데닐, 디하이드로인데닐 및 테트라하이드로나프틸과 같은, 고리의 하나가 방향족 고리이고, 다른 하나 또는 2개의 고리는 포화되거나, 부분적으로 불포화되거나 또는 방향족 고리일 수 있는 비사이클릭 또는 트리사이클릭 탄소 고리를 의미한다.
본 발명에 따른 일부 실시예는 하기에 설명될 것이다. 그러나, 본 발명의 정신으로부터 벗어나지 않고, 본 발명은 다양한 실시예를 포함하며, 본 명세서에 기재된 것들에 제한되는 것으로 이해되어서는 안 된다. 또한, 다르게 기재되지 않으면, "a", "an", 또는 "the" 등은 단수형 또는 복수형을 나타낸다. 용어 "치환"은 수소가 치환기에 의해 치환된 것을 나타내며, 상기 치환기는 수소 이외의 임의의 기 또는 원소일 수 있다. 또한, 명확성을 위하여, 도면에 도시된 구성요소 및 영역의 크기는 실제 비율에 따라 도시되기 보다는 확대될 수 있다.
본 발명은 (a) 화학식(Ⅰ)의 모노머, (b) 화학식(Ⅱ)의 모노머, 및 (c) 중합성 화합물을 포함하는 전해질 재료 제제에 관한 것이다.
본 발명에 이용되는 모노머 (a)는 하기 화학식(Ⅰ):
[상기에서, A는 (Rx)p에 의해 치환된 C1 -4 알킬렌이고, X는 O 또는 S이며, Rx 독립적으로 H, 비치환 또는 치환 C1 -20 알킬 또는 알콕시, 또는 비치환 또는 치환 C6 -20 아릴이며, p는 0 내지 2의 정수이다.]
의 구조를 갖는다.
모노머 (a)는 바람직하게는 하기를 포함하지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기에서, R4 및 R5는 각각 독립적으로 H, 비치환 또는 치환 C1 -15 알킬 또는 알콕시, 또는 비치환 또는 치환 C6 -15 아릴을 나타낸다. 바람직하게, R4 및 R5는 각각 독립적으로 H, 또는 C1 -3 알킬 또는 알콕시를 나타낸다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 모노머 (a)는
본 발명에 따른 전해질 재료 제제는 모노머 (b)를 포함함으로써, 모노머 (a)와 고도로 중합된 전도성 폴리머 구조를 형성하게 된다. 모노머 (b)는 하기 화학식(Ⅱ):
[상기에서, B1은 O, S 또는 N이며; B2는 N 또는 C이며; q 및 w는 각각 독립적으로 0 또는 1의 정수를 나타내며; R1, R2 및 R3은 각각 독립적으로 H, 비치환 또는 치환 C1 -20 알킬 또는 알콕시, 또는 비치환 또는 치환 C6 -20 아릴을 나타내며, B1이 O 또는 S인 경우, q는 0이며; B2가 N인 경우, w는 0이다.]
의 구조를 갖는다.
모노머 (b) 바람직하게는 하기, 또는 그 조합을 포함하나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기에서, R1, R2, 및 R3은 각각 독립적으로 H 또는 C1 -3 알킬 또는 알콕시를 나타낸다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 모노머 (b)는
이다.
본 발명에 따른 전해질 재료 제제는 중합성 화합물 (c)를 포함함으로써, 모노머 (a) 및 모노머 (b)로부터 중합된, 중합도가 높은(highly polymerized) 제1 폴리머가 알루미늄 포일 표면 또는 기공으로부터 떨어지지 않고 표면 또는 기공에 쉽게 부착될 수 있도록 한다. 본 발명에 이용되는 중합성 화합물 (c)는 모노머, 올리고머 또는 그 조합의 형태로 본 발명의 전해질 재료 제제에 존재한다. 본 발명에 따른 전해질 재료 제제에 이용되는 중합성 화합물은 에폭시기-함유 중합성 화합물, 비닐-함유 불포화 중합성 화합물, 아크릴레이트-함유 불포화 중합성 화합물 또는 그 혼합물일 수 있다.
바람직하게, 중합성 화합물 (c)는 하기로 이루어진 군으로부터 선택된다.
상기에서, n은 3 이상의 정수이며, m은 2 이상의 정수이며, G는 유기기, 무기기 또는 그 조합이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 중합성 화합물은 하기로 이루어진 군으로부터 선택된다.
중합성 화합물 (c)는 바람직하게 40 내지 1,000,000, 더욱 바람직하게 40 내지 500,000, 가장 바람직하게 40 내지 100,000의 분자량을 갖는다.
본 발명에 따른 전해질 재료 제제에서, 모노머 (b)는 모노머 (a) 100 중량부를 기준으로, 약 1 내지 약 800 중량부의 양이며, 중합성 화합물 (c)는 모노머 (a) 100 중량부를 기준으로, 약 1 내지 약 10000 중량부의 양이다. 바람직하게, 모노머 (a) 100 중량부를 기준으로, 모노머 (b)의 양은 약 5 내지 약 400 중량부이며, 중합성 화합물 (c)의 양은 약 5 내지 약 5000 중량부이다.
본 발명에 따른 전해질 재료 제제는 모노머 (a) 및 모노머 (b)로부터 전도성 폴리머의 형성을 촉진시키는 산화제를 선택적으로 함유할 수 있다. 본 발명에 이용될 수 있는 산화제는 당해 기술분야에 알려져 있으며, 예를 들어, 알칼리 금속 퍼설페이트, 암모늄 염, 퍼옥사이드, 또는 유기산의 제2철염(ferric salts), 또는 그 조합일 수 있다. 바람직하게, 산화제는 철 (Ⅲ) p-톨루엔설포네이트, 암모늄 설페이트, 암모늄 퍼설페이트, 암모늄 옥살레이트, 암모늄 퍼클로레이트, 또는 과산화수소 또는 그 혼합물일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 산화제는 철 (Ⅲ) p-톨루엔설포네이트이다.
본 발명에 따른 전해질 재료 제제에서, 모노머 (a) 및 모노머 (b)의 총량 100 중량부를 기준으로, 산화제의 양은 바람직하게 약 5 내지 약 3000 중량부이며, 더욱 바람직하게 약 100 내지 약 1000 중량부이며, 가장 바람직하게 약 100 내지 약 300 중량부이다.
본 발명에 따른 전해질 재료 제제는 경화제를 선택적으로 포함할 수 있다. 예를 들어, 에폭시기-함유 중합성 화합물이 이용되는 경우, 경화제가 첨가되며, 가교결합 및 경화시에, 3차원 네트워크 구조가 형성된다. 본 발명에 이용될 수 있는 경화제는 당해 기술분야에 알려져 있으며, 예를 들어, 하기:
와 같은 아민 또는 산 무수물일 수 있다.
본 발명에 따른 전해질 재료 제제에서, 중합성 화합물 (c)에 대한 경화제의 양의 중량비는 0 대 2, 바람직하게 0 대 1.5일 수 있다.
경화 반응을 가속화하기 위하여, 본 발명에 따른 전해질 재료 제제는 촉매를 더 포함할 수 있다. 본 발명에 이용될 수 있는 촉매는 당해 기술분야에 알려져 잇으며, 예를 들어, 4급 아민, 아조 화합물 또는 벤조일 화합물일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 유용한 촉매는 하기를 포함한다.
본 발명에 따른 전해질 재료 제제에서, 촉매는 중합성 화합물 (c)에 대한 촉매의 중량비가 0.001 대 1, 바람직하게는 0.005 대 0.5, 더욱 바람직하게는 0.01 대 0.25가 되는 양으로 이용된다.
본 발명은 상기 전해질 재료 제제로부터 형성되는 전해질 재료 조성물을 제공하며, 상기 전해질 재료 조성물은 하기를 포함한다.
(A) 상기 모노머 (a) 및 상기 모노머 (b)로부터 유래된 중합 단위로부터 형성된, 제1 폴리머; 및
(B) 상기 중합성 화합물 (c)로부터 유래된 중합 단위로부터 형성된, 제2 폴리머.
종래 고체 전해질에 이용되는 전도성 폴리머는 일반적으로 중합도가 낮은(lowly polymerized) 분말-유사 구조이며, 이는 애노드 포일 표면 또는 기공에 부착되기가 쉽지 않고, 표면 또는 기공으로부터 떨어지기 쉬워, 낮은 안정성을 나타내며, 제조 수율이 낮다. 본 발명의 전해질 재료 조성물은 제1 폴리머 및 제2 폴리머를 함유하며, 제1 폴리머 및 제2 폴리머가 서로 반응하지 않는다.
제1 폴리머는 전도성 폴리머로 이용되며, 높은 열 저항성, 높은 전도도, 높은 전하 이동 속도, 비독성, 긴 사용기간, 커패시터에 적용되는 경우 커패시터 파열이 발생되지 않는 특성을 나타낸다. 제1 폴리머는 산화제의 존재하에 모노머 (a) 및 모노머 (b)의 중합으로부터 형성된다. 제1 폴리머는 1000 내지 500000, 바람직하게 1000 내지 50000, 더욱 바람직하게 1000 내지 20000의 분자량을 갖는다.
제2 폴리머는 중합성 재료로 이용되며, 중합시 분자의 가교결합 정도를 증가시키고, 제2 폴리머가 경화될 수 있도록 하기 위하여, 제2 폴리머는 중합성 화합물 및 경화제로부터 유래되는 중합 단위로부터 선택적으로 형성된다. 제1 폴리머의 분자 구조의 안정성을 향상시키기 위하여, 제2 폴리머의 네트워크 구조가 박막을 형성하여, 제1 폴리머는 이탈되지 않고 커패시터 소자 상에 부착될 수 있으며, 고전압(16 V 이상의 전압) 작업 환경, 바람직하게는 63 V 이상의 전압의 작업 환경에 적용될 수 있다.
본 발명에 따른 전해질 재료 제제는 커패시터에서 중합되며, 공정은 인 시츄(in situ) 반응을 포함한다. 인 시츄 공정은 1-용액 방법, 2-용액 방법, 및 다-용액 방법으로 분류될 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 전해질 재료 제제 및 산화제가 1 용액으로 제제화되거나, 또는 모노머 (a), 모노머 (b) 및 중합성 화합물 (c)을 포함하는 제1 용액 및 산화제를 함유하는 제2 용액을 포함하는 2 용액으로 제제화될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 전해질 재료 제제는 모노머 (a) 및 모노머 (b)를 함유하는 제1 용액, 산화제를 함유하는 제2 용액, 및 중합성 화합물 (c)을 함유하는 제3 용액으로 포함하는 다용액으로 제제화될 수 있다. 1-용액 방법, 2-용액 방법, 또는 다-용액 방법에 무관하게, 경화제 및 촉매는 선택적으로 첨가될 수 있으며, 경화제 및 촉매는 전술한 바와 같다. 용액의 점도를 조절하기 위하여, 본 발명에 따른 전해질 재료 제제는 용매를 더 함유할 수 있다. 본 발명에 이용될 수 있는 용매는 원칙적으로는 특히 제한되지 않으며, 예를 들어, 물, 알코올, 또는 벤젠, 또는 그 조합일 수 있으며, 바람직하게 메탄올, 에탄올, 프로판올, n-부탄올, tert-부탄올, 또는 물, 또는 그 조합일 수 있다.
본 발명은 또한 애노드; 상기 애노드 상에 형성된 유전체층; 캐소드; 및 상기 유전체층과 상기 캐소드 사이에 위치한 고체 전해질을 포함하며, 상기 고체 전해질은 전술한 전해질 재료 조성물을 포함하는 고체 커패시터를 제공한다. 고체 커패시터는 알루미늄 고체 커패시터, 탄탈 고체 커패시터, 또는 니오브 고체 커패시터일 수 있다. 특히, 고체 커패시터의 주요 부분으로서, 애노드는 애노드 포일로서 에칭된 전도성 금속 포일에 의해, 애노드 포일의 표면 상에서 애노드 산화 공정을 수행하고, 애노드 포일로부터 배선을 도입함으로써 형성되고, 캐소드는 캐소드 포일로서 다른 금속 포일에 의해, 캐소드 포일로부터 배선을 도입함으로써 형성된다. 유전체층은 옥사이드 등으로부터 형성되고, 애노드 포일의 표면 상에 형성되며, 애노드 포일과 캐소드 포일 사이에 위치한다. 애노드 포일 및 캐소드 포일은 알루미늄, 탄탈, 니오브, 알루미늄 옥사이드, 탄탈 옥사이드, 니오브 옥사이드, 티타늄 도금 알루미늄, 또는 탄소 도금 알루미늄일 수 있다. 애노드 포일 및 캐소드 포일은 실린더에 감기고, 용액 형태의 전해질 재료 제제 및 산화제에 침지되고, 경화 처리(예를 들어, 열 경화 또는 광 경화)된 후, 고체 전해질이 고체 커패시터의 유전체층과 캐소드 포일 사이에 형성된다.
고체 전해질이 커패시터 소자에 형성된 후, 고체 커패시터는 종래 기술과 재료를 이용함으로써 형성될 수 있다. 예를 들어, 커패시터 소자는 박스 내에 설치되고, 배선을 노출시키는 개구부를 갖는 실링 부재가 박스의 상부에 배치될 수 있으며, 고체 커패시터는 실링 후에 형성될 수 있다. 본 발명에 따른 전해질 재료 제제로부터 제조된 고체 커패시터는 쉬운 구성, 저비용, 내전압성(63 V 이상), 고커패시턴스 및 저임피던스(35 mΩ 이하)의 장점을 나타낸다.
하기에서, 본 발명의 일 실시예에 따른 전해질 재료 조성물 및 고체 커패시터의 제조방법이 도 1을 참조하여 기재된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 커패시터 소자를 나타낸다. 도 1에 나타내어진 바와 같이, 애노드 포일(1) 및 캐소드 포일(3), 및 애노드 포일(1)과 캐소드 포일(3) 사이에 삽입된 스페이서 요소(5a, 5b)는 함께 감겨져서 커패시터 소자(9)를 형성한다. 배선(7a, 7b)는 캐소드 포일(3)과 애노드 포일(1)을 외부 회로에 연결시키기 위한 단자로서 작용한다.
캐소드 포일과 애노드 포일에 연결되는 배선의 수는 캐소드 포일 및 애노드 포일이 모두 배선 연결되는 것이면, 특히 제한되지 않는다. 캐소드 포일 및 애노드 포일의 수는 특히 제한되지 않으며, 예를 들어, 캐소드 포일의 수는 애노드 포일의 수와 동일할 수 있거나, 또는 캐소드 포일의 수는 애노드 포일의 수보다 클 수 있다. 옥사이드 등으로부터 형성되는 유전체층 (도시되지 않음)은 애노드 포일의 표면 상에 형성되며, 애노드 포일과 캐소드 포일 사이에 위치한다. 애노드 포일(1), 캐소드 포일(3), 스페이서 요소(5a, 5b), 및 배선(7a, 7b)은 공지된 기술을 통하여 공지된 재료를 이용함으로써 제조된다.
다음으로, 커패시터 소자를 용액 형태의 전해질 재료 제제에 침지하여, 고체 전해질을 고체 커패시터의 유전체층과 캐소드 포일 사이에 형성한다.
고체 전해질의 형성 방법은 먼저, 전술한 바와 같이, 전해질 재료 제제 및 산화제를 단일 용액 또는 다중 용액으로 제제화하는 것을 포함한다. 전해질 재료 제제 및 산화제가 단일 용액으로 제제화되는 경우, 커패시터 소자(9)는 전해질 재료 제제 및 산화제의 용액에 직접 침지되며; 전해질 재료 제제 및 산화제가 전술한 바와 같이 2용액으로 제제화되는 경우, 커패시터 소자(9)는 먼저 제1 용액에 침지된 후, 제2 용액에 침지될 수 있으며, 또는 커패시터 소자(9)는 먼저 제2 용액에 침지된 후, 제1 용액에 침지될 수 있으며, 그 후 중합 반응이 수행된다. 중합 반응은 1 내지 12 시간 동안, 바람직하게 1 내지 5 시간 동안 25℃ 내지 260℃, 바람직하게 85℃ 내지 160℃의 온도에서 수행될 수 있으며, 이 시간 동안, 먼저 모노머 (a)가 산화제의 존재 하에, 모노머 (b)와 반응하여 전도성 폴리머를 형성한다. 다음으로, 중합성 화합물을 경화 처리(예를 들어, 열 처리)하여, 중합성 재료(polymerizable material)를 형성하고, 선택적으로, 경화제 또는 촉매, 또는 그 혼합물이 열처리 과정에서 첨가된다.
이러한 방식으로, 전도성 폴리머 및 중합성 재료를 함유하는 전해질 재료 조성물이 애노드 포일의 유전체층과 캐소드 포일 사이에 형성된다.
전도성 폴리머 및 중합성 재료를 함유하는 전해질 재료 조성물은 열 처리 시에 본 발명에 따른 전해질 재료 제제로부터 형성된다. 중합성 재료는 전도성 폴리머의 구조 안정성을 향상시키며, 애노드가 누설 전류에 의해 발화되는 것을 방지함으로써, 고체 커패시터의 단락을 방지할 수 있다. 따라서, 중합성 재료는 고체 커패시터의 전압 저항을 향상시킬 수 있으며, 전도서 폴리머의 부착 특성(adhesion property)을 향상시킬 수 있어, 고도로 중합된 구조의 전도성 폴리머가 전극 표면 또는 금속 포일의 기공 상에 형성될 수 있으며, 더 높은 전압을 견딜 수 있고, 더 높은 커패시턴스를 갖는다. 따라서, 고체 커패시터는 고전압 커패시터를 필요로 하는 산업계, 예를 들어, LED 램프의 구동용 전원, 전자 에너지 절감 램프 및 정류기, 자동차 전자 장치, 컴퓨터 마더보드, 주파수 변환기, 네트워크 커뮤니케이션, 의료 장치의 전원, 또는 UPS를 포함하는 다른 하이-엔드 영역에 널리 이용될 수 있다.
본 발명은 하기 실시예에 의하여 더욱 상세하게 설명되며, 이 실시예는 예시를 위하여 제공되는 것이며 본 발명의 범위를 제한하고자 하는 것이 아니다. 당업자에 의해 쉽게 이루어질 수 있는 어떠한 수정 및 변형도 본 명세서 및 첨부된 청구항의 개시 범위 내에 속한다.
실시예
실시예
1
도 1에 도시된 바와 같이, 커패시터 소자(9)를, 30 g 
, 2.6 g 
, 40% 철 (Ⅲ) p-톨루엔설포네이트를 함유하는 100 g 에탄올 용액, 20 g 중합성 화합물 
, 20 g 경화제 
및 2 g 촉매 
를 혼합함으로써 형성된 전해질 재료 제제에 5 분 동안 침지시켰다. 이어서, 커패시터 소자를 전해질 재료 제제로부터 꺼내고, 25℃ 내지 250℃ 범위의 온도에서 열 중합시켜, 전도성 폴리머 및 중합성 재료의 혼합물을 함유하는 고체 전해질을 형성하였다.
실시예
2
도 1에 도시된 바와 같이, 커패시터 소자(9)를 먼저, 30 g 
, 5.3 g 
, 15 g 중합성 화합물 
, 20 g 경화제 
및 2 g 촉매 
를 혼합함으로써 형성된 제1 용액에 5 분 동안 침지시킨 후, 45% 철 (Ⅲ) p-톨루엔설포네이트를 함유하는 100 g n-부탄올 용액의 제2 용액에 5 분 동안 침지시켰다. 이어서, 커패시터 소자를 전해질 재료 제제로부터 꺼내고, 25℃ 내지 250℃ 범위의 온도에서 열 중합시켜, 전도성 폴리머 및 중합성 재료의 혼합물을 함유하는 고체 전해질을 형성하였다.
실시예
3
도 1에 도시된 바와 같이, 커패시터 소자(9)를 먼저, 50% 철 (Ⅲ) p-톨루엔설포네이트를 함유하는 100 g tert-부탄올 용액의 제2 용액에 5 분 동안 침지시킨 후, 7.9 g 
, 30 g 
, 15 g 중합성 화합물 
, 15 g 경화제 
및 2 g 촉매 
를 혼합함으로써 형성된 제1 용액에 5 분 동안 침지시켰다. 이어서, 커패시터 소자를 전해질 재료 제제로부터 꺼내고, 25℃ 내지 250℃ 범위의 온도에서 열 중합시켜, 전도성 폴리머 및 중합성 재료의 혼합물을 함유하는 고체 전해질을 형성하였다.
실시예
4
도 1에 도시된 바와 같이, 커패시터 소자(9)를 먼저, 30 g 
및 2.6 g 
를 함유하는 제1 용액에 5 분 동안 침지시킨 후, 50% 철 (Ⅲ) p-톨루엔설포네이트를 함유하는 100 g tert-부탄올 용액, 20 g 중합성 화합물 
, 20 g 경화제 
및 2 g 촉매 
를 혼합함으로써 형성된 제2 용액에 5분 동안 침지시켰다. 커패시터 소자를 전해질 재료 제제로부터 꺼내고, 25℃ 내지 250℃ 범위의 온도에서 열 중합시켜, 전도성 폴리머 및 중합성 재료의 혼합물을 함유하는 고체 전해질을 형성하였다.
실시예
5
도 1에 도시된 바와 같이, 커패시터 소자(9)를 먼저, 55% 철 (Ⅲ) p-톨루엔설포네이트를 함유하는 100 g 에탄올 용액, 20 g 중합성 화합물 
, 20 g 경화제 
및 2 g 촉매 
를 혼합함으로써 형성된 제2 용액에 5 분 동안 침지시킨 후, 30 g 
및 5.3 g 
를 함유하는 제1 용액에 5 분 동안 침지시켰다. 이어서, 커패시터 소자를 전해질 재료 제제로부터 꺼내고, 25℃ 내지 250℃ 범위의 온도에서 열 중합시켜, 전도성 폴리머 및 중합성 재료의 혼합물을 함유하는 고체 전해질을 형성하였다.
실시예
6
도 1에 도시된 바와 같이, 커패시터 소자(9)를 40 g 
, 5.3 g 
, 40% 철 (Ⅲ) p-톨루엔설포네이트를 함유하는 120 g 프로판올 용액, 50 g 중합성 화합물 
, 50 g 경화제 
및 5 g 촉매 
를 혼합함으로써 형성된 전해질 재료 제제에 5 분 동안 침지시켰다. 이어서, 커패시터 소자를 전해질 재료 제제로부터 꺼내고, 25℃ 내지 250℃ 범위의 온도에서 열 중합시켜, 전도성 폴리머 및 중합성 재료의 혼합물을 함유하는 고체 전해질을 형성하였다.
실시예
7
도 1에 도시된 바와 같이, 커패시터 소자(9)를 40 g 
, 2.6 g 
, 40% 철 (Ⅲ) p-톨루엔설포네이트를 함유하는 120 g 에탄올 용액, 40 g 중합성 화합물 
40 g 경화제 
및 5 g 촉매 
를 혼합함으로써 형성된 전해질 재료 제제에 5 분 동안 침지시켰다. 이어서, 커패시터 소자를 전해질 재료 제제로부터 꺼내고, 25℃ 내지 250℃ 범위의 온도에서 열 중합시켜, 전도성 폴리머 및 중합성 재료의 폴리머의 혼합물을 함유하는 고체 전해질을 형성하였다.
실시예
8
도 1에 도시된 바와 같이, 커패시터 소자(9)를 30 g 
, 5.3 g 
, 40% 철 (Ⅲ) p-톨루엔설포네이트를 함유하는 100 g tert-부탄올 용액, 20 g 중합성 화합물 
및 20 g 경화제 
를 혼합함으로써 형성된 전해질 재료 제제에 5 분 동안 침지시켰다. 이어서, 커패시터 소자를 전해질 재료 제제로부터 꺼내고, 25℃ 내지 250℃ 범위의 온도에서 열 중합시켜, 전도성 폴리머 및 중합성 재료의 혼합물을 함유하는 고체 전해질을 형성하였다.
실시예
9
도 1에 도시된 바와 같이, 커패시터 소자(9)를 먼저, 7.9 g 95% 에탄올 희석된 
, 30 g 
, 15 g 중합성 화합물 
, 15 g 경화제 
및 2 g 촉매 
를 혼합함으로써 형성된 제1 용액에 5 분 동안 침지시킨 후, 45% 철 (Ⅲ) p-톨루엔설포네이트를 함유하는 100 g n-부탄올 용액에 5 분 동안 침지시켰다. 이어서, 커패시터 소자를 전해질 재료 제제로부터 꺼내고, 25℃ 내지 250℃ 범위의 온도에서 열 중합시켜, 전도성 폴리머 및 중합성 재료의 혼합물을 함유하는 고체 전해질을 형성하였다.
실시예
10
도 1에 도시된 바와 같이, 커패시터 소자(9)를 30 g 
, 2.6 g 
, 40% 철 (Ⅲ) p-톨루엔설포네이트를 함유하는 150 g tert-부탄올 용액, 20 g 중합성 화합물 
, 20 g 경화제 
및 2 g 촉매 
를 혼합함으로써 형성된 전해질 재료 제제에 5 분 동안 침지시켰다. 이어서, 커패시터 소자를 전해질 재료 제제로부터 꺼내고, 25℃ 내지 250℃ 범위의 온도에서 열 중합시켜, 전도성 폴리머 및 중합성 재료의 혼합물을 함유하는 고체 전해질을 형성하였다.
실시예
11
도 1에 도시된 바와 같이, 커패시터 소자(9)를 30 g 
, 5.3 g 
, 40% 철 (Ⅲ) p-톨루엔설포네이트를 함유하는 150 g tert-부탄올 용액, 20 g 중합성 화합물 
, 20 g 경화제 
및 2 g 촉매 
를 함유하는 전해질 재료 제제에 5 분 동안 침지시켰다. 이어서, 커패시터 소자를 전해질 재료 제제로부터 꺼내고, 25℃ 내지 250℃ 범위의 온도에서 열 중합시켜, 전도성 폴리머 및 중합성 재료의 혼합물을 함유하는 고체 전해질을 형성하였다.
실시예
12
도 1에 도시된 바와 같이, 커패시터 소자(9)를 30 g 
, 7.9 g 
, 40% 철 (Ⅲ) p-톨루엔설포네이트를 함유하는 150 g tert-부탄올 용액, 20 g 중합성 화합물 
, 15 g 경화제 
및 2 g 촉매 
를 혼합함으로써 형성된 전해질 재료 제제에 5 분 동안 침지시켰다. 이어서, 커패시터 소자를 전해질 재료 제제로부터 꺼내고, 25℃ 내지 250℃ 범위의 온도에서 열 중합시켜, 전도성 폴리머 및 중합성 재료의 혼합물을 함유하는 고체 전해질을 형성하였다.
실시예
13
도 1에 도시된 바와 같이, 커패시터 소자(9)를 30 g 
, 2.6 g 
, 40% 철 (Ⅲ) p-톨루엔설포네이트를 함유하는 150 g tert-부탄올 용액, 20 g 중합성 화합물 
, 15 g 경화제 
및 2 g 촉매 
를 혼합함으로써 형성된 전해질 재료 제제에 5 분 동안 침지시켰다. 이어서, 커패시터 소자를 전해질 재료 제제로부터 꺼내고, 25℃ 내지 250℃ 범위의 온도에서 열 중합시켜, 전도성 폴리머 및 중합성 재료의 혼합물을 함유하는 고체 전해질을 형성하였다.
실시예 14
도 1에 도시된 바와 같이, 커패시터 소자(9)를 30 g 
, 5.3 g 
, 40% 철 (Ⅲ) p-톨루엔설포네이트를 함유하는 150 g tert-부탄올 용액, 20 g 중합성 화합물 
, 40 g 경화제 
및 5 g 촉매 
를 혼합함으로써 형성된 전해질 재료 제제에 5 분 동안 침지시켰다. 이어서, 커패시터 소자를 전해질 재료 제제로부터 꺼내고, 25℃ 내지 250℃ 범위의 온도에서 열 중합시켜, 전도성 폴리머 및 중합성 재료의 혼합물을 함유하는 고체 전해질을 형성하였다.
실시예
15
도 1에 도시된 바와 같이, 커패시터 소자(9)를 7.9 g 
, 30 g 
, 40% 철 (Ⅲ) p-톨루엔설포네이트를 함유하는 100 g tert-부탄올 용액, 30 g 중합성 화합물 
, 40 g 경화제 
및 3 g 촉매 
를 혼합함으로써 형성된 전해질 재료 제제에 5 분 동안 침지시켰다. 이어서, 커패시터 소자를 전해질 재료 제제로부터 꺼내고, 25℃ 내지 250℃ 범위의 온도에서 열 중합시켜, 전도성 폴리머 및 중합성 재료의 혼합물을 함유하는 고체 전해질을 형성하였다.
실시예
16
도 1에 도시된 바와 같이, 커패시터 소자(9)를 먼저, 30 g 
, 2.6 g 
, 30 g 중합성 화합물 
및 3 g 촉매 
를 혼합함으로써 형성된 제1 용액에 5 분 동안 침지시킨 후, 50% 철 (Ⅲ) p-톨루엔설포네이트를 함유하는 100 g tert-부탄올 용액의 제2 용액에 5 분 동안 침지시켰다. 이어서, 커패시터 소자를 전해질 재료 제제로부터 꺼내고, 25℃ 내지 250℃ 범위의 온도에서 열 중합시켜, 전도성 폴리머 및 중합성 재료의 혼합물을 함유하는 고체 전해질을 형성하였다.
실시예
17
도 1에 도시된 바와 같이, 커패시터 소자(9)를 먼저, 40% 철 (Ⅲ) p-톨루엔설포네이트를 함유하는 100 g tert-부탄올 용액의 제2 용액에 5 분 동안 침지시킨 후, 30 g 
, 5.3 g 
및 30 g 중합성 화합물 
을 혼합함으로써 형성된 제1 용액에 5 분 동안 침지시켰다. 이어서, 커패시터 소자를 전해질 재료 제제로부터 꺼내고, 25℃ 내지 250℃ 범위의 온도에서 열 중합시켜, 전도성 폴리머 및 중합성 재료의 혼합물을 함유하는 고체 전해질을 형성하였다.
실시예
18
도 1에 도시된 바와 같이, 커패시터 소자(9)를 먼저, 30 g 
, 및 7.9 g 
을 함유하는 제1 용액에 5 분 동안 침지시킨 후, 40% 철 (Ⅲ) p-톨루엔설포네이트를 함유하는 100 g tert-부탄올 용액, 25 g 중합성 화합물 
및 3 g 촉매 
를 혼합함으로써 형성된 제2 용액에 5 분 동안 침지시켰다. 이어서, 커패시터 소자를 전해질 재료 제제로부터 꺼내고, 25℃ 내지 250℃ 범위의 온도에서 열 중합시켜, 전도성 폴리머 및 중합성 재료의 혼합물을 함유하는 고체 전해질을 형성하였다.
실시예 19
도 1에 도시된 바와 같이, 커패시터 소자(9)를 먼저, 40% 철 (Ⅲ) p-톨루엔설포네이트를 함유하는 100 g tert-부탄올 용액 및 30 g 중합성 화합물 
을 혼합함으로써 형성된 제2 용액에 5 분 동안 침지시킨 후, 2.6 g 
및 30 g 
을 함유하는 제1 용액에 5 분 동안 침지시켰다. 이어서, 커패시터 소자를 전해질 재료 제제로부터 꺼내고, 25℃ 내지 250℃ 범위의 온도에서 열 중합시켜, 전도성 폴리머 및 중합성 재료의 혼합물을 함유하는 고체 전해질을 형성하였다.
실시예
20
도 1에 도시된 바와 같이, 커패시터 소자(9)를 50 g 
, 5.3 g 
, 40% 철 (Ⅲ) p-톨루엔설포네이트를 함유하는 150 g tert-부탄올 용액, 30 g 중합성 화합물 
및 3 g 촉매 
를 혼합함으로써 형성된 전해질 재료 제제에 5 분 동안 침지시켰다. 이어서, 커패시터 소자를 전해질 재료 제제로부터 꺼내고, 25℃ 내지 250℃ 범위의 온도에서 열 중합시켜, 전도성 폴리머 및 중합성 재료의 혼합물을 함유하는 고체 전해질을 형성하였다.
실시예
21
도 1에 도시된 바와 같이, 커패시터 소자(9)를 50 g 
, 7.9 g 
, 40% 철 (Ⅲ) p-톨루엔설포네이트를 함유하는 150 g tert-부탄올 용액, 30 g 중합성 화합물 
및 3 g 촉매 
를 혼합함으로써 형성된 전해질 재료 제제에 5 분 동안 침지시켰다. 이어서, 커패시터 소자를 전해질 재료 제제로부터 꺼내고, 25℃ 내지 250℃ 범위의 온도에서 열 중합시켜, 전도성 폴리머 및 중합성 재료의 혼합물을 함유하는 고체 전해질을 형성하였다.
실시예
22
도 1에 도시된 바와 같이, 커패시터 소자(9)를 50 g 
, 7.9 g 
, 40% 철 (Ⅲ) p-톨루엔설포네이트를 함유하는 150 g tert-부탄올 용액, 30 g 중합성 화합물 
및 3 g 촉매 
를 혼합함으로써 형성된 전해질 재료 제제에 5 분 동안 침지시켰다. 이어서, 커패시터 소자를 전해질 재료 제제로부터 꺼내고, 25℃ 내지 250℃ 범위의 온도에서 열 중합시켜, 전도성 폴리머 및 중합성 재료의 혼합물을 함유하는 고체 전해질을 형성하였다.
실시예
23
도 1에 도시된 바와 같이, 커패시터 소자(9)를 50 g 
, 7.9 g 
, 40% 철 (Ⅲ) p-톨루엔설포네이트를 함유하는 150 g tert-부탄올 용액, 30 g 중합성 화합물 
및 3 g 촉매 
를 혼합함으로써 형성된 전해질 재료 제제에 5 분 동안 침지시켰다. 이어서, 커패시터 소자를 전해질 재료 제제로부터 꺼내고, 25℃ 내지 250℃ 범위의 온도에서 열 중합시켜, 전도성 폴리머 및 중합성 재료의 혼합물을 함유하는 고체 전해질을 형성하였다.
실시예
24
도 1에 도시된 바와 같이, 커패시터 소자(9)를 50 g 
, 7.9 g 
, 40% 철 (Ⅲ) p-톨루엔설포네이트를 함유하는 150 g tert-부탄올 용액, 30 g 중합성 화합물 
및 3 g 촉매 
를 혼합함으로써 형성된 전해질 재료 제제에 5 분 동안 침지시켰다. 이어서, 커패시터 소자를 전해질 재료 제제로부터 꺼내고, 25℃ 내지 250℃ 범위의 온도에서 열 중합시켜, 전도성 폴리머 및 중합성 재료의 혼합물을 함유하는 고체 전해질을 형성하였다.
실시예 25
도 1에 도시된 바와 같이, 커패시터 소자(9)를 50 g 
, 7.9 g 
, 40% 철 (Ⅲ) p-톨루엔설포네이트를 함유하는 150 g tert-부탄올 용액, 30 g 중합성 화합물 
및 3 g 촉매 
를 혼합함으로써 형성된 전해질 재료 제제에 5 분 동안 침지시켰다. 이어서, 커패시터 소자를 전해질 재료 제제로부터 꺼내고, 25℃ 내지 250℃ 범위의 온도에서 열 중합시켜, 전도성 폴리머 및 중합성 재료의 혼합물을 함유하는 고체 전해질을 형성하였다.
비교예 1
도 1 에 나타내어진 커패시터 소자(9)를 10 g 
및 40% 철 (Ⅲ) p-톨루엔설포네이트를 함유하는 100 g tert-부탄올 용액을 혼합함으로써 형성된 전해질 재료 제제에 5 분 동안 침지시켰다. 이어서, 커패시터 소자를 전해질 재료 제제로부터 꺼내고, 25℃ 내지 250℃ 범위의 온도에서 열 중합시켜, 고체 전해질을 형성하였다.
고체 커패시터의 제조 및 전기적 특성 시험
실시예 1 내지 25, 및 비교예 1에 따라 제조된 고체 전해질을 갖는 커패시터 소자를 하부(bottom)을 갖는 박스 내에 배치하고, 박스를 탄성 물질로 형성된 실링 부재로 배선이 노출되도록 실링하여, 고체 커패시터를 형성하였다.
얻어진 고체 커패시터를 하기 기재된 장치 및 방법에 의해 시험하였다.
커패시턴스
결정:
고체 커패시터를 20℃의 온도 및 120 ㎐의 주파수에서 HP4284A LCR 미터에 의해 시험하였다.
내전압 결정:
고체 커패시터를 커패시터 누설 전류/IR 미터 Chroma Model 11200에 의해 시험하였다.
| 저장 커패시턴스(CS) (μF,120㎐) |
내전압 (Withstand Voltage) |
|
| 실시예 1 | 104 | 66 |
| 실시예 2 | 103 | 79 |
| 실시예 3 | 98 | 87 |
| 실시예 4 | 97 | 67 |
| 실시예 5 | 96 | 71 |
| 실시예 6 | 95 | 72 |
| 실시예 7 | 103 | 70 |
| 실시예 8 | 108 | 71 |
| 실시예 9 | 105 | 90 |
| 실시예 10 | 106 | 74 |
| 실시예 11 | 103 | 76 |
| 실시예 12 | 104 | 84 |
| 실시예 13 | 98 | 72 |
| 실시예 14 | 103 | 79 |
| 실시예 15 | 100 | 83 |
| 실시예 16 | 100 | 66 |
| 실시예 17 | 97 | 81 |
| 실시예 18 | 99 | 91 |
| 실시예 19 | 107 | 79 |
| 실시예 20 | 101 | 81 |
| 실시예 21 | 105 | 84 |
| 실시예 22 | 98 | 82 |
| 실시예 23 | 102 | 81 |
| 실시예 24 | 97 | 86 |
| 실시예 25 | 104 | 84 |
| 비교예 1 | 92 | 51 |
당업자는 상기한 실시예로부터 본 발명에 기초한 다양한 변형이 실현가능하며, 예측될 수 있다는 것을 알 수 있다.
Claims (17)
1. (a) 하기:
로 이루어진 군으로부터 선택되는 모노머;
(b) 하기:
로 이루어진 군으로부터 선택되는 모노머; 및
(c) 중합성 화합물
을 포함하며,
상기에서:
R1, R2 및 R3는 독립적으로 H, 비치환 또는 치환 C1-20 알킬 또는 알콕시, 또는 비치환 또는 치환 C6-20 아릴; 및
R4 및 R5는 각각 독립적으로 H, 비치환 또는 치환 C1-15 알킬 또는 알콕시, 또는 비치환 또는 치환 C6-15 아릴이며,
상기에서, 상기 모노머 (a) 100 중량부를 기준으로, 상기 모노머 (b)는 약 5 내지 약 800 중량부의 양이며, 상기 중합성 화합물 (c)는 약 1 내지 약 10000 중량부의 양인
전해질 재료 제제.
(b) 하기:
(c) 중합성 화합물
을 포함하며,
상기에서:
R1, R2 및 R3는 독립적으로 H, 비치환 또는 치환 C1-20 알킬 또는 알콕시, 또는 비치환 또는 치환 C6-20 아릴; 및
R4 및 R5는 각각 독립적으로 H, 비치환 또는 치환 C1-15 알킬 또는 알콕시, 또는 비치환 또는 치환 C6-15 아릴이며,
상기에서, 상기 모노머 (a) 100 중량부를 기준으로, 상기 모노머 (b)는 약 5 내지 약 800 중량부의 양이며, 상기 중합성 화합물 (c)는 약 1 내지 약 10000 중량부의 양인
전해질 재료 제제.
제1항에 있어서,
상기 중합성 화합물 (c)는 에폭시기-함유 중합성 화합물, 비닐-함유 불포화 중합성 화합물, 아크릴레이트-함유 불포화 중합성 화합물, 또는 그 혼합물을 포함하는
전해질 재료 제제.
상기 중합성 화합물 (c)는 에폭시기-함유 중합성 화합물, 비닐-함유 불포화 중합성 화합물, 아크릴레이트-함유 불포화 중합성 화합물, 또는 그 혼합물을 포함하는
전해질 재료 제제.
제2항에 있어서,
상기 중합성 화합물 (c)는
로 이루어진 군으로부터 선택되며,
상기에서, n은 3 이상의 정수이며, m은 2 이상의 정수이며, G는 유기기, 무기기 또는 그 조합인
전해질 재료 제제.
상기 중합성 화합물 (c)는
로 이루어진 군으로부터 선택되며,
상기에서, n은 3 이상의 정수이며, m은 2 이상의 정수이며, G는 유기기, 무기기 또는 그 조합인
전해질 재료 제제.
제3항에 있어서,
상기 중합성 화합물 (c)는
로 이루어진 군으로부터 선택되는
전해질 재료 제제.
상기 중합성 화합물 (c)는
로 이루어진 군으로부터 선택되는
전해질 재료 제제.
제1항에 있어서,
상기 중합성 화합물은 40 내지 1,000,000 범위의 분자량을 갖는
전해질 재료 제제.
상기 중합성 화합물은 40 내지 1,000,000 범위의 분자량을 갖는
전해질 재료 제제.
제1항에 있어서,
상기 모노머 (a) 100 중량부를 기준으로, 상기 모노머 (b)의 양은 약 5 내지 약 400 중량부이며, 상기 중합성 화합물 (c)의 양은 약 5 내지 약 5000 중량부인
전해질 재료 제제.
상기 모노머 (a) 100 중량부를 기준으로, 상기 모노머 (b)의 양은 약 5 내지 약 400 중량부이며, 상기 중합성 화합물 (c)의 양은 약 5 내지 약 5000 중량부인
전해질 재료 제제.
제1항에 있어서,
알칼리 금속 퍼설페이트, 암모늄 염, 퍼옥사이드, 및 유기산의 제2철염(ferric salts), 및 그 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 산화제를 더 포함하는
전해질 재료 제제.
알칼리 금속 퍼설페이트, 암모늄 염, 퍼옥사이드, 및 유기산의 제2철염(ferric salts), 및 그 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 산화제를 더 포함하는
전해질 재료 제제.
제7항에 있어서,
상기 모노머 (a) 및 상기 모노머 (b)의 총량 100 중량부를 기준으로, 상기 산화제의 양은 약 5 내지 약 3000 중량부인
전해질 재료 제제.
상기 모노머 (a) 및 상기 모노머 (b)의 총량 100 중량부를 기준으로, 상기 산화제의 양은 약 5 내지 약 3000 중량부인
전해질 재료 제제.
제7항에 있어서,
경화제를 더 포함하며, 상기 경화제는 아민 또는 산 무수물인
전해질 재료 제제.
경화제를 더 포함하며, 상기 경화제는 아민 또는 산 무수물인
전해질 재료 제제.
제9항에 있어서,
상기 경화제는
인
전해질 재료 제제.
상기 경화제는
인
전해질 재료 제제.
제1항에 따른 전해질 재료 제제로부터 중합을 통하여 형성된 전해질 재료 조성물.
제11항에 있어서,
(A) 상기 모노머 (a) 및 상기 모노머 (b)로부터 유래된 중합 단위로부터 형성된, 제1 폴리머; 및
(B) 상기 중합성 화합물 (c)로부터 유래된 중합 단위로부터 형성된, 제2 폴리머를 포함하는
전해질 재료 조성물.
(A) 상기 모노머 (a) 및 상기 모노머 (b)로부터 유래된 중합 단위로부터 형성된, 제1 폴리머; 및
(B) 상기 중합성 화합물 (c)로부터 유래된 중합 단위로부터 형성된, 제2 폴리머를 포함하는
전해질 재료 조성물.
제12항에 있어서,
상기 제1 폴리머는 1000 내지 500000 범위의 분자량을 가는
전해질 재료 조성물.
상기 제1 폴리머는 1000 내지 500000 범위의 분자량을 가는
전해질 재료 조성물.
제12항에 있어서,
상기 제2 폴리머는 상기 중합성 화합물 (c) 및 경화제로부터 유래되는 중합 단위로부터 형성되는
전해질 재료 조성물.
상기 제2 폴리머는 상기 중합성 화합물 (c) 및 경화제로부터 유래되는 중합 단위로부터 형성되는
전해질 재료 조성물.
애노드;
상기 애노드 상에 형성된 유전체층;
캐소드; 및
상기 유전체층과 상기 캐소드 사이에 위치한 고체 전해질을 포함하며,
상기 고체 전해질은 제11항에 따른 전해질 재료 조성물을 포함하는
고체 커패시터.
상기 애노드 상에 형성된 유전체층;
캐소드; 및
상기 유전체층과 상기 캐소드 사이에 위치한 고체 전해질을 포함하며,
상기 고체 전해질은 제11항에 따른 전해질 재료 조성물을 포함하는
고체 커패시터.
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