KR20090040842A - 축전기 양극의 제조에 사용되는 도핑된 세라믹 분말 - Google Patents

축전기 양극의 제조에 사용되는 도핑된 세라믹 분말 Download PDF

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Abstract

전기전도성 세라믹 입자 및 약 100 ppm 이상의 양의 비-금속성 원소를 포함하는 분말로부터 형성된 양극 본체를 포함하는 전해질 축전기가 본 발명의 한 실시양태에서 제공된다. 비-금속성 원소는 3 이상의 에너지 준위에서 5개의 원자가 전자를 포함하는 바닥상태 전자배열을 갖는다. 이러한 원소의 예는, 예를 들면, 인, 비소, 안티모니 등을 포함한다. 축전기는 또한 양극 본체 상에 존재하는 유전체층 및 유전체층 상에 존재하는 전해질층을 포함한다.
전해질 축전기, 양극, 세라믹 입자, 비-금속성 원소, 산화니오븀

Description

축전기 양극의 제조에 사용되는 도핑된 세라믹 분말{DOPED CERAMIC POWDER FOR USE IN FORMING CAPACITOR ANODES}
본 발명은 축전기 양극의 제조에 사용되는 전기전도성 세라믹 분말에 관한 것이다.
전해질 축전기는 흔히 유전체층을 형성하도록 산화될 수 있는 밸브 작용 물질로부터 형성된다. 전형적인 밸브 작용 금속은 니오븀 및 탄탈륨이다. 보다 근래에는, 니오븀의 전기전도성 산화물 및 오산화니오븀 유전체로부터 제조된 양극을 사용하는 축전기가 개발되었다. 산화니오븀-기재의 축전기는 탄탈륨 축전기보다 상당한 이점을 갖는다. 예를 들면, 산화니오븀은 탄탈륨보다 보다 광범위하게 이용될 수 있고 잠재적으로 처리 비용이 덜 든다. 산화니오븀 축전기는, 탄탈륨 및 니오븀보다, 추가의 산화에 대해 보다 안정적이어서, 과-전압(또는 과-부하)이 인가될 때, 열폭주(thermal runaway) 경향이 보다 적다. 또한, 산화니오븀은 니오븀 및 탄탈륨에 비해 수십배 더 높은 최소 점화에너지를 갖는다. 산화니오븀 축전기는 누설전류를 축전기의 열폭주점보다 낮은 수준으로 제한하는 독특한 높은 저항파괴(resistance failure) 메카니즘을 가질 수도 있다.
이러한 세라믹(예를 들면 산화니오븀)-기재의 축전기가 갖는 많은 이점에도 불구하고, 이것의 고-전압 용도(예를 들면 16, 20 또는 35 볼트의 정격전압)에서의 사용은, 유전체의 비교적 낮은 파괴강도로 인해, 종종 제한된다. 일반적으로 말하자면, 축전기 상의 전하 및 전압이 증가함에 따라, 자유 전자들이 마침내, 사태항복(avalanche breakdown)이라고 칭해지는 과정에서 중성 원자 또는 분자와 충돌하는 동안 추가의 전자를 방출시킬 수 있는 속도로 가속될 것이다. 항복은 매우 급작스럽게(전형적으로는 나노초만에) 일어나서, 전기전도성 경로의 형성 및 물질을 통한 파열방전(disruptive discharge)을 초래한다. 이러한 상황에서는 축전기 손상 또는 파괴가 일어날 수 있다. 산화니오븀 축전기에서는, Nb2O5-x의 산소결핍자리(oxygen vacancy)가, 양극 산화물을 n-형 반도체로서 작용하게 하는 전자 공여체로서 작용한다고 생각된다. 유감스럽게도, 산소 원자가 격자 구조 내의 자신의 자리를 떠나서(그럼으로써 산소결핍자리를 형성하여) 보다 낮은 농도의 영역으로 이동하는 쇼트키-형 점결함(Schottky-type point defect)이 n-형 반도체 내에 많이 존재한다고 생각된다. 산화니오븀 축전기의 경우, 일산화니오븀 양극과 오산화니오븀 유전체 사이의 계면 상의 산소 구배로 인해, 산소 원자가 강제로 일산화니오븀 내의 보다 낮은 농도의 영역으로 확산됨으로써, 유전체 내에 산소결핍자리가 생성된다고 생각된다. 이러한 결함으로 인해, 전하를 저장하고 DC 전압의 인가 시 풀-프렌켈(Poole-Frenkel) 및 터널링(tunneling) 메카니즘에 의한 전하 운반체 수송의 공급원으로서 작용할 수 있는 깊은 함정(deep trap)이 유전체 내에 형성될 수 있다. 높은 전압 및 온도가 인가되면, 산소 확산이 추가로 가속되어 유전체 내의 결함의 개수가 증가한다. 이로 인해, 가속된 온도 및 전압 부하 시 누설전류 불안정성이 초래되므로, 고-전압 용도에서의 축전기의 사용이 제한될 수 있다.
따라서, 비교적 높은 전압에서 작동할 수 있는 세라믹-기재의 양극으로부터 형성된 전해질 축전기가 현재 필요하다.
전기전도성 세라믹 입자, 및 약 100 ppm 이상의 양으로 존재하고 3 이상의 에너지 준위에서 5개 이상의 원자가 전자를 포함하는 바닥상태 전자배열을 갖는 비-금속성 원소를 포함하는 분말로부터 형성된 양극 본체; 양극 본체 상에 존재하는 유전체층; 및 유전체층 상에 존재하는 전해질층을 포함하는 전해질 축전기를 사용하여 과제를 해결할 수 있다.
본 발명의 효과로, 낮은 ESR, 낮은 누설전류 및 높은 파괴전압과 같은 탁월한 전기적 성질을 나타내는 축전기가 형성될 수 있다.
본 발명의 한 실시양태에 따라, 전기전도성 세라믹 입자 및 약 100 ppm 이상의 양의 비-금속성 원소를 포함하는 분말로부터 형성된 양극 본체를 포함하는 전해질 축전기가 개시된다. 비-금속성 원소는 3 이상의 에너지 준위에서 5개의 원자가 전자를 포함하는 바닥상태 전자배열을 갖는다. 이러한 원소의 예는, 예를 들면, 인, 비소, 안티모니 등을 포함한다. 축전기는 또한 양극 본체 상에 존재하는 유전체층 및 유전체층 상에 존재하는 전해질층을 포함한다.
본 발명의 또다른 실시양태에 따라, 축전기 양극의 제조에 사용되는 세라믹 분말이 개시된다. 세라믹 분말은 전기전도성 세라믹 입자를 포함하고, 약 200 ppm 이상의 인 함량을 갖는다. 또다른 실시양태에서, 전기전도성 세라믹 입자를 인 도판트로써 도핑하여, 약 200 ppm 이상의 인 함량을 갖는 분말을 형성함을 포함하는, 축전기 양극의 제조 방법이 개시된다. 분말을 압축하여 가압된 펠렛을 형성하고 소결시킨다.
본 발명의 기타 특징 및 양태가 하기에 보다 상세하게 설명된다.
해당 분야의 보통 숙련자라면, 본 논의가 단지 예시적인 실시양태를 기술하는 것일 뿐이며, 예시적인 구조로서 구현된 본 발명의 보다 넓은 양태를 제한하려는 것은 아니라는 것을 알 것이다.
일반적으로 말하자면, 본 발명은 축전기 양극의 제조에 사용되는 전기전도성 세라믹 분말에 관한 것이다. 분말은 전형적으로 높은 비전하, 예를 들면 약 25,000 마이크로패러드*볼트/그램("μF*V/g") 이상, 어떤 실시양태에서는 약 40,000 μF*V/g 이상, 어떤 실시양태에서는 약 60,000 μF*V/g 이상, 어떤 실시양태에서는 약 70,000 μF*V/g 이상, 어떤 실시양태에서는 약 80,000 내지 약 200,000 μF*V/g 이상의 비전하를 갖는다. 이러한 분말의 형성에 사용되는 세라믹 입자의 예는 밸브 금속의 산화물, 예를 들면 탄탈륨, 니오븀 등의 산화물을 포함한다. 본 발명에 사용되기에 특히 효과적인 유형의 세라믹 입자 중 하나는 니오븀의 전기전도성 산화물, 예를 들면 1:2.5 미만, 어떤 실시양태에서는 1:1.5 미만, 어떤 실시양태에서는 1:1.0±0.1, 어떤 실시양태에서는 1:1.0±0.05의 니오븀 대 산소 원자비를 갖는 산화니오븀이다. 예를 들면, 산화니오븀은 Nb0.7, NbO1.0, NbO1.1, 및 NbO2일 수 있다. 바람직한 실시양태에서, 세라믹 입자는 심지어는 고온에서의 소결 후에도 화학적으로 안정할 수 있는 전도성 산화니오븀인 NbO1.0를 함유한다. 이러한 밸브 금속 산화물의 예는, 본원에서 모든 목적을 위해 전문이 참고로 인용된 미국특허 제 6,322,912 호(Fife); 미국특허 제 6,391,275 호(Fife 등); 미국특허 제 6,416,730 호(Fife 등); 제 6,527,937 호(Fife); 제 6,576,099 호(Kimmel 등); 제 6,592,740 호(Fife 등); 제 6,639,787 호(Kimmel 등); 제 7,220,397 호(Kimmel 등) 뿐만 아니라, 미국특허출원공개 제 2005/0019581 호(Schnitter); 제 2005/0103638 호(Schnitter 등); 제 2005/0013765 호(Thomas 등)에 기술되어 있다.
세라믹 입자는 임의의 요망되는 형상 또는 크기를 가질 수 있다. 예를 들면, 입자는 박편형, 각진 형, 결절형, 및 이것들의 혼합형 또는 변형일 수 있다. 입자는 전형적으로 약 60 메시 이상, 어떤 실시양태에서는 약 60 내지 약 325 메시, 어떤 실시양태에서는 약 100 내지 약 200 메시의 스크린 크기 분포를 갖는다. 또한, 비표면적은 약 0.1 내지 약 10.0 ㎡/g, 어떤 실시양태에서는 약 0.5 내지 약 5.0 ㎡/g, 어떤 실시양태에서는 약 1.0 내지 약 2.0 ㎡/g이다. "비표면적"이라는 용어는 흡착기체로서 질소를 사용하는 물리기체흡착(B.E.T.) 방법(문헌[Bruanauer, Emmet 및 Teller, Journal of American Chemical Society, 제 60 권, 1938, 309 페이지]을 참고)에 의해 결정된 표면적을 지칭한다. 마찬가지로, 벌크(또는 스코트(Scott)) 밀도는 전형적으로 약 0.1 내지 약 5.0 그램/세제곱센티미터(g/㎤), 어 떤 실시양태에서는 약 0.2 내지 약 2.5 g/㎤, 어떤 실시양태에서는 약 0.5 내지 약 1.5 g/㎤이다.
본 발명에 따라, 세라믹 분말은, 진정한 비-금속(예를 들면 인) 뿐만 아니라, 준금속, 예를 들면 양쪽성 산화물을 형성할 수 있고/있거나 반-금속처럼 거동할 수 있는 원소(예를 들면 안티모니)를 포함하는 "비-금속성 원소"도 함유한다. 비-금속성 원소는 3 이상의 에너지 준위에서 5개의 원자가 전자를 함유하는 바닥상태 전자배열을 갖는다. 이론에 의해 얽매이려는 것은 아니지만, 이러한 전자배열로 인해, 원소는 자유 산소 전자와 결합하여 이것들이 유전체로부터 세라믹 양극으로 이동하는 것을 저지시킬 수 있다고 생각된다. 또한 이러한 전자배열로 인해, 원소가 5개의 원자가 전자를 갖는 유전성 매트릭스(예를 들면 Nb2O5 또는 Ta2O5)에 용이하게 용해될 수 있다고 생각된다.
본 발명의 양극에 사용되기에 적합한 비-금속성 원소는 예를 들면 인, 안티모니, 비소 등을 포함할 수 있다. 인은, 예를 들면, 1s22s22p63s23px 13py 13pz 1의 바닥상태 전자배열을 갖는다. 5개의 공유결합을 형성하기 위해서, 3s 궤도함수 내의 전자들 중 1개가 3d 궤도함수들 중 1개로 올라갈 수 있다. 3-준위 전자는 자기들끼리 혼성화하여, 모두 동일한 에너지를 갖는 5개의 혼성궤도함수(예를 들면 dsp3 혼성궤도함수)를 형성하고, 이것은 5개의 산소 원자로부터 유래된 전자들과 공간을 공유함으로써, 5개의 새로운 분자 궤도함수, 및 따라서 5개의 공유결합을 형성할 수 있다. 인과 마찬가지로, 안티모니와 비소 둘 다도, 보다 높은 에너지 상태로 올라갈 수 있는 "s" 궤도함수 내의 전자를 함유하는 전자배열을 갖는다. 예를 들면, 비소는, 4d 궤도함수로 올라간 후에 5개의 dsp3 궤도함수로 혼성화될 수 있는 4s 궤도함수 내의 전자를 함유한다. 마찬가지로, 안티모니는, 5d 궤도함수로 올라간 후에 5개의 dsp3 궤도함수로 혼성화될 수 있는 5s 궤도함수 내의 전자를 함유한다. 한편, 질소는 1s22s22px 12py 12pz 1의 전자배열을 갖는다. 2s 에너지 준위와 3s 에너지 준위 사이의 에너지 간격이 일반적으로 크기 때문에, 2s 전자의 이동이 일반적으로 일어나지 않는데, 이는 질소는 전형적으로 5개의 공유결합을 형성하지 않는다는 것을 의미한다.
비-금속성 원소는 일반적으로 도판트를 통해 세라믹 분말 내로 혼입된다. 비-금속성 원소의 요망되는 농도를 달성할 수 있고 분말의 전기적 성질에 나쁜 영향을 많이 주지 않는 임의의 도판트가 본 발명에서 사용되기에 적합할 수 있다. 한 실시양태에서, 예를 들면, 도판트는 1종 이상의 금속(예를 들면 탄탈륨, 니오븀, 알루미늄, 갈륨, 인듐, 탈륨 등) 및 1종 이상의 비-금속성 원소(예를 들면 인, 비소 및 안티모니)를 함유하는 화합물일 수 있다. 본 발명에서 사용되기에 적합한 도판트의 한 부류는, 분말 형태로서 제공될 수 있어서 세라믹 입자와 용이하게 블렌딩될 수 있는 금속 인화물이다. 예시적인 금속 인화물은 예를 들면 인화철, 인화아연, 인화티타늄, 인화망간, 인화주석, 인화구리, 인화니켈, 인화탄탈륨, 인화 크롬, 인화니오븀, 인화리튬, 인화나트륨, 인화마그네슘, 인화카드뮴, 인화몰리브데늄, 인화텅스텐, 인화바나듐, 인화지르코늄, 인화코발트, 인화하프늄, 인화바륨, 인화붕소, 인화알루미늄, 인화갈륨, 인화인듐, 인화이리듐, 인화스칸듐, 인화이트륨, 인화란타늄, 인화세륨, 인화프라세오디뮴, 인화테르븀, 인화에르븀, 인화디스프로슘, 인화홀뮴, 인화네오디뮴, 인화사마륨, 인화게르마늄, 인화칼슘, 인화은, 인화백금, 인화가돌리늄, 인화알루미늄갈륨, 인화갈륨인듐, 인화알루미늄갈륨인듐, 인화갈륨인듐비소 등을 포함한다. 세라믹 입자가 니오븀의 산화물로부터 형성된 경우, 도판트로서 인화니오븀을 사용하는 것이 도판트와 세라믹 입자의 상용성을 개선하는데 특히 바람직할 수 있다.
물론, 기타 도판트도 본 발명에서 사용될 수 있다. 특정 실시양태에서, 예를 들면, 도판트는 인산 뿐만 아니라 이것의 염 또는 에스테르, 예를 들면 인산암모늄, 인산갈륨, 알킬 인산염 등일 수 있다. 인은, 인산과 기타 화합물, 예를 들면 질소를 함유하는 염기성 유기 화합물(예를 들면 암모니아, 1차 및 2차 아민, 고리형 아민, 피리딘계 화합물, 퀴놀린, 및 피롤계 화합물)의 혼합물 형태로서 혼입될 수도 있다.
다양한 기술을 사용하여 도판트를 분말 내로 혼입시킬 수 있다. 한 실시양태에서, 예를 들면, 도판트를 단순히 전기전도성 세라믹 입자와 혼합한다. 대안적으로, 도판트를 출발 물질(예를 들면 Nb2O5)에 도포한 후 이것을 게터(getter) 물질(예를 들면 탄탈륨 또는 니오븀)의 존재 하에서 열처리하여 환원된 산소 및 전기 전도성 세라믹(예를 들면 NbO)을 형성할 수 있다. 열처리를 전형적으로 출발 산화물로부터 게터 물질로의 산소 원자의 이동을 용이하게 하는 대기 중에서 수행한다. 예를 들면, 열처리를 진공, 불활성 기체, 수소 등과 같은 환원 대기 중에서 수행할 수 있다. 환원 대기는 약 10 내지 약 2000 Torr, 어떤 실시양태에서는 약 100 내지 약 1000 Torr, 어떤 실시양태에서는 약 100 내지 약 930 Torr의 압력을 가질 수 있다. 전형적으로, 열처리를 약 800 내지 약 1900 ℃, 어떤 실시양태에서는 약 1000 내지 약 1500 ℃, 어떤 실시양태에서는 약 1100 내지 약 1400 ℃의 온도에서, 약 5 내지 약 100 분, 어떤 실시양태에서는 약 30 내지 약 60 분 동안 수행한다.
요망되는 유전성의 개선을 달성하기 위해서, 비-금속성 원소는 약 100 ppm 이상, 어떤 실시양태에서는 약 200 ppm 이상, 어떤 실시양태에서는 약 400 ppm 이상, 어떤 실시양태에서는 약 500 ppm 이상, 어떤 실시양태에서는 약 800 ppm 이상, 어떤 실시양태에서는 약 1,000 ppm 이상, 어떤 실시양태에서는 약 1,500 내지 약 10,000 ppm 이상, 어떤 실시양태에서는 약 3,000 내지 약 5,000 ppm의 양으로 존재한다. 이러한 높은 수준에서도 이러한 비-금속성 원소는 세라믹 입자의 소결 활성을 크게 저해하지는 않는다는 것이 밝혀졌다.
양극의 형성을 용이하게 하기 위해서, 세라믹 입자와 도판트를 서로 혼합하기 전 또는 후에, 기타 성분을 세라믹 입자 또는 도판트에 첨가할 수도 있다. 예를 들면, 입자를 가압하여 양극 본체를 형성할 때 입자들이 서로 적당하게 부착되는 것을 보장하기 위해서, 세라믹 입자 및 도판트를 임의로 결합제 및/또는 윤활제와 혼합할 수 있다. 적합한 결합제는 장뇌, 스테아르산 및 기타 비누질 지방산, 카르보왁스(Carbowax)(유니온 카르바이드(Union Carbide)), 글립탈(Glyptal)(제너럴 일렉트릭(General Electric)), 폴리비닐 알콜, 나프탈린, 식물 왁스, 및 마이크로왁스(정제 파라핀)를 포함할 수 있다. 결합제를 용매에 용해시키고 분산시킬 수 있다. 예시적인 용매는 물, 알콜 등을 포함할 수 있다. 결합제 및/또는 윤활제가 사용되는 경우, 이것의 백분율은 총 질량의 약 0.1 중량% 내지 약 8 중량%로 다양할 수 있다. 그러나, 결합제 및 윤활제가 본 발명에서 필수적인 것은 아니라는 것을 알아야 한다.
일단 형성하고 나면, 임의의 통상적인 분말 가압 형틀을 사용하여 분말을 압축시킬 수 있다. 예를 들면, 가압 형틀은 1개의 다이 및 1개 또는 다수의 펀치를 사용하는 단일 스테이션 압축 가압기일 수 있다. 대안적으로, 단 1개의 다이 및 단일 하형(lower) 펀치를 사용하는 앤빌-형 압축 가압 형틀을 사용할 수 있다. 단일 스테이션 압축 가압 형틀은 여러가지의 기본 형태로서, 예를 들면 싱글 액션, 더블 액션, 플로팅 다이, 이동식 플래튼, 대향(opposed) 램, 스크류, 임팩트, 열간가압, 코이닝 또는 사이징과 같은 다양한 능력을 갖는 캠, 토글/너클 및 편심/크랭크 가압기의 형태로서 이용가능하다. 분말을 양극 와이어(예를 들면 탄탈륨 와이어) 주위에서 압축할 수 있다. 추가로, 양극 본체를 가압 및/또는 소결시킨 후, 대안적으로 양극 와이어를 양극 본체에 부착(예를 들면 용접)시킬 수 있다는 것을 알아야 한다. 압축 후, 펠렛을 진공 중에서 특정 온도(예를 들면 약 150 내지 약 500 ℃)에서 수분 동안 가열함으로써, 임의의 결합제/윤활제를 제거할 수 있다. 대안적으로는, 본원에서 모든 목적을 위해 전문이 참고로 인용된 미국특허 제 6,197,252 호(Bishop 등)에 기술된 바와 같이, 펠렛과 수용액을 접촉시킴으로써, 결합제/윤활제를 제거할 수도 있다. 이어서, 펠렛을 소결시켜, 다공질의 일체형 덩어리를 형성한다. 예를 들면, 한 실시양태에서는, 펠렛을 진공 중에서 약 1200 내지 약 2000 ℃, 어떤 실시양태에서는 약 1500 내지 약 1800 ℃의 온도에서 소결시킬 수 있다. 펠렛은, 소결 시, 입자들 사이의 결합의 성장으로 인해, 수축한다. 전술된 기술 외에도, 양극 본체를 형성하는 임의의 기타 기술, 예를 들면 본원에서 모든 목적을 위해 전문이 참고로 인용된 미국특허 제 4,085,435 호(Galvagni); 제 4,945,452 호(Sturmer 등); 제 5,198,968 호(Galvagni); 제 5,357,399 호(Salisbury); 미국특허 제 5,394,295 호(Galvagni 등); 제 5,495,386 호(Kulkarni); 및 미국특허 제 6,322,912 호(Fife)에 기술된 바와 같은 기술을 본 발명에 따라 사용할 수 있다.
필수적인 것은 아니지만, 양극 본체의 두께는 축전기의 전기적 성능을 개선하도록 선택될 수 있다. 예를 들면, 양극 본체의 두께는 약 4 밀리미터 이하, 어떤 실시양태에서는 약 0.2 내지 약 3 밀리미터, 어떤 실시양태에서는 약 0.4 내지 약 1 밀리미터일 수 있다. 이러한 비교적 작은 양극 두께(즉 "저-프로필")는 고-비전하 분말에 의해 발생된 열을 소산시키고 보다 짧은 투과 경로를 제공하는 것을 도움으로써 ESR 및 인덕턴스를 최소화한다. 양극 본체의 형상도 그 결과의 축전기의 전기적 성질을 개선하도록 선택될 수 있다. 예를 들면, 양극 본체는 곡선형, 사인곡선형, 직사각형, U-자형, V-자형 등인 형상을 가질 수 있다. 양극 본체는, ESR을 최소화하고 정전용량의 주파수 응답을 확장시키기 위해 표면 대 부피 비를 증가시키기 위해서, 1개 이상의 고랑, 홈, 함몰부 또는 압입부를 갖는다는 점에서 "골진(fluted)" 형상을 가질 수도 있다. 이러한 "골진" 양극은, 예를 들면 본원에서 모든 목적을 위해 전문이 참고로 인용된 미국특허 제 6,191,936 호(Webber 등); 미국특허 제 5,949,639 호(Maeda 등); 및 미국특허 제 3,345,545 호(Bourgault 등) 뿐만 아니라 미국특허출원공개 제 2005/0270725 호(Hahn 등)에 기술되어 있다.
일단 형성하고 나면, 유전체층이 양극 상 및/또는 양극 내에 형성되도록, 양극을 양극산화시킬 수 있다. 양극산화는 양극을 산화시켜 비교적 높은 유전상수를 갖는 물질을 형성하는 전기화학적 공정이다. 예를 들면, 산화니오븀(NbO) 양극을 양극산화시켜 오산화니오븀(Nb2O5)을 형성할 수 있다. 구체적으로는, 한 실시양태에서, 산화니오븀 양극을, 제어된 양의 전압 및 전류가 공급된 승온(예를 들면 약 85 ℃)에서 약산 용액(예를 들면 인산, 폴리인산, 이것들의 혼합물 등)에 침지시켜, 특정 두께를 갖는 오산화니오븀 코팅을 형성한다. 요구되는 형성 전압에 도달할 때까지, 전원 공급을 처음에는 일정 전류에서 유지한다. 이어서 요망되는 유전체 두께가 양극의 표면 상에서 형성되는 것을 보장하도록 전원 공급을 일정 전압에서 유지한다. 양극산화 전압은 전형적으로 약 10 내지 약 200 볼트, 어떤 실시양태에서는 약 20 내지 약 100 볼트의 범위이다. 또한 유전성 산화물 필름의 일부가, 양극의 표면 상에 형성될 뿐만 아니라, 전형적으로 물질의 기공의 표면 상에도 형성될 것이다. 유전체층을 상이한 기술을 사용하여 기타 유형의 물질로부터 형성할 수 있다는 것을 알아야 한다.
일단 유전체층을 형성하고 나면, 보호 코팅, 예를 들면 비교적 절연성인 수지 물질(천연 또는 합성)로 된 보호 코팅을 임의로 도포할 수 있다. 이러한 물질은 약 0.05 ohm·㎝ 초과, 어떤 실시양태에서는 약 5 ohm·㎝ 초과, 어떤 실시양태에서는 약 1,000 ohm·㎝ 초과, 어떤 실시양태에서는 약 1 × 105 ohm·㎝ 초과, 어떤 실시양태에서는 약 1 × 1010 ohm·㎝ 초과의 비저항을 가질 수 있다. 본 발명에서 사용될 수 있는 몇몇 수지 물질은 폴리우레탄, 폴리스티렌, 불포화 또는 포화 지방산의 에스테르(예를 들면 글리세리드) 등을 포함하지만 이것으로만 국한되는 것은 아니다. 예를 들면, 적합한 지방산의 에스테르는 라우르산, 미리스트산, 팔미트산, 스테아르산, 엘레오스테아르산, 올레산, 리놀레산, 리놀렌산, 알레우리트산, 셀롤산의 에스테르 등을 포함하지만 이것으로만 국한되는 것은 아니다. 이러한 지방산의 에스테르는, 그 결과의 필름이 급속하게 중합되어 안정한 층을 형성하는 것을 허용하는 "건성유"를 형성하는 비교적 복잡한 조합으로 사용될 때에, 특히 유용한 것으로 밝혀졌다. 이러한 건성유는 에스테르화된 지방 아실 잔기를 각각 1개, 2개 및 3개 갖는 글리세롤 주쇄를 갖는 모노-, 디- 및/또는 트리-글리세리드를 포함할 수 있다. 예를 들면, 사용될 수 있는 몇몇 적합한 건성유는 올리브유, 아마인유, 피마자유, 동유, 대두유 및 셀락을 포함하지만 이것으로만 국한되는 것은 아니다. 상기 및 기타 보호 코팅 물질은, 본원에서 모든 목적을 위해 전문이 참고로 인용된 미국특허 제 6,674,635 호(Fife 등)에 보다 상세하게 기술되어 있다.
이어서 양극산화된 부품을, 통상적인 기술에 따라 음극을 형성하는 단계에 적용한다. 어떤 실시양태에서는, 예를 들면, 질산망간(Mn(NO3)2)을 열분해하여 이산화망간(MnO2) 음극을 형성함으로써 음극을 형성한다. 이러한 기술은 예를 들면 본원에서 모든 목적을 위해 전문이 참고로 인용된 미국특허 제 4,945,452 호(Sturmer 등)에 기술되어 있다. 대안적으로, 전도성 중합체 코팅을 사용하여 축전기의 음극을 형성할 수 있다. 전도성 중합체 코팅은 1종 이상의 전도성 중합체, 예를 들면 폴리피롤; 폴리티오펜, 예를 들면 폴리(3,4-에틸렌디옥시 티오펜)(PEDT); 폴리아닐린; 폴리아세틸렌; 폴리-p-페닐렌; 및 이것의 유도체를 함유할 수 있다. 더욱이, 요망된다면, 전도성 중합체 코팅을 다수의 전도성 중합체 층으로부터 형성할 수도 있다. 예를 들면, 한 실시양태에서, 전도성 중합체 코팅은 PEDT로부터 형성된 층 및 폴리피롤로부터 형성된 또다른 층을 함유할 수 있다. 다양한 방법을 사용하여 전도성 중합체 코팅을 양극 부품 상에 도포할 수 있다. 예를 들면, 통상적인 기술, 예를 들면 전기중합, 스크린-인쇄, 침지, 전기영동 코팅 및 분사를 사용하여, 전도성 중합체 코팅을 형성할 수 있다. 한 실시양태에서, 예를 들면, 처음에는 전도성 중합체를 형성하는데 사용되는 단량체(예를 들면 3,4-에틸렌디옥시 티오펜)를 중합 촉매와 혼합하여 용액을 형성할 수 있다. 예를 들면, 적합한 중합 촉매 중 하나는 에이치 씨 스타르크(HC Starck)에 의해 판매되는 철 III 톨루엔-술포네이트인 베이트론(BAYTRON) C이다. 베이트론 C는, 역시 에이치 씨 스타르크에 의해 판매되는 PEDT 단량체인 3,4-에틸렌 디옥시티오펜인 베이트론 M을 위한 상업적으로 입수가능한 촉매이다. 일단 촉매 분산액을 형성하고 나면, 중합체가 양극 부품의 표면 상에 형성되도록, 양극 부품을 분산액에 침지시킬 수 있다. 대안적으로, 촉매 및 단량체를 양극 부품에 개별적으로 도포할 수 있다. 한 실시양태에서, 예를 들면, 촉매를 용매(예를 들면 부탄올)에 용해시킨 후, 침지액으로서 양극 부품에 도포할 수 있다. 이어서 양극 부품을 건조시켜 이로부터 용매를 제거할 수 있다. 이어서, 양극 부품을 적당한 단량체를 함유하는 용액에 침지시킬 수 있다. 일단 단량체가 촉매를 함유하는 양극 부품의 표면과 접촉하면, 이것은 그 위에서 화학적으로 중합한다. 또한, 촉매(예를 들면 베이트론 C)를, 임의의 보호 코팅(예를 들면 수지 물질)을 형성하는데 사용된 물질과 혼합할 수 있다. 이 경우, 이어서 양극 부품을 전도성 단량체(베이트론 M)를 함유하는 용액에 침지시킬 수 있다. 그 결과, 전도성 단량체는 보호 코팅의 표면 내 및/또는 표면 상에서 촉매와 접촉하고, 이것과 반응하여 전도성 중합체 코팅을 형성할 수 있다. 다양한 방법이 기술되었지만, 전도성 코팅을 양극 부품에 도포하는 임의의 기타 방법을 본 발명에서 사용할 수 있다는 것을 알아야 한다. 예를 들면, 이러한 전도성 중합체 코팅을 도포하는 기타 방법이, 본원에서 모든 목적을 위해 전문이 참고로 인용된 미국특허 제 5,457,862 호(Sakata 등), 미국특허 제 5,473,503 호(Sakata 등), 제 5,729,428 호(Sakata 등), 및 미국특허 제 5,812,367 호(Kudoh 등)에 기술되어 있다.
대부분의 실시양태에서, 일단 전도성 중합체를 도포하고 나면, 이것을 힐링(healing)시킨다. 힐링을, 각각의 전도성 중합체 층을 도포한 후, 또는 전체 전도성 코팅을 도포한 후에 수행할 수 있다. 어떤 실시양태에서는, 예를 들면, 펠렛 을 전해질 용액, 예를 들면 인산 및/또는 황산 용액에 침지시킨 후, 전류가 예정된 수준으로 감소될 때까지 일정 전압을 용액에 인가함으로써, 전도성 중합체를 힐링시킬 수 있다. 요망된다면, 이러한 힐링을 여러 단계에서 수행할 수 있다. 예를 들면, 한 실시양태에서, 우선 전도성 중합체 코팅을 갖는 펠렛을 인산에 침지시키고, 약 20 볼트를 인가한 후, 황산에 침지시키고, 약 2 볼트를 인가한다. 이러한 실시양태에서, 제 2의 저-전압 황산 용액 또는 톨루엔 술폰산을 사용하면, 정전용량의 증가 및 그 결과의 축전기의 손실계수(DF)의 감소를 도울 수 있다. 전술된 층들 중 일부 또는 전부를 도포한 후에, 요망된다면 펠렛을 세척하여 다양한 부산물, 과량의 촉매 등을 제거할 수 있다. 또한, 어떤 경우에는, 전술된 침지 작업 중 일부 또는 전부를 수행한 후에 건조를 수행할 수 있다. 예를 들면, 펠렛의 기공을 열어서 펠렛이 후속 침지 단계 동안에 액체를 수용할 수 있게 하기 위해서, 촉매의 도포 후 및/또는 펠렛의 세척 후에 건조를 수행할 수도 있다.
일단 음극을 형성하고 나면, 부품에 임의로 탄소층(예를 들면 흑연) 및 은층을 각각 도포할 수 있다. 은 코팅은 예를 들면 납땜성 전도체, 접촉층, 및/또는 축전기 요소를 위한 전하 수집기로서 작용할 수 있고, 탄소 코팅은 은 코팅과 전해질의 접촉을 제한할 수 있다. 이러한 코팅은 전해질의 일부 또는 전부를 피복할 수 있다.
이어서 그 결과의 축전기 요소를 해당 분야에 공지된 기술을 사용하여 마무리할 수 있다. 예를 들면, 도 1 및 2에, 일반적으로 직사각형 형상을 갖고 전방 표면(36), 후방 표면(38), 상부 표면(37), 저부 표면(39), 및 측부 표면(32)(이것 들 중 하나만이 도시됨)을 함유하는 축전기 요소(30)의 한 실시양태가 도시되어 있다. 양극 와이어(34)는 축전기 요소(30)의 전방 표면(36)으로부터 종방향("y" 방향)으로 연장된다. 도 2에 추가로 도시된 바와 같이, 축전기 요소(30)는 양극 본체(50), 양극 본체(50) 상에 놓인 유전체층(52), 유전체층(52) 상에 놓인 고체 전해질층(54), 유기 고체 유기 전해질층(54) 상에 놓인 흑연층(56), 및 흑연층(56) 상에 놓인 은층(58)을 함유한다. 물론, 이러한 층들은 축전기의 임의의 표면에 도포될 수 있고, 도시된 방식으로만 도포될 필요는 없다는 것을 알아야 한다.
축전기 요소(30)을 형성할 때에는, 양극 종단기와 음극 종단기를 (흑연층 및 은층을 통해) 각각 양극 와이어(34) 및 고체 전해질(54) 층에 전기적으로 연결시킬 수 있다. 종단기의 구체적인 구조는 해당 분야에 잘 공지되어 있는 바와 같이 다양할 수 있다. 예를 들면, 도 3에, 양극 종단기(70) 및 음극 종단기(80)를 포함하는 한 실시양태가 도시되어 있다. 이러한 특정 실시양태에서, 음극 종단기는 제 2 부(84)에 실질적으로 수직으로 위치한 제 1 부(82)를 함유한다. 제 1 부(82)는 축전기 요소(30)의 하부 표면(39)과 전기적으로 접촉하고, 제 2 부(84)는 축전기 요소(30)의 후방 표면(38)과 전기적으로 접촉한다. 축전기 요소(30)를 음극 종단기(80)에 부착시키기 위해서, 전도성 접착제를 해당 분야에 공지된 바와 같이 사용할 수 있다. 전도성 접착제는 예를 들면 수지 조성물과 함께 함유된 전도성 금속 입자를 함유할 수 있다. 금속 입자는 은, 구리, 금, 백금, 니켈, 아연, 비스무스 등일 수 있다. 수지 조성물은 열경화 수지(예를 들면 에폭시 수지), 경화제(예를 들면 산 무수물), 및 커플링제(예를 들면 실란 커플링제)를 포함할 수 있다. 적합 한 전도성 접착제는, 본원에서 모든 목적을 위해 전문이 참고로 인용된 미국특허출원공개 제 2006/0038304 호(Osako 등)에 기술되어 있다.
양극 종단기(70)는 제 2 부(74)에 실질적으로 수직으로 위치한 제 1 부(76)를 함유한다. 제 2 부(74)는 양극 와이어(34)를 운반하는 영역을 함유한다. 도시된 실시양태에서, 영역(51)은 와이어(34)의 표면 접촉 및 기계적 안정성을 추가로 향상시키기 위해 "U-자형"을 갖는다. 이어서 양극 와이어(34)를 레이저(90)를 사용하여 영역(51)에 용접시킨다. 일단 축전기 요소를 종단기에 부착시키고 나면, 이것을 수지 케이스 내에 넣고, 이어서 이것에 실리카 또는 임의의 기타 공지된 캡슐화 물질을 채울 수 있다. 케이스의 너비 및 길이는 의도된 용도에 따라 달라질 수 있다. 그러나, 케이스의 전체 두께는 전형적으로, 그 결과의 조립체가 저-프로필 제품(예를 들면 "IC 카드") 내로 용이하게 혼입될 수 있을 정도로, 작다. 예를 들면, 케이스의 두께는 약 4.0 밀리미터 이하, 어떤 실시양태에서는 약 0.1 내지 약 2.5 밀리미터, 어떤 실시양태에서는 약 0.15 내지 약 2.0 밀리미터의 범위일 수 있다. 적합한 케이스는, 예를 들면, "A", "B", "H" 또는 "T" 케이스(에이 브이 엑스 코포레이션(AVX Corporation))를 포함할 수 있다. 예를 들면, 도 4에, 축전기 조립체(100)를 위한 캡슐화 케이스의 한 특정 실시양태가 요소(88)로서 도시되어 있다. 캡슐화 케이스(88)는 축전기 조립체(100)를 위한 추가의 구조적 및 열적 보호를 제공한다. 캡슐화 후, 양극 종단기 및 음극 종단기의 각 노출된 부분을 노화, 스크리닝 및 트리밍할 수 있다. 요망된다면, 노출된 부분을 임의로 케이스(88)의 외부를 따라 (예를 들면 약 90 °각도로) 2번 구부릴 수 있다.
본 발명의 결과로, 탁월한 전기적 성질을 나타내는 축전기가 형성될 수 있다. 예를 들면, 본 발명의 축전기는 전형적으로, 약 1000 밀리오옴(mohm) 미만, 어떤 실시양태에서는 약 500 mohm 미만, 어떤 실시양태에서는 약 100 mohm 미만의 ESR을 갖는다. 축전기의 등가직렬저항(equivalent series resistance)은 일반적으로, 축전기가 전자회로 내에서 충전 및 방전할 때 저항기처럼 작용하는 정도를 지칭하며, 통상적으로는 축전기와 직렬 연결된 저항으로서 표현된다. 또한, 그 결과의 누설전류, 즉 일반적으로 하나의 전도체로부터 절연체를 통해 인접한 전도체로 흐르는 전류를 지칭하는 누설전류는 비교적 낮은 수준에서 유지될 수 있다. 예를 들면, 본 발명의 축전기의 정규화 누설전류의 수치는 어떤 실시양태에서는 약 0.1 μA/μF*V 미만, 어떤 실시양태에서는 약 0.01 μA/μF*V 미만, 어떤 실시양태에서는 약 0.001 μA/μF*V 미만(여기서 μA는 마이크로앰프이고 μF*V는 정전용량과 정격전압의 곱임)이다. 마찬가지로, 본 발명의 축전기의 파괴전압은 약 10 볼트 이상, 어떤 실시양태에서는 약 15 볼트 이상, 어떤 실시양태에서는 약 20 볼트 이상, 어떤 실시양태에서는 약 20 내지 약 100 볼트일 수 있다. 인가되는 전압을 일정 전류에서 0.5 볼트씩 증가시킴으로써, 축전기의 파괴전압을 결정할 수 있다. 축전기가 파괴될 때의 전압이 파괴전압이다.
본 발명은 하기 실시예와 관련하여 보다 잘 이해될 수 있다.
시험 절차
등가직렬저항(ESR), 정전용량, 및 손실계수:
0 볼트의 바이어스 및 1 볼트의 신호를 갖는 켈빈 리드(Kelvin Lead)를 사용 하는 키슬리 3330 프리시즌 LCZ(Keithley 3330 Precision LCZ) 계측기를 사용하여, 등가직렬저항 및 임피던스를 측정하였다. 작동 주파수는 100 kHz였다. 2 볼트의 바이어스 및 1 볼트의 신호를 갖는 켈빈 리드를 사용하는 키슬리 3330 프리시즌 LCZ 계측기를 사용하여, 정전용량 및 손실계수를 측정하였다. 작동 주파수는 120 Hz였고 온도는 23 ℃ ± 2 ℃였다.
누설전류:
영국의 만트라코트 일렉트로닉스 리미티드(Mantracourt Electronics LTD)에 의해 제조된 MC 190 리키지(MC 190 Leakage) 시험 셋트를 사용하여, 누설전류("DCL")를 측정하였다. MC 190 시험에서는 25 ℃의 온도 및 특정 정격전압에서 10 초 후에 누설전류를 측정한다.
수명 시험:
축전기의 수명 시험을 위해, 이것을 시험판 상에 납땜하고, Vc(0.66 × Vr = 0.66 × 16 V = 10.6 V) 및 온도(125℃)에서 오븐에 넣었다. 시험 전 및 후에 누설전류를 측정하였다. 이 값이 특정한 예정된 한계(예를 들면 1 μA) 보다 높으면, 샘플은 "불합격(rej)"이라고 표시된다. 이 값이 단락(short circuit) 한계(예를 들면 179 μA) 보다 높으면, 샘플은 "SC"라고 표시된다.
실시예 1
NbO 분말(에이치 씨 스타르크, 80,000 μF*V/g)을 인화니오븀(325 메시, 알파 아에사르(Alfa Aesar))과 수동으로 예비-혼합하여 100, 200, 500, 1000 ppm의 최종 인 농도를 달성하였다. 그 결과의 도핑된 분말을 터불라(Turbula, 등록상표) 분말 혼합기에서 균질화시켰다. 폴리에틸옥사졸린("PX") 결합제(도핑된 NbO 분말의 건조중량을 기준으로 2 중량%의 PX)를 함유하는 수용액을 건조 분말에 첨가하였다. 결합제 용액과 도핑된 분말을 수동으로 함께 혼합하였다. 이어서, 분말을 85 ℃에서 4시간 동안 건조시켜 물을 증발시켰다. 이어서 분말에 탄탈륨 리드 와이어를 파묻고, 상부/저부 가압기 상에서 3.4 g/㎤의 밀도로 가압하였다. 이어서 펠렛을 400 내지 500 ℃의 온도에서 질소 대기에 놓아둠으로써 결합제를 제거하였다. 이어서 펠렛을 1520 ℃의 온도에서 10 분 동안 아르곤 대기 중에서 소결시켰다.
탄탈륨 양극을 양극산화시키기 위해서, 이것을, 8.6 ± 0.3 mS/㎝의 전도도 및 85 ± 5 ℃의 온도를 갖는 약한 인산 수용액에 침지시키고, 65 V의 전압 및 100 mA/g 초과의 전류를 인가하고, 탈이온수로써 세척하였다. 이어서 전체 부품에 해당 분야에 공지된 바와 같은 이산화망간 음극층을 도포하였다. 이어서 부품을 실온에서 흑연 분산액에 침지시키고 125 ℃에서 30 분 동안 힐링시켰다. 이어서 부품을 실온에서 은 분산액에 침지시키고 125 ℃에서 30 분 동안 힐링시켰다. 일단 축전기 요소를 형성하고 나면, 이것을, 0.10 밀리미터의 두께를 갖는 리드프레임(원료는 NILO)에 레이저-용접하였다. 양극 와이어의 직경은 0.17 밀리미터였다. 은을 함유하는 접착제 ACE 10131(프로타빅(Protavic))을 사용하여 음극 종단기 리드(리드프레임의 반대편 부품)를 부착시켰다. 접착제를 175 ℃에서 1 분 동안 경화시켰다. 일단 축전기 요소를 리드프레임에 부착시키고 나면, 이것을 캡슐화하여 표준 A 케이스 크기의 (AVX) 축전기를 형성하고, 170 ℃에서 60 초 동안 경화시켰 다.
일단 형성하고 나면, 다양한 전기적 변수들을 측정하고 25개의 축전기를 수명 시험하였다. 그 결과가 하기 표에 명시되어 있다.
Figure 112008069863431-PAT00001
명시된 바와 같이, 인 함량이 높을수록 축전기의 누설전류 안정성은 개선된다.
실시예 2
출발 NbO(N) 분말이 3,000 ppm의 질소를 함유한다는 것을 제외하고는 실시예 1에 기술된 바와 동일한 방식으로 축전기를 형성하였다. 일단 축전기를 형성하고 나면, 다양한 전기적 변수들을 측정하고 25개의 축전기를 수명 시험하였다. 그 결과가 하기 표에 명시되어 있다.
Figure 112008069863431-PAT00002
NbO 분말을 인으로 도핑한 것은 실시예 1에서보다 낮은 DCL 결과를 보여준다. 보다 높은 인 농도는 개선된 DCL 안정성을 가져다 주는 것으로 기대된다.
실시예 3
출발 NbO 분말이 5,000 ppm의 질소를 함유한다는 것을 제외하고는 실시예 1에 기술된 바와 동일한 방식으로 축전기를 형성하였다. 일단 축전기를 형성하고 나면, 다양한 전기적 변수들을 측정하고 25개의 축전기를 수명 시험하였다. 그 결과가 하기 표에 명시되어 있다.
Figure 112008069863431-PAT00003
실시예 4
출발 NbO 분말이 60,000 μF*V/g의 비전하를 갖는다는 것을 제외하고는 실시예 1에 기술된 바와 동일한 방식으로 축전기를 형성하였다. 일단 축전기를 형성하고 나면, 다양한 전기적 변수들을 측정하고 25개의 축전기를 수명 시험하였다. 그 결과가 하기 표에 명시되어 있다.
Figure 112008069863431-PAT00004
해당 분야의 보통 숙련자가, 본 발명의 개념 및 범주에서 벗어나지 않게, 본 발명의 상기 및 기타 개질 및 변형 양태를 실행할 수 있다. 또한, 다양한 실시양태의 양태들은 전체적으로 또는 부분적으로 상호교환될 수 있다는 것을 알아야 한다. 더욱이, 해당 분야의 보통 숙련자라면, 전술된 내용은 단지 예시를 위한 것일 뿐이며, 첨부된 특허청구범위에 기술된 본 발명을 제한하려는 것은 아님을 알 것이다.
해당 분야의 보통 숙련자에게 있어, 본 발명의 가장 좋은 방식을 비롯한 본 발명의 충분하고 실시가능한 개시 내용은, 첨부된 도면을 참고하는 명세서의 나머지 부분에서 보다 상세하게 설명된다.
도 1은 본 발명의 전해질 축전기의 한 실시양태의 사시도이다.
도 2는 2-2 선을 따라 취해진 도 1의 축전기의 횡단면도이다.
도 3은 축전기를 양극 종단기에 레이저-용접시키는 본 발명의 한 실시양태의 도면이다.
도 4는 본 발명의 한 실시양태에 따라 형성된 레이저-용접된 축전기의 횡단면도이다.
본 명세서 및 도면에서 도면부호를 반복적으로 사용한 것은 본 발명의 동일하거나 유사한 특징 또는 요소를 나타내기 위한 것이다.

Claims (25)

  1. 전기전도성 세라믹 입자, 및 약 100 ppm 이상의 양으로 존재하고 3 이상의 에너지 준위에서 5개 이상의 원자가 전자를 포함하는 바닥상태 전자배열을 갖는 비-금속성 원소를 포함하는 분말로부터 형성된 양극 본체;
    양극 본체 상에 존재하는 유전체층; 및
    유전체층 상에 존재하는 전해질층
    을 포함하는 전해질 축전기.
  2. 제 1 항에 있어서, 세라믹 입자가 니오븀, 탄탈륨, 바나듐 또는 이것들의 조합의 산화물을 함유하는 전해질 축전기.
  3. 제 1 항에 있어서, 세라믹 입자가 약 1:1.5 미만의 니오븀 대 산소 원자비를 갖는 니오븀의 산화물을 함유하는 전해질 축전기.
  4. 제 1 항에 있어서, 세라믹 입자가 1:1.0±0.1의 니오븀 대 산소 원자비를 갖는 니오븀의 산화물을 함유하는 전해질 축전기.
  5. 제 1 항에 있어서, 분말이 약 80,000 μF*V/g 이상의 비전하를 갖는 전해질 축전기.
  6. 제 1 항에 있어서, 비-금속성 원소가 인, 비소, 안티모니 또는 이것들의 조합을 포함하는 전해질 축전기.
  7. 제 6 항에 있어서, 비-금속성 원소가 인을 포함하는 전해질 축전기.
  8. 제 6 항에 있어서, 비-금속성 원소가 분말 내에 약 200 ppm 이상의 양으로 존재하는 전해질 축전기.
  9. 제 6 항에 있어서, 비-금속성 원소가 분말 내에 약 1,000 내지 약 5,000 ppm의 양으로 존재하는 전해질 축전기.
  10. 제 1 항에 있어서, 탄소층, 은층 또는 이것들의 조합을 포함하는, 전해질층 상에 존재하는 1개 이상의 추가 층을 추가로 포함하는 전해질 축전기.
  11. 제 1 항에 있어서, 양극 본체로부터 연장되는 양극 리드를 추가로 포함하는 전해질 축전기.
  12. 제 11 항에 있어서,
    전해질층과 전기적으로 소통하는 음극 종단기;
    양극 본체와 전기적으로 소통하는 양극 종단기; 및
    축전기를 캡슐화하고, 양극 종단기와 음극 종단기의 적어도 일부분을 노출시키는 케이스
    를 추가로 포함하는 전해질 축전기.
  13. 제 1 항에 있어서, 전해질층이 전도성 중합체를 함유하는 전해질 축전기.
  14. 제 1 항에 있어서, 전해질층이 이산화망간을 함유하는 전해질 축전기.
  15. 제 1 항에 있어서, 축전기의 파괴전압이 약 16 볼트 이상인 전해질 축전기.
  16. 약 200 ppm 이상의 인 함량을 갖고 전기전도성 세라믹 입자를 포함하는, 축전기 양극의 제조에 사용되는 세라믹 분말.
  17. 제 16 항에 있어서, 세라믹 입자가 1:1.0±0.1의 니오븀 대 산소 원자비를 갖는 니오븀의 산화물을 함유하는 분말.
  18. 제 16 항에 있어서, 분말이 약 25,000 μF*V/g 이상의 비전하를 갖는 분말.
  19. 제 16 항에 있어서, 인 함량이 약 500 ppm 이상인 분말.
  20. 제 16 항에 있어서, 인 함량이 약 1,000 내지 약 5,000 ppm인 분말.
  21. 전기전도성 세라믹 입자를 인 도판트로써 도핑시켜 약 200 ppm 이상의 인 함량을 갖는 분말을 형성하고;
    분말을 압축하여 가압된 펠렛을 형성하고;
    가압된 펠렛을 소결시킴을 포함하는,
    축전기 양극의 제조 방법.
  22. 제 21 항에 있어서, 압축 전 분말을 결합제와 혼합함을 추가로 포함하는 방법.
  23. 제 21 항에 있어서, 도판트가 금속 인화물을 포함하는 방법.
  24. 제 23 항에 있어서, 금속 인화물이 인화니오븀을 포함하는 방법.
  25. 제 24 항에 있어서, 세라믹 입자가 1:1.0±0.1의 니오븀 대 산소 원자비를 갖는 니오븀의 산화물을 함유하는 방법.
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