TWI379333B - Electrolyte capacitors, electrically conductive layers, process for producing them, dispersions of cationic polythiophenes, neutral or cationic polythiophenes and use thereof - Google Patents
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Description
九、發明說明: 【技術領域】 本發明涉及一種其中含有亞烷基氧硫代噻吩單元的聚噻吩的 電解質電容器,它們的製備以及使用這種聚噻吩或含有它們的分散 體來製備導電層。 Θ 【背景技術】 在過去的幾十年中π-共輛聚合物的化合物體系成為諸多出版 物的主題。這些物質也被稱為導電化學聚合物或合成金屬。 因為聚合物在加工性,重量和用化學改性對其性質進行的精確 調整上比金屬有優勢,導電化學聚合物的經濟地位越來越重要。已 知的π-共輛聚合物是聚吡咯、聚噻吩、聚苯胺、聚乙炔、聚 和聚(對亞苯基亞乙烯基)。 土 一種特別重要並且已工業化的聚噻吩是聚_3,4_(亞乙基·丨,2-二 氧)噻吩,通常也稱作聚(3,4-亞乙基二氧噻吩),它氧化後具有 的導電性’在ΕΡ-Α339340中有對其的描述。L.Gr〇enendaal间 F.Jcmas ,D.Freitag ,H.Pielartzik & j.R.Reyn〇lds 在 AdV.Mater.12(2000)481-494中的文章中描述了聚(亞烷基二氧噻吩) 的許多衍生物,特別是聚-(3,4-亞乙基二氧噻吩)的衍生物,它們的 單體構造嵌段,合成及應用。 歐洲專利EP -A340 512描述了用3,4-亞乙基4,2-二氧噻吩製成 的固體電解質產品以及它通過氧化聚合的陽離子聚合物產物作為 固體電解質在電解質電容器中的用途。聚(3,4•亞乙基二氧。塞吩)作 為固體電解質電容器中二氧化錳或電荷交換絡合物的替代品,由於 其較高的導電性從而減弱了電容器的等效串聯電阻,並改進了.頻 1379333 日本專利JP-A2000-021687中描述了使用聚(3,4-亞乙基二硫代 k 噻吩)作為固體電解質可以提高電解質電容器的高頻特性。但是3,4· 亞乙基二硫代噻吩的缺點是難於製備(文獻:CWang’, J.L.Schindler’ C.R.Kannewurf和M.GKanatzidis,Chem. Mater 1995, 7,58-68)。依據這篇文獻,合成起始於3,4_二溴噻吩,這種合成方 法的產率總共只有19%,並有如下的缺點,如反應要在_78它下進 行,需要濕敏性很強的試劑如正丁基鋰,金屬鉀,極易爆炸以及必 須有有毒的二硫化碳。儘管3,4-亞乙基二硫代嗔吩也可以由3心二 烷氧基噻吩和1,2-二巯基乙烷通過醚交換反應來製備,這同樣導致 產生極臭的含硫產物從而顯著的制約了這條合成路線的實施及產 修 品的應用。另外,對上述文獻的研究發現可以用3,4·亞乙基二硫代 嗟吩製備只有申等導電性〇. lS/cm(相當於四氣高鐵酸鹽)或 0.4S/cm(相當於電化學方法製備的聚合物)的聚噻吩。然而,為了進 一步提高高頻特性就需要較高的導電性》以下用由亞乙基二氧噻吩 組成的聚噻吩的數值來對比:5-31S/cm(相當於四氯高鐵酸鹽),參 考文獻:Lit.F·Jonas,G.Heywang,Electrochimica Acta 39 (8/9), 1345-1347頁(1994) ’ 200S/cm(電化學方法製備),參考同上文獻。 有聚合物固體電解質的電解質電容器其洩漏電流比用二氧化錳作 固體電解質的電解質電容器高約1〇倍。(I.Horacek等人,Pr〇ceedings 9 of the 15th European Passive Components Symposium CARTS-Europe 2001,Copenhagen,丹麥,24-29頁)。高洩漏電流在如移動電子產 acr中會導致電池較早扁平。理想的是減小使用聚合物固體電解質的 電解質電容器的洩漏電流。 這就需要找到適合作電解質電容器中的固體電解質的導電化 學聚合物,以達到比現有的聚合物如聚(3,4·亞乙基二氧噻吩)和聚 (3,4-亞乙基一硫代售吩)在茂漏電流方面有所改良的目的。 1379333 【發明内容】 本發明的一個目的就是提供一種含有這樣的導電聚合物作固 體電解質的電解質電容器。 在Org丄ett.4(4),2002,607-609 頁中,Roncali等人描述了 3 4_ 亞乙基氧硫代噻吩的製備(嗟吩並[3,4-b]],4-氧硫雜環己烧,E0TT) 以及它通過電化學聚合得到的聚(3 4亞乙基氧硫代噻 吩)(ΡΕΟΤΊ>與相應的二氧和二硫類似物比較發現在噻吩環上用烷 硫烷基取代烷氧基能顯著降低它的聚合勢能。沒有導電性資料的插 述或關於聚合物在電容器中應用的研究。 更令人驚奇的是已經發現含有3,4_亞烷基氧硫代噻吩單元或 3,4-亞烷基氧硫代噻吩和3,4_亞烷基二氧噻吩單元的聚噻吩非但沒 有上述的缺點並且非常適合作電解質電容器中的固體電解質。 本發明因此提供了一種電解質電容器,它包括 •可氧化的金屬層 •所述金屬的氧化物層 • 固體電解質 • 連接點 、、其特徵在於,它包括,作為固體電解質的聚噻吩,聚噻吩含有 通式(I)的重複單元或通式⑴和(11)的重複單元,
其中 是任選取代的C1-C5_亞烷基,優選任選取代的c2-c3-亞烷基。 1379333 R是線性或支化的,任選取代的烷基基團,優選線性或支 化的,任選取代的(^七…烷基基團,任選取代的^ ^^環蜣基 基團,任選取代的Q-Cm-芳基基團,任選取代的c7-c18-芳烧基 基團,任選取代的CrCV羥烷基基團,優選任選取代的Crc2_ 羥烷基基團或羥基基團, X 是〇至8之間的整數,優選〇至6,更優選的是〇或1,並且在a上 鍵接多個R基團時’ R可以是相同的也可以是不同的,以及任 選的平衡離子。 通式(I)可以作如下解釋即,取代基R可以與亞烷基Ax次鍵合。 10 本發明電解質電容器中作為固體電解質的聚噻吩中的通式(1) 重複單元的比例是l-l〇〇mol%,優選20-95mol%,更優選3〇_8〇mol %,通式(II)重複單元的比例是99-0mol%,優選80-5mol%,更優 選的是7〇-2〇mol%,前提是兩者的比例之和是l〇〇mol%。 15 在更優選的實施例中,本發明的電解質電容器中作為固體電解 質的聚嘆吩是由通式⑴重複單元組成的均聚噻吩,即聚嘆吩中通式 (I)重複單元所占的比例是lOOmo1%。 通式(I)單體構造嵌段之間的連接採用如下方式,無論是在岣聚 物還是在共聚物申,既可以是G-1)的區域規則連接
也可以是(1-2)和(1-3)的連接’聚嚷吩中不同連接的比例可以相同也 可以不同。 1379333
(1-2)
(1-3) 本發明優選的電解質電容器包括,作為固體電解質的聚噻吩 它含有通式(la)的重複單元或通式(la)和(Ila)的重複單元 「 R — /A 〇、戶 「 R Π rk 〇x P (la) Jr\- m 其中 R與上述通式(I)和(II)中的相同。 更優選的電解質電容器包括,作為固體電解質的聚噻吩,它含 有通式(Iaa)的重複單元或通式(Iaa)和(Ilaa)的重複單元 10
(llaa). 5
x嗟吩是兩個或兩個以上的通式⑴MII)结構單元的共聚物 •時(本處和以下地方出現均包含通式(Ia)*(IIa)或(laa)和(naa)),或 兩個和兩個以上不同的通式(I)的共聚物時(本處和以下出現均包含 通式(la)或(Iaa)),它們玎以無規的,交替的或嵌段的在共聚物中出 現,通式⑴結構單元彳以按照’(1·2)和/或(〗·3)相互連接,並 且通式(I)可以按照(〖-4) ’(1_5) ’和/或(1_7)連接以形成通式(11) 結構單元 10
聚噻吩中優選出現(I-1)至(1^3)和(1-4)至(1-7)的一個或多個連 接,但這ϋ不是必須的。 -10- 1379333 本發明的上下文中’首碼聚-意思是聚合物或聚噻吩中存在多 於一個相同或不同的重複單元。聚噻吩優選包含總共n個通式⑴或 通式⑴和(π)的重複單元’其中11是2到2〇〇〇的整數,優選2到1〇〇。 聚唾吩中通式⑴和/或(π)的重複單元可以彼此相同也可以不同。優 5 選的聚噻吩在每種情況下含有通式⑴或(I)和(II)的相同重複單元》 本發明優選的實施方案中,聚噻吩是含有通式⑴和(π)重複單 兀•的共聚物,更優選的是(Ia)和(IIa),最優選的是(Iaa)*(IIaa)。 在端基上,聚噻吩優選每個帶有Η。 本發明上下文中,重複單元是指通式⑴或(II),(Ia)或(IIa)及 1〇 (Iaa)或(IIaa),不管它們在聚噻吩中是出現一次還是出現多次。換 句話說’通式⑴或(II) ’(la)或(IIa)及(Iaa)或(IIaa)即使在聚噻吩中只 出現一次也被認為是重複單元。 本發明上下文中’ CVCV亞烷基A是亞甲基,亞乙基,亞正丙 基,亞正丁基或亞正戊基。本發明中,Ci_q8·烷基是線性或支化的 15 CrCl8·烷基’例如甲基,乙基,正或異丙基,正,異,仲或特丁基, 正戊基,1-甲基丁基,2-甲基丁基,3_甲基丁基,i•乙基丙基,u_ 二甲基丙基,1,2二甲基丙基,2,2-二曱基丙基,正己基,正庚基, 正辛基,2-乙基己基,正壬基,正癸基,正十一烷基,正十二烷基, 正十三烷基,正十四烷基,正十六烷基或正十八烷基,c5_Q2•環烷 基疋一個Cs-C!2-環烧基團,例如環戊基,環己基,環庚基,環辛基, 1壬基或環癸基,Cs-Cm-芳基是一個crC14-芳基基團,例如苯基或 萘基’ CrCir芳烷基是一個C7-Cls-芳烷基基團,例如苯甲基,鄰, 間’對甲苯基 ’ 2,3- ’ 2,4-,2,5-,2,6-,3,4- ’ 3,5-二甲苯基或2,4,6 一甲本基。上述舉例是為了描述本發明但本發明並不局限於上述舉 25 例的範圍。 很多有機基團可以取代CrC5-亞院基A,例如院基,環烧基, ^'基,鹵素,域,硫謎,二硫化物,亞颯,.$風,項酸鹽,胺基,經, -11 - _’賴脂’猶’碳_,紐鹽,氰基,錄魏和烧氧基珍 烷以及羧醯胺基團。 本發明的電解質電容器中作為固體電解f的㈣吩可以是電 中性或陽離子的。在優_實施㈣巾它礙陽離子的,“陽離子 5的”是僅指聚喔吩主鏈上的電荷。依靠R基團上的取代基,聚嗟吩結 構單元中可以帶陽離子或陰離子,聚嘆吩主鍵上帶陽離子荷,被績 酸鹽或缓酸鹽取代的R基上任選的帶有陰離子荷。聚垄吩主鍵上的 -部分或全部陽離子荷可以被尺基上的任何陰離子基團中和。綜上 所述’那些例子中的聚嗟吩可以是陽離子的,中性甚至是陰離子 10 的。雖然如此’因為聚嗟吩线上的陽離子荷是主要的,本發明中 均將聚嗟吩看成陽離子聚嘆吩。因為陽離子荷的數量和位置不能精 確測定,所以分子式中沒有顯示它們。不過陽離子荷的數量至少是 1至多是η,其中η是聚噻吩中所有重複單元(相同或不同)的總數。 為補償陽離子荷,在R基沒有被續酸鹽或幾酸鹽取代從而沒有 I5 陰離子荷時,陽離子聚噻吩需要陰離子作平衡離子。 有用的平衡離子包括單體或聚合物陰離子,後者在下文中也稱 作聚陰離子。 聚合物陰離子可以是,例如,聚叛酸如聚丙稀酸,聚甲基丙烯 酸或聚馬來酸,或聚續酸如聚苯乙稀續酸和聚乙稀續酸的陰離子。 20 這些聚羧酸和聚磺酸也可以是乙烯羧酸和乙烯磺酸與其他可聚合 單體如丙烯酸酯和苯乙烯的共聚物。 特別優選的作為平衡離子的聚合物陰離子是聚苯乙烯磺酸 (PSS)_陰離子。 提供聚陰離子的聚酸的分子量優選1000至2 000 000,更優選 25 2〇00至500 000。聚酸例如聚苯乙烯磺酸和聚丙烯酸或它們的鹼金 屬鹽可以商購,或用已知的方法製備(見例如Houben Weyl, Methoden der organischen Chemie 5 vol.E 20 Makromolekulare 1379333
Stoffe,part 2,(1987),p.1141 ff.)。 本發明電解質電容器優選使用單體陰離子。 可用的單體陰離子有,例如,如下物質的那些:CrC2〇-烷烴磺 酸如曱磺酸,乙磺酸,丙磺酸,丁磺酸或更高級的磺酸如十二烷磺 5 酸,脂肪族全氟代磺酸如三氟甲磺酸,全氟丁磺酸或全氟辛磺酸, 脂肪族CVC20羧酸如2-乙基己基羧酸,脂肪族全氟羧酸如三氟乙酸 或全氟辛酸,以及任選的被CrC2(r烷基取代的芳族磺酸如苯磺酸, 鄰甲苯磺酸,對甲苯磺酸或十二烷基苯磺酸,環烷烴磺酸如樟腦磺 酸’或四氟硼酸鹽,六氟磷酸鹽,高氯酸鹽,六氟銻酸鹽,六氟砷 10 酸鹽,或六氣銻酸鹽。 特別優選對甲苯磺酸,甲磺酸或樟腦磺酸陰離子。 含有陰離子作平衡離子來補償電荷的陽離子聚噻吩在本領域 常被稱為聚嗟吩/(聚)陰離子絡合物。 本發明優選進一步提供一種電解質電容器,其特徵在於,可氧 15 化金屬是閥金屬或有類似性質的化合物。 本發明上下文中閥金屬是指那些金屬的氧化物層不能使電流 從兩個方向通過的那些金屬:在陽極有電壓時,閥金屬的氧化物層 阻止電流通過,而當陰極有電壓時強大的電流會破壞氧化物層。閥 金屬包括Be,Mg ’ A卜 Ge,Si,Sn,Sb,Bi,Ti,Zr,Hf,V, 2〇 Nb’Ta*W&及上述至少一種金屬與其他元素的合金或化合物。最 常見的閥金屬代表是义,化和灿。有類似性質的化合物是指那些 氧化後具有金屬導電性並且其氧化物層具有上述性質的化合物。例 如NbO具有金屬導電性但是通常並不稱它為閥金屬。不過氧化 層具有閱金屬氧化物層的典型性質,所以灿^或服)與其他元素的 25 合金或化合物是有類似性質化合物的典型代表。 —相應的可氧化的金屬”並不止是單指金屬,還有金屬與其他 疋素的合金或化合物’只要它們具有金屬導電性並能被氧化。 -13- 1379333 從而本發明因此更優選提供一種電解質電容器,其特徵在於, 閥金屬或有類似性質的化合物是,鈕,鈮鋁,鈦锆,姶,釩, 上述至少一種金屬與其他元素的化合物或合金,NbO或NbO與其他 元素的合金或化合物。 5 本發明電解質電容器中,“可氧化的金屬”優選形成具有大表面 積的陽極體’例如多孔燒結體或表面粗糙的箔。為簡潔下文也稱作 陽極體。 原則上,如本發明的電解質電容器製備是從氧化塗布陽極體開 ι〇 始的,例如用電化學氧化,用絕緣體,也就是氧化物層。把導電化 10 學聚合物,本發明中含有通式⑴或⑴和(II)的重複單元的聚噻吩, 用化學或電化學的方法通過氧化聚合沉積在介電性、導電性聚合物 上從而形成固體電解質。塗層還含有另一有良好導電性層,如石墨 和銀’它能將電流導走。最後電容器被連接好並封裝。 聚噻吩是將具有通式(III)的噻吩或通式(111)和(IV)的噻吩混合 15 物通過氧化聚合的方法成形在覆有氧化物層的陽極體上形成的
其中A’R和X與通式(I)和(II)中相同, 通過將通式(III)的噻吩或通式(即和(IV)的噻吩混合物,氧化 20 劑和任選的平衡離子,優選以溶液形式,分別塗布或一起塗布到在 陽極的氧化物層上,進行氧化聚合反應,是否加熱取決於氡化劑的 活性》 本發明進一步提供製備本發明的電解質電容器的方法,包括將 具有通式(ΠΙ)的嗟吩或通式(ΠΙ)和(IV)的嗟吩混合物, -14- 1379333
其中 A’ R和x與通式⑴和(II)中相同,氧化劑及任選的平衡離子,一起 或分別塗布到金屬的氧化物層上,任選的用溶液的形式,和在揽 至25(TC ’優選(TC至200。(;的溫度下用化學氧化的方法聚合,製備 具有通式⑴重複單元或通式⑴和(11)重複單元的聚噻吩 鲁
10 其中A,R和X與上述相同
.或將具有通式(III)的噻吩或通式(III)和(IV)的噻吩混合物及平 衡離子在-78°C至250°C溫度下塗布到金屬的氧化物層上,優選-20°C 至60°C,任選用溶液,通過電化學聚合方法製備具有通式⑴重複單 元或通式⑴和(II)重複單元的聚噻吩。 15 與陽極的氧化物層的貼合可以直接作用也可以使用粘合促進 劑,如梦院和/或其他功能層。 在本發明方法優選的實施方案中,使用的通式(m)噻吩或使用 的通式(III)和(IV)的噻吩混合物是具有通式(Ilia)的隹吩或具有通 式(Ilia)和(IVa)的噻吩混合物 -15- 20 1379333
其中R同上述通式(I)和(II), 更優選是具有通式(Illaa)的噻吩或具有通式(Illaa)和(IVaa)的 噻吩混合物
通式(III)噻吩或通式(III)和(IV)的噻吩混合物的化學氧化聚合 條件取決於所用的氧化劑及期望的反應時間,通常在-10°c至25〇°c 的溫度下進行,優選0°C至20〇。〇。 ^ 在通式(hi)和(iv)的嗟吩混合物用本發明的方法聚合時,混合 物中兩者的摩爾比可以是任意值。製得的聚噻吩中重複單元⑴和 (II)摩爾比可以與通式(III)和(IV)的噻吩混合物的混合比例一致或 不同。 本發明中製備聚噻吩需要使用的通式(111)或(IV)的3,4_亞烷基 15 氧喊嗟吩是本領域技術人員共知的或可以用共知的方法製備(例 如根據RBlanchani,A. Cappon,E.LeviUain,YNic〇las,RF如和 J.Roncali,Org丄ett.4(4),2002,p.6〇7-6〇9) 0 通式⑽或(IV)嗟吩和/或氧化劑和,或平衡離子的溶劑特別包 含如下的有機溶劑,其在反應環境中是惰性的:脂肪醇如甲醇,乙 2〇醇’異丙醇和丁醇;脂肪嗣如丙_和甲乙酮;脂肪舰醋如乙酸乙 酯和乙酸丁酯;芳香烴如甲笨和二甲岔. 甲本,月曰肪經如己烧,庚烧和環 己焼;氯代烴如二氯甲烧和二氯乙烧;脂肪腈如乙腈,脂肪亞礙和 硬如二甲基亞礙和環丁颯;脂職醯胺如甲基乙酿胺,二甲基乙酿 胺和二甲基甲醯胺;脂肪和非脂肪醚如二乙醚和笨甲醚。另外,水 和上述有機溶劑的組合物也可以用作溶劑。 使用的氧化劑可以是本領域技術人員已知的適用於噻吩,苯胺 或°比咯氧化聚合反應的任何金屬鹽。 合適的金屬鹽是元素週期表上的主族金屬鹽或過渡族金屬 鹽,後者下文也稱過渡金屬鹽《特別合適的過渡金屬鹽是無機或有 機酸過渡金屬鹽或含有機基團的無機酸過渡金屬鹽,如鐵(111),銅 (II),鉻(VI),鈽(IV),錳(IV),錳(VII)和釕(III)。 優選的過渡金屬鹽是鐵(III)鹽。鐵(III)鹽通常不貴,容易得到 並谷易處理’例如鐵(III)無機酸鹽’如卤化鐵(IH)(如Feci3)或鐵(in) 的其他無機酸鹽如Fe(Cl〇4)3或Fe/SO4)3以及鐵(hi)的有機酸鹽和 含有機基團的無機酸鹽。 含有有機基團的鐵(III)無機酸鹽包括’如,鐵(ΙΠ)的CrC2(r烧 醇硫酸單酯鹽,如鐵(III)的十二醇硫酸鹽。 特別優選的過渡金屬鹽是它們的有機酸鹽,特別是鐵(III)的有 機酸鹽。 鐵(III)的有機酸鹽包括如下物質的鐵(III)鹽:CrC20-烷烴磺酸 如’甲磺酸,乙磺酸,丙磺酸,丁磺酸或更高級的磺酸如十二烷磺 酸’脂肪全氟磺酸如三氟甲磺酸,全氟丁磺酸或全氟辛磺酸,crc20-叛酸如2-乙基己基羧酸,脂肪族全氟羧酸如三氟乙酸或全氟辛酸, 及可被Crc20-烷基替代的芳族磺酸如,苯磺酸,鄰甲苯磺酸,對甲 苯磺酸’或十二烷苯磺酸及環烷磺酸如樟腦磺酸。 使用上述鐵(III)有機酸鹽的任意混合物也是可能的。 鐵(HI)有機酸鹽和含有機基團的無機酸鹽不具有腐蝕性,它們 有很大的優勢。 特別合適的金屬鹽是鐵(III)的對甲苯磺酸鹽,鐵(III)的鄰甲苯 磺酸鹽或鐵(III)的對甲苯磺酸鹽和鐵(III)的鄰甲苯磺酸鹽的混合 物0 在優選的實施方案中,金屬鹽在使用之前要用離子交換劑處 理,優選鹼性陰離子交換劑。合適的離子交換劑的例子有被叔胺功 能化的由苯乙烯和二乙烯基苯組成的大孔聚合物,有市售,來自
Bayer AG ’ Leverkusen,德國,商品名是Lewatit®。 更合適的氧化劑是過氧化物如過氧化二硫酸鹽(過硫酸鹽),特 別是過氧化二硫酸銨和鹼金屬過氧化二硫酸鹽如過氧化二硫酸鈉 和過氧化二硫酸鉀,或過氧化氫,鹼金屬過硼酸鹽,任選的在催化 數量的金屬離子如鐵,鈷,鎳,鉬存在下,以及過渡金屬氧化物例 如氧化猛(IV)或氧化鈽(IV)。 對於通式(III)或(IV)的噻吩的氧化聚合,理論上每摩爾噻吩需 要2.25當量的氧化劑(見 J. Polym Sc. Part A Polymer Chemistry
Vol.26 ’ p.l287(1988))。但是也可以用較少或較多當量的氧化劑。 本發明中,優選一當量或以上,特別優選2當量或以上氧化劑每摩 爾嗔吩。 通式(III)的噻吩或通式(ΙΠ)和(IV)的噻吩混合物在下文中簡寫 為通式(III)嘆吩或(ΠΙ)和(IV)嗟吩。 可用的平衡離子是聚合物或單體陰離子,上文已有具體描述。 在分別加入通式(111)噻吩或(III)和(IV)噻吩,氧化劑和任選的 平衡離子時陽極體的氧化物層優選先塗氧化齡液及任選的平衡 離子办液,然後疋通式(JH)垄吩或(m)和(IV)噻吩的溶液。優選的 把嗟吩,氧關和任軸平衡離子—时布時,陽極體 只塗種驗,即包切吩,氧化劑和任義平衡離子。物層 溶液中還可加入其他組分,如溶於有機溶劑中的一種或多種 機枯合劑’如聚醋酸乙_,聚碳義,聚乙騎縮丁搭,聚丙稀 1379333 酸酯,聚甲基丙烯酸酯,聚苯乙烯’聚丙烯腈,聚氯乙烯,聚丁二 稀,聚異戊二稀,聚醚,聚酯,矽酮,苯乙稀/丙烯酸酯共聚物, 醋酸乙烯/丙烯酸酯共聚物,及乙烯/醋酸乙稀共聚物,或水溶性粘 結劑如聚乙烯醇,交聯劑如聚胺酯或聚胺酯分散液,聚丙烯酸酯, 5 聚烯烴分散液,環氧矽烷如3-縮水甘油氧基丙基三烷氧基矽烷,和 /或添加劑如表面活性劑。另外還可以加入烧氧矽烧的水解產物如 基於四乙氧基矽烷的物質,這樣可以增強塗層的抗擦劃性。 要塗布到陽極氧化物層上的溶液優選含有UOwt %的通式 (III)的嗟吩或通式(III)和(IV)的噻吩混合物及〇_5〇wt %粘合劑,交 10 聯劑和/或添加劑,所有的重量百分比都是基於混合物的總重量。 溶液以共知的方法塗布到陽極氧化物層上,例如浸潰,流延, 滴加,喷射’噴塗,刀到塗布,塗漆或印刷。 溶液使用完畢後溶劑可在室溫下簡單蒸發除去。但是,為了得 到較高的加工速率,在升高的溫度下讓溶劑揮發是很有利的,例如 15 在2〇C至30〇°C溫度下,優選40°c至250°c。熱後處理可以與溶劑的 除去同時進行或者塗布完成後進行。 熱處理的時間取決於塗布時使用的聚合物類型,通常是5秒至 幾小時。對於熱處理,可以使用有不同的溫度並有延遲時間的溫度 曲線圖。 20 熱處理可以以如下的方法進行,塗布好的陽極在理想的溫度下 以一定的速率通過熱箱,移動速率要使在選定的溫度下得到理想的 延遲時間,或在能得到理想的延遲時間的一定溫度下與熱盤接觸。 另外,熱處理可以在一個爐子或多個爐子中進行,每一個都有不同 的溫度。 25 溶劑除去後(乾燥)及任選的在熱處理後,最好用合適的溶劑, 優選水或乙醇從塗層中洗去多餘的氧化劑和殘留的鹽。這裏所指的 殘留的鹽是指氧化劑的還原形式和其他存在的鹽。 -19- 浸潰陽極是否有利取決於陽極體的類型,優選是洗後再用混合 物重複幾遍以得到較厚的聚合物層。 聚合後,優選清洗中或後,最好用電化學方法修復氧化物膜以 修復氧化物膜上的缺陷並能減少成品電容器的洩漏電流。術語“修 復”是本領域人員共知的。 聚噻吩也可以由通式(III)的噻吩或通式(m)和(IV)的噻吩混合 物通過電化學氧化聚合方法製得。 通式(III)的售吩或通式(III)和(IV)的嗟吩混合物的電化學氧化 聚合在-78°c至所用的溶劑沸點的溫度下進行,優選_78°c至25〇〇c, 更優選在-20°C至60°C的溫度下進行。 反應時間取決於所用的嗟吩或嗟吩混合物,電解質,選定的溫 度和應用的電流密度,優選在1分鐘至24小時。 通式(III)的嘆吩或通式(III)和(IV)的嗟吩混合物是液態時,電 化學聚合時在電化學聚合環境中存在或不存在表現惰性的溶劑中 進行;固體通式(III)的售吩或通式(III)和(IV)的嗟吩混合物電化學 聚合在電化學聚合時在電化學聚合環境中表現惰性的溶劑之存在 下進行。某些情況下使用溶劑型混合物和/或在溶劑中加入增溶劑 (去污劑)是有利的。 電化學聚合時表現惰性的溶劑例子包括,水;醇,如甲醇和乙 醇;酮如苯乙酮;齒代烴如二氣甲烷,氯仿,四氣化碳和氟代烴; 酯如乙酸乙酯和乙酸丁酯;碳酸酯如碳酸丙烯酯;芳香烴如苯,甲 本’一甲苯;脂肪烴如戊烧’己院,庚院和環己烧;腈如乙腈和苄 腈;亞碱如二甲基亞礙;硬如二曱基;ε風,苯基甲基碗和環丁碾;液 態脂肪醯胺如甲基乙醯胺,二甲基乙醯胺,二甲基甲酿胺,吡咯烷 酮,N-甲基-吡咯烷酮,N-甲基己内醯胺;脂肪和脂肪_芳香混合醚 如一乙醚和苯甲醚;液態腺如四甲基脲或N,N-二甲基味《Τ坐烧酮。 對於電化學聚合,通式(III)的噻吩或通式(III)和(IV)的噻吩混 1379333 5 合物或它的雜是與電解質添加舰合在—起 加劑優選游離酸或慣用的在所用的溶射有溶解性的導電 鹽。已經發現的有用的電介質添加劑的例子有:游離酸如對甲苯續 酸’甲續咖及有如下部分的鹽:糾酸錄離子芳香族確酸鹽 離子’四氟侧酸鹽陰料,六氟雜魏離子,高氯_陰離子, 六,録酸鹽陰離子’六___子,六氯駿歸離^及驗金 屬陽離子’檢土金屬陽軒或傾的踩化賴離子 子,疏陽離子和氧鑌陽離子。 10 15 通式(ΙΠ)噻吩或(III)和(IV)單體噻吩的濃度可以是〇〇ii〇〇wt %(l〇〇wt.%的情況只有在液態聚嗟吩的情況下出現);優選的漠度 在0.1-20wt.%。 電化學聚合可以分批也可以連續進行。 電化學聚合電流密度可以在寬的範圍内變動;常見的電流密度 是0.0001至lOOmAW,優選0.〇e4〇mA/cm2<)f流密度是這些時, 電壓在約0.1至50v是穩定的。
電化學聚合後,最好料化學方法純氧化膜崎正氧化膜上 的缺陷並能減少成品電容器的洩漏電流(改良)。 合適的平衡離子是上文列出的單體或聚合物陰離子,優選單體· 或聚合物烷烴-或環烷烴磺酸或芳香族磺酸的那些。本發明電解質 電容器中特別優選的是單體烷烴或環烷烴磺酸或芳族磺酸的陰離 子,這是因為含有它們的溶液易於穿過多孔陽極材料從而在它和固 體電解質之間形成較大的接觸表面積。平衡離子被以它們的驗金屬 鹽或游離酸的形式塗布到溶液中。在電化學聚合中,平衡離子任選 的作為電解質添加劑或導電鹽塗布到溶液或嗟吩中去。 所用的平衡離子也可以是任意已有的氧化劑的陰離子,所以在 化學氧化聚合時另外添加平衡離子並不是必須的。 本發明進一步提供具有通式⑴重複單元或通式⑴和(11)重複單
-21· 25 1379333 元的聚噻吩的用途
其中A,R和X每個同上 5 該用途是作為電解質電容器中的固體電解質,優選電容器包含 癱 如下物質:作為可氧化的金屬’閥金屬或具有類似性質的化合物, 優選鈕,鈮,鋁,鈦,锆,铪,釩,至少一種上述金屬與其他元素 的合金或化合物,NbO或NbO與其他元素的合金或化合物。 本發明使用含有通式(I)重複單元或通式⑴和(II)重複單元的聚 10 嗟吩作電解質電容器中的固體電解質比現有的固體電解質如聚 (3,4-亞乙基二氧噻吩)的優點是,它使電容器的電流洩漏顯著降低 ·- 並使等效串聯電阻變小。較低的等效串聯電阻導致電容器有較好的 高頻特性。 含有通式⑴重複單元或通式⑴和(II)重複單元的聚噻吩也適於 籲 15 製作導電層用在其他方面,如製作抗靜電塗料,OLEDs(有機發光 二極體)的空穴注射層,〇FETs(有機場效應電晶體)的導電層’電容 器的電極,電解質電容器,雙層電容器,電化學電容器,電池,燃 料電池,太陽能電池,感測器和致動器。 本發明因此進一步提供導電層,該導電層包含具有通式(I)重複 2〇 單元或通式(1)和(H)重複單元的聚噻吩 -22- 1379333
其中A,R和χ每個同上 和除了六氟磷酸鹽之外的單體陰離子,或聚合物陰離子作平衡離 5 根據用途’本發明聚嘆吩層的厚度在lnm至Ι.ΟΟμιη之間,優選 10nm至ΙΟμιη,更優選50nm至Ιμιη。 本發明的導電層可以通過氧化聚合用簡單的方法製備。 本發明進一步提供製備導電層的方法,其特徵在於將具有通式 (III)的噻吩或通式(III)和(IV)的噻吩混合物, 10 〇 / S * - 其中 • A ’ &和\每個與通式⑴和(11)中相同,氧化劑及任選的平衡離子一 起或分別塗布到基底上,任選用溶液的形式,和在-1(TC至25CTC, 15 優選0它至200°C的溫度下,用化學氧化的方法聚合製備具有通式⑴ 重複單元或通式(I)和(Π)重複單元的聚噻吩 -23- 1379333
其中A,R和x每個同上。 本發明導電層可以由通式(III)的嗟吩或通式(III)和(IV)的嗟吩 混合物和平衡離子,任選以溶液的形式塗布到基材上,通過電化學 5 聚合方法,在-78°C至250°C,優選在-2〇r至6(TC的溫度下,製備具 有通式(I)重複單元或通式(I)和(II)重複單元的聚噻吩》 攀 舉例及優選的反應條件,摩爾比,重量百分比,溶劑,氧化劑 和導電鹽以及與它們相關的變化,實施化學反應或電化學氧化聚合 的特徵’任何有利的後處理在上面聚噻吩作為本發明電解質電容器 10 的固體電解質的製備中均已描述過。 涉及的聚合物陰離子也在上文本發明的聚售吩中描述過;涉及 的單體陰離子也在上文本發明的電解質電容器中描述過,六氟磷酸 鹽除外。優選如下物質的單體陰離子:有機羧酸或磺酸單體,如 CVCw烷烴磺酸,脂肪族全氟磺酸,脂族CrC2Q•羧酸,脂肪族全氟 修 15 緩酸,以及任選的被Ci-Cm-燒基取代的芳族橫酸,環炫烴續酸。因 為它們在聚合物膜成形時能提高其成膜性,聚合陰離子優選在本發 明的導電層中作為平衡離子。 基底可以是如玻璃,超薄玻璃(柔軟玻璃)或塑膠,它們在電化 學聚合反應中被提供導電層(電極)。 20 特別合適的塑膠有:聚碳酸酯,聚酯,如PET和PEN(聚乙二醇 對笨二甲酸醋或聚萘二甲酸乙二醇醋),共聚碳酸醋,聚諷,聚醚 石風(PES) ’聚醒亞胺’聚乙稀’聚丙烯或環聚烯烴或環烯烴共聚物 (COC),氫化紅烯聚合物或氫化苯乙烯共聚物。 •24- 1379333 合適的聚合物基底可以是,膜如聚醋膜,購自Sumitomo的PES 膜或購自Bayer AG(Makrof〇l®)的聚碳_酸酯膜。 根據本發明生產的導電層可以留在基底上也可以從上面移除。 本發明導電層的優點是它們的導電性可以通過調整對單體組 5 分的選擇得到調整。 本發明導電層的電導率根據應用而不同。例如,在高歐姆應用 中如抗靜電塗層’表面電阻優選在1〇5至lO^ohm/sq,對於OLED電 導率在ΗΓ2至l(T6S/cm。對於其他應用如電容器,層的電導率至少 是1 S/cm,優選至少los/cm,更優選至少l〇〇s/cm。 10 本發明導電層優選是透明的。 除了上述導電層在所需基底上由原位聚合的生產外,本發明的 導電層也可以用成品聚噻吩分散體製備。這種溶液應用方法比上述 的用法有優勢’因為在最終產品如〇LED,〇FEt ,電容,電池,燃 料電池,太陽能電池,感測器和致動器生產中任意複雜步驟都可以 15 被省去步驟。為此含有聚噻吩的分散體可以製備成陽離子形式。 本發明進一步提供含有如下物質的分散體:具有通式⑴重複單 元或通式(I)和(II)重複單元的陽離子聚噻吩'
其中 A ’ R和X每細上’作為平衡離子的聚合物陰離子以及—種或多種 可用的溶劑在作林發明電解質電容器中固體電解質的聚嗟 -25- 20 1379333 吩的製備中已有具體描述。優選的溶劑是水或其他質子溶劑如醇, 具體例子有甲醇,乙醇,異丙醇和丁醇,及水和上述醇的混合物也 可以用作溶劑;特別優選的溶劑是水β 可用的聚合物陰離子在上文也已有描述。優選的聚合物陰離子 是聚笨乙烯磺酸的陰離子。 β 本發明的为散體可以直接通過在至少一種溶劑存在下製備聚 噻吩得到》 本發明進一步提供製備本發明分散體的方法,其中將通式 的噻吩或通式(III)和(IV)的噻吩混合物,
其中 A,R和X每個同上,在一種或多種氧化劑,一種或多種溶劑和聚合 物陰離子或相應聚合物酸的存在下氧化聚合。 口 15 本發明的分散體由通式(瓜)的噻吩或通式(III)和(IV)的噻吩混 合物以與EP-A440 957中相似的方法條件製備。 可用的氧化劑’溶劑和陰離子上文已列出。 陰離子或它們相應的酸優選的用量是對於lm〇1通式(πι)的噻 吩或通式(III)和(IV)的噻吩混合物用0.25至20,更優選〇25至,最 2〇 優選〇·8至8的陰離子基團或酸根。 通式(III)的噻吩或通式(III)和(IV)的噻吩混合物和陰離子或它 們相應的酸溶解所用溶劑的量最好能使獲得的穩定分散體的固含 量在0.5至55wt.%,優選丨至川加.%,基於分散體的總重量。3 本發明分散體生產更合適的氧化劑是氧氣或空氣單獨或任選 -26- 1379333 的與上文中描述·氧化劑混合氣或氧氣作為氧化劑時, 空氣或氧氣被通到含有噻吩’陰離子或它們相應的酸的溶液中去直 到聚合反應完成。任選的催化計量的金屬離子如鐵,鈷,鎳,鉬, 或鈒離子也可以另外存在於聚合溶液中去。 不過本發_分㈣也可以由有通式⑴重複單元或通式(1)和 (Π)重複單元的聚嗟吩並隨後添加一種或多種溶劑製備。 本發明進一步提供一種聚噻吩,其特徵在於它們含有通式( 和(II)的重複單元 10
其中 15
A,R和X同上。在多個取代基尺與入鍵合時,它們可以相同也可以 不同’所含的通式(I)重複單元的比例是M00m〇1%,優選2〇 95m〇1 %,更優選30-80mol%,通式(Π)重複單元的比例是99_〇m〇1%,優 選80-5mol%,更優選的是7〇_2〇m〇1%,前提是兩者的比例之和是 lOOmol% ’以及在它們是陽離子的情況下,聚噻吩含有聚合物陰離 子作為平衡離子。 本發明的聚嘆吩是上述在本發明電解質容器中作固體電解質 的聚嗟吩的任意組合。有用的有機羧酸或磺酸的單體陰離子或聚合 物陰離子是上文中提過的那些。 本發明的聚嘆吩可以通過上述的化學氧化方法或電化學方法 製備。它們可以原位聚合也可以用本發明的分散體方法聚合從而製 成例如抗靜電塗料’ 0LEDs(有機發光二極體)的空穴注射層, -27· 20 1379333 OFETS(有機場效應電晶體)的導電層,電解質電容器中的固體電解 質或電容器的電極,電解質電容器,雙層電容器,電化學電容器, 電池’燃料電池’太陽能電池,感測器和致動器。 它們的㈣優點是通過選擇單合物從喊產品層的導電 5性得到調整。特別是相對高歐姆的調節,這樣可以省去與不利因素 相關的必要措施,例如PSS的附加應用或其他不必的導體和降低導 電性的添加劑’或很小和極小的分散體’它們使與電阻相關的粒子 接觸面增大從而導致導電性降低。 本發明同樣提供本發明的聚斜或分散體製備導電層或電解 10 質電容器的用途。 以下實施例是說明性的而非限制性的。 【具體實施方式】 實施例
32.31g(187.6mm〇l)的3,4二乙氧噻吩,29.31g(375 2mm〇1^2_ 2〇 巯基乙醇和3.56g(18.7mm〇l)的對甲苯磺酸一水合物在4〇0mi曱苯中 在氮氣氛圍下加熱回流5小時。在這段時間裏要連續除去所形成的 甲苯和乙醇並補充新鮮曱苯。然後根據薄膜色譜監視儀來確定反應 是否完成。反應混合物在室溫(23。〇下冷卻後過濾並用水洗至中 杜。在硫酸納上乾燥後混合物在0.0711^1^(1^.59-621)下蒸顧,蒸 25 館物進一步用矽膠色譜柱提純(洗脫劑:甲苯)。 -28- 1379333 產量:15.99g嗟吩並[3,4-b]-l,4-氧硫雜環己院(=理論值的539 %)呈無色油狀 1H-NMR(400MHz) 6(CDC13, ppm): 6.72(d, 1H, J=3.55Hz), 6.46(d, 1H,*/=3.55Hz), 4.37(m,2H),3.00(m, 2H)。 實施例2 : J基-3,4-亞乙基乳硫代嗟吩(2-曱基嘆吩並Γ3Ί4-ί>1-1,4-氧硫雜環己 烷)的製備
10 的3,4-二乙氧基噻吩,l2.5g(135.6mmol)的 1- 毓基-2-丙醇和1.29g(6.8mmol)的對甲苯磺酸一水合物在2〇〇mi甲苯 中在氮氣氛圍下加熱回流10小時。後續步驟同實施例1。 產量:4.06g2-甲基噻吩並【3,4-b】 -1,4-氧硫雜環己烷(=理論值 的34.8%)呈微黃色的油狀
15 1H-NMR(400MHz)8(CDCl3,ppm):6.72(d,lH,/=3.54Hz)J 4.33(q和 ABX 的 X部分,1H,《/x,CH3=6.2Hz, 々χ=1·9Ηζ ·7Βχ=9_0Ηζ),2.89(ABX的B部分,1H,《/AB= 13.1Hz), 2.83(ABX的A部分 ’ 1H,*/AB= l3.1Hz)1.45(d,3H,入,CH3 = 6.2Hz)。 從二次污染的餾分中可用色譜柱得到進一步提純的約15g純產 20 品,總淨產量是理論值的47.6%。 實施例3(本發明的、: 盘_用.聚(3,4-亞乙基氯疏代噻吩)作固體電解質的槊備本發明雷衮 •29- 1379333 心將具有比容量50 OOOpFV/g錄末壓成片狀(pellet)元件,並燒. 結從而形成的多孔體。片狀元件(正極)在3〇伏電 墨下在磷酸電解質中陽極氧化。 製備含有-重量份3,4_亞乙基氧硫代嗟吩(實施例μ嗟吩並 5卩’4·15]-1,4-氧硫雜環己烷)和20重量份4〇wt.%的對甲苯磺酸鐵(111) 的己醇溶液(Baytron®C-E,H.C.Starck GmbH)的混合溶液。 這個溶液被用來浸潰正極片狀元件。正極片狀元件浸潰在溶液 中隨後在室溫下乾燥30分鐘,在5〇。(:下乾燥15分鐘,在15〇〇c下乾 燥U分鐘。熱處理後溶液即在片狀元件聚合。隨後把片狀元件在水 中洗30分鐘。洗務後,片狀元件在液態〇 25wt%的對甲苯續酸溶液# 中’在25V電壓下修復30分鐘。把上述的浸潰,洗務,修復再重複 一次。最後在片狀元件塗布銀層。 盖·ΙΑ比,用聚P,4-亞乙棊二氧噻吩)作同體雷觫蜇肀妒饩常穸哭: 為達到此目的,片狀元件用上述方法製備β製備含有一重量份 15 3,4_亞乙基二氧嗟吩(Β_οη® M,H.C.Starck GmbH)和20重量份 4〇wt.%的對甲苯磺酸鐵(III)的乙醇溶液(Baytr〇#c e,h c汾肛成
GmbH)的混合溶液。片狀元[器]件用上述方法浸潰但是浸潰3次。 電容器的電值如下: 本發明用聚(3,4-亞乙 基氧硫代噻吩) 用聚(3,4-亞乙基二氧 嗟吩) 電容 126 130 等效串連電阻[πιΩ] 63 122 泡漏電流[μΑ] 1.2 18.9 電容在120Hz下測定,等效串連電阻用以^計…纠印丈4284A) 20 在100kHz下測定。洩漏電流在加10V電壓3分鐘後用Keithley 199萬 用表測定》 •30- 1379333 本發明的電容器’即使只浸潰兩次,也與用聚(3,4-亞乙基二氧 嗟吩)的電容器具有相同的電容值,並且製備所需的步驟較少。不 過,他們有明顯較低的等效串聯電阻並且漁漏電流小了—個數量 級。 實施例4(本發明的、: I化學-原料合的^复复見含聚(3,4-亞已某氩前嶁咕、知〒y 磺酸Fe(III)的本發明的導雙及 實施例1中的3,4-亞乙基氧硫代噻吩丨u重量份,25重量份4〇wt 10 % 的甲苯確睃鐵(ΙΠ)的正了 醇溶液(Baytr〇n®C-B40,H.C.Starck ·
GmbH)和⑽重#份的je了親合。齡毅_刀塗布在玻璃板 上形成60μιη厚的濕膜並在23它下乾燥2〇分鐘。然後用去離子水洗 滌得到的膜並烘乾。製得的藍色導電層的表面電阻是312吻(用兩 點法測量)。 15 實施例5(本發明的飞: 用化學原位聚合的方法製備包含太發明的苹唭吩和甲茉碏酸 Fe(III)的木發明的導雷厝 實施例2令的甲基-3,4-亞乙基氧硫^嗔吩1 21重量份,25重量份 20 40wt. %的甲苯磺睃鐵(m)的正丁醇溶液(Baytron®C-B 40, H.C.Starck GmbH)和106重量份的正丁醇混合。混合溶液用刮刀塗 布在玻璃板上形成60μιη厚的濕膜並在23。〇下乾燥20分鐘。然後用 去離子水洗滌得到的膜並烘乾。製得的藍色導電層的表面電阻是 296Q/sq(用兩點法測量)。 實施例6(本發明的): 3,4·亞乙基二氧嘆吩和3,4-亞乙某筚硫代噻哈—的年苹物的pss絡合 -31 - 25 1379333 物的製備 88.02g6.2wt.%的聚苯乙烯磺酸水溶液(PSS,相當於5.46g固體 PSS,相當於29.7mmol的S03H,分子量Mw約為 180 000),l.〇g3,4- 亞乙基二氧嘍吩(7.04mmol) ’ l,114g 3,4-亞乙基氧硫代噻吩(實施例 5 1的2,3-二氫噻吩並[3,4-b][l,4]-氧硫雜環己二烯,7.04mmol), 3.0gNa2S2〇8在350ml水中23°C下劇烈攪拌8小時。然後再加入i.7g
Na^Osi;共4.7g=19.7mmol)在23°C另下攪拌16小時。然後深藍色 混合溶液與41 g陰離子交換劑(Lewatit®MP 62,Bayer AG)和41 g陽離 子交換劑(Lewatit® S 100,Bayer AG)混合攪拌8小時以除去離子, 10 然後濾出離子交換劑。得到深藍色本發明的分散體,測得其固含量 · 是1.15wt.%❶1.13重量份的溶液與一重量份曱醇,一重量份丙酮及 一重量份水混合蒸餾’然後用刮刀塗布在pET膜上形成6〇卜111厚的濕 膜。淡藍色透明層乾燥後測得其的表面電阻是2*1〇5Ω/叫(用兩點法 測量)。
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Claims (1)
1379333 專利申請案第93120834號 ROC Patent Appln. No. 93120834 修正後無劃線之中文申i專利範圍替換本-附件(二) Amended Claims in Chinese - Enel. ΠΠ _______ %A (民國丨〇l年1月20日送呈) 、^ 字 (Submitted on January 20,2012) 1. 一種電解質電容器,包括 •可氧化的金屬層 •所述金屬的氧化物層 •固體電解質 •連接點 其特徵在於,該電解質電容器包括,作為固體電解質的聚 噻吩,聚噻吩含有通式(I)的重複單元或通式(I)和(II)的重複單 元,
其中 A是任選取代的CrC5-伸烷基, R是線性或支化的,任選取代的CrC18-烷基基團,任選取代 的C5-C12-環烷基基團,任選取代的C6-C14-芳基基團,任選 取代的C7-C18-芳烷基基團,任選取代的CrC4-羥烷基或羥基 基團, X 是0至8之間的整數,並且當A上鍵接多個R基團時,R基團 可以是相同的或不同的* 以及任選的平衡離子。 根據申請專利範圍第1項的電解質電容器,其特徵在於, A是任選取代的C2-C3-伸烷基, 1379333 3. 4. x 是0或1,及 R如申請專利範圍第1項定義。 根據申請專利範圍第1或2項的電解質電容器,其特徵在於,聚 噻吩中的通式(I)重複單元的比例是l-l〇〇mol%,通式(II)重複單 元的比例是99-0mol%,前提是兩者的比例之和是lOOmol%。 根據申請專利範圍第1或2項的電解質電容器,其特徵在於通式 ⑴的重複單元或通式⑴和(II)的重複單元是通式(Iaa)的重複單 元或通式(Iaa)和(Ilaa)的重複單元
5. 6. 7. 8. 根據申請專利範圍第1或2項的電解質電容器,其特徵在於可氧 化金屬是閥金屬或有相似性質的化合物。 根據申請專利範圍第5項的電解質電容器,其特徵在於閥金屬或 有相似性質的化合物是組、銳、銘、鈦、錯、給、飢、上述至 少一種金屬與其他元素的合金或化合物、NbO或NbO與其他元 素的合金或化合物。 根據申請專利範圍第1或2項的電解質電容器,其特徵在於平衡 離子是單體或聚合物陰離子。 一種製造根據申請專利範圍第1至7項至少一項的電解質電容器 的方法,其特徵在於,將具有通式(III)的噻吩或通式(III)和(IV) 的17塞吩混合物, 2 1379333
其中 A,R和χ每個如申請專利範圍第1或2項至少一項中定義, 氧化劑和任選的平衡離子,一起施用或連續施用到金屬的 氧化物層上,任選地採用溶液形式,和在-10°C至250°C的溫度 下,用化學氧化的方法聚合,以得到具有通式(I)重複單元或通 式(I)和(II)重複單元的聚噻吩 籲 /Α>Λ
其中A,R和χ每個如申請專利範圍第1或2項至少一項中定義, 或將具有通式(ΠΙ)的噻吩或通式(III)和(IV)的噻吩混合物及平 衡離子在-78°C至250°C溫度下塗布到金屬的氧化物層上,任選 鲁 用溶液,通過電化學聚合方法製備具有通式(I)重複單元或通式 (I)和(II)重複單元的聚噻吩。 9. 根據申請專利範圍第8項的方法,其特徵在於所用的氧化劑是鹼 金屬過氧化二硫酸鹽或過氧化二硫酸銨、過氧化氫、鹼金屬過 硼酸鹽、有機酸鐵(III)鹽、無機酸鐵(III)鹽、或含有有機基團的 無機酸鐵(III)鹽。 10. 根據申請專利範圍第8或9項的方法,其特徵在於平衡離子是單 體烷烴或環烷烴磺酸或芳香族磺酸的陰離子。 3 11. 根據申請專利範圍第8或9項的方法,其特徵在於含聚噻吩的層 在聚合後’任選地在乾燥後用合適的溶劑洗滌。 12. 根據申請專利範圍第8或9項的方法,其特徵在於在聚合後對金 屬的氧化物層進行電化學後陽極化處理(修復)。 13. ^獾導電層’其特徵在於,該導電層含有具有通式(I)重複單元 或通式⑴和(II)重複單元的聚噻吩,
其中 A,R和X每個如申請專利範圍第丨或2項的至少一項中定義, 和除了六氟填酸鹽之外的單體陰離子,或聚合物陰離子作為平 衡離子。 14〆耩製備如申請專利範圍第13項所述的導電層的方法’其特徵 在於’將具有通式(III)的嗟吩或通式(III)和(1\〇的°塞吩混合物’
其中 A,B·和X每個如申請專利範圍第1或2項至少一項中定義’氧化 劍及任選的平衡離子一起或連續施用到基底上’任選用溶液的 形式,和在-10°C至250°C的溫度下,用化學氧化的方法聚合, 以#到具有通式⑴重複單元或通式(I)和(II)重複單元的聚噻吩
137933.3 其中 A,R和χ每個如申請專利範圍第1或2項的至少一項中定義。 15.—種陽離子聚噻吩的分散體,其特徵在於,該分散體含有作為 陽離子聚噻吩的具有通式(I)重複單元或通式⑴和(II)重複單元 的聚。塞吩 0 S 0 / ο Η (I) (Π) 其中 A,R和χ每個如申請專利範圍第1或2項的至少一項中定義,作 為平衡離子的聚合物陰離子以及一種或多種溶劑。 16. 根據申請專利範圍第15項所述的分散體,其特徵在於,該分散 體包括作為溶劑的水。 17. 根據申請專利範圍第15或16項所述的分散體,其特徵在於,該 分散體包括聚合的羧酸或聚合的磺酸的陰離子作為平衡離子。 18. 根據申請專利範圍第15或16項的分散體,其特徵在於,平衡離 子是聚苯乙烯磺酸(PSA)的陰離子。 19. 製備根據申請專利範圍第15或16項的分散體的方法,其特徵在 137.9333 於,將通式(III)的噻吩或通式(III)和(IV)的噻吩混合物,
⑽
(IV) 其中 A,R和X每個如申請專利範圍第1或2項的至少一項中定義,在 一種或多種氧化劑,一種或多種溶劑和聚合物陰離子或相應聚 合物酸的存在下氧化聚合。 20.—種中性或陽離子聚噻吩,其特徵在於,該中性或陽離子聚噻 吩含有通式(I)和(II)的重複單元
其中 A,R和X每個如申請專利範圍第1或2項的至少一項中定義,所 含的通式(I)重複單元的比例是l-l〇〇mol%,通式(II)重複單元的 比例是99-0mol%,前提是兩者的比例之和是lOOmol%,以及在 該聚噻吩是陽離子的情況下,聚噻吩含有聚合物陰離子作為平 衡離子。 21.根據申請專利範圍第20項的聚噻吩,其特徵在於,所含的通式 (I)重複單元的比例是20-95mol%,通式(II)重複單元的比例是 137-9333 80-5mol%,前提是兩者的比例之和是lOOmol%。 22.根據申請專利範圍第20或21項的聚噻吩,其特徵在於,通式(I) 和(II)的重複單元是通式(Iaa)和(Ilaa)的重複單元
23.—種申請專利範圍第20或21項的聚噻吩的用途,係用於製備導 電層。 24 —種申請專利範圍第15或16項的分散體的用途,係用於製備導 電層。 25. —種具有通式(I)重複單元或通式⑴和(II)重複單元的聚噻吩及 任選的平衡離子的用途,係作為電解質電容器中固體電解質, A K / 0 / s O / 0 Jr{— (i) . _ _ 一 (Π) 其中 A,R和X每個如申請專利範圍第1或2項的至少一項中定義。
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