WO2000002214A1 - Polymere conducteur, condensateur a electrolyte solide et procedes de production desdits elements - Google Patents

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Hideki Ohata
Koro Shirane
Ryuji Monden
Atsushi Sakai
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Showa Denko K.K.
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Definitions

  • the present invention relates to a conductive polymer, a solid electrolytic capacitor equipped with the polymer, and a method for manufacturing the same. More specifically, a solid electrolytic capacitor with small size, high capacitance, low impedance, good moisture resistance and good heat resistance, a method of manufacturing the same, and a high conductivity with a novel fibril structure used for the capacitor
  • the present invention relates to a polymer and a method for producing the highly conductive polymer. Background art
  • a dielectric oxide film layer is generally formed on an anode substrate made of a metal foil having a large specific surface area that has been etched, and a solid semiconductive layer (hereinafter, referred to as a solid) is formed as an electrode facing the outside.
  • a solid semiconductive layer hereinafter, referred to as a solid
  • the actual element is completely sealed with epoxy resin or the like, and is widely used in electrical products as a capacitor component.
  • capacitors used in these devices have been required to be small, large-capacity, and low-impedance in the high-frequency range.
  • small and large-capacity capacitors include solid electrolytic capacitors such as aluminum electrolytic capacitors and tantalum electrolytic capacitors.
  • the aluminum electrolytic capacitor uses a liquid electrolyte having ion conductivity as an electrolytic solution, it has a problem that the impedance in a high frequency region is high and the temperature characteristics are poor.
  • tantalum electrolytic capacitors use manganese oxide as the electrolyte, but have the problem that the impedance in the high frequency range is high because the manganese oxide has a relatively high specific resistance.
  • polymers having a conjugated double bond represented by polymers such as aniline, pyrrole, and thiophene generally have a specific conductivity, and therefore, various research and development have been conducted. Attention has been paid to the unique electron, magnetic, and optical properties of ⁇ -electron conjugated systems possessed by polymers.
  • These conductive polymers are mainly produced by an electrolytic polymerization method and a chemical oxidation polymerization method.
  • the low molecular weight polymer obtained by the oxidation-reduction reaction performed on the electrode surface and the electrode surface may be poor, the low molecular weight polymer may be dissolved or deposited in the electrolyte solution. Become.
  • an electrode or the like corresponding to the size is required.
  • the chemical oxidative polymerization method is used, a conductive polymer can be easily obtained by mixing a polymerizable monomer and an appropriate oxidizing agent. Attention has been focused on methods, and research and development has been carried out.
  • a major problem with the chemical oxidation polymerization method is that a highly active oxidizing agent is required because the polymerization rate is proportional to the activity of the oxidizing agent. That is, when a polymerization is carried out using a highly active oxidizing agent, an undesirable side reaction occurs immediately and only a polymer having low structural conductivity and low conductivity is obtained. The reason for this is that the generated conductive polymer having a conjugated double bond stays in the reaction system for a long time, and the polymer skeleton having a conjugated double bond is affected by an extra oxidizing agent in the reaction system. Is considered to be partially destroyed, resulting in a decrease in conductivity.
  • conductive polymers obtained by electrolytic polymerization or chemical oxidative polymerization are generally insoluble and infusible, and there is a problem in operation that post-processing is particularly difficult. Therefore, various efforts have been made to solve these problems.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-130579 discloses that an oxide film is formed on a valve metal and used as a dielectric layer, and a conductive polymer layer is formed on the dielectric layer.
  • a mono-monomer compound solution is applied to the surface of the oxide film and dried to form a solid monomer compound.
  • a technique has been disclosed in which a conductive polymer layer is formed by contacting an oxidizing agent solution with a monomer compound to obtain a solid electrolytic capacitor having a high capacitance appearance rate and good high-frequency characteristics.
  • JP-A-6-340754 discloses that after a polycyclic aromatic amine compound is attached to or impregnated on an insulating substrate, the insulating substrate is brought into contact with a solution containing an oxidizing agent to prepare a polycyclic aromatic amine compound. A technique of oxidative polymerization inside or on the surface of a material has been disclosed.
  • a method for producing a solid electrolytic capacitor in which a capacitor element having an anode member formed with a chemical conversion film is impregnated with a conductive polymer as a cathode electrolyte, The capacitor element is immersed in a solution obtained by dissolving an oxidizing agent in a monomer that becomes a conductive polymer by oxidative polymerization, thereby forming a single layer of conductive polymer in the capacitor element to form a small, large-capacity capacitor.
  • the technology is disclosed in JP-A-10-50558.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-50559 discloses a technique for improving high-temperature load characteristics by immersing a capacitor element in a solution containing a monomer that becomes a conductive polymer by oxidative polymerization and allowing the oxidizing agent to act on the monomer. No. 6,086,045.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-289141 discloses that in a method of manufacturing a solid electrolytic capacitor, an electrode porous body is immersed in a monomer monosalt solution maintained at a temperature equal to or higher than a dissolution temperature and cooled. Then, a method for producing a solid capacitor in which a monomer salt is precipitated on the surface thereof and the porous body is immersed in a solution containing an oxidizing agent has been proposed.
  • a conventional capacitor using a conductive polymer such as polypropylene has a problem that the characteristics of the capacitor greatly fluctuate due to a moisture-proof load. Also related Therefore, there is a great demand for heat resistance. For example, solder heat resistance (reflowability) when molding capacitor elements into capacitor parts is also considered important, and capacitor elements with high heat resistance are required. That is, the prior art has a problem in a solid electrolyte produced on an oxide film and a method for producing the same.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-130579 US Pat. No. 5,567,209
  • a monomer compound solution is dried into a solid monomer, but the degree of polymerization of the polymer composition increases.
  • the monomer phase is a solid, there is a concern that the diffusion of the monomer may be suppressed and the polymerization rate may be reduced.
  • the technique disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-340754 relates to a method for producing a transparent conductive thin film on an insulator, and forms a highly conductive polymer having a fibril structure by polymerization at an interface. And does not mention performance.
  • the technique disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-50558 is a technique for forming a conductive polymer thin film on a chemical conversion film, but since the oxidizing agent is directly dissolved in a monomer that becomes a conductive polymer by oxidative polymerization. However, even in the prepared monomer solution, oxidative polymerization proceeds before and during use and polymerizes, making it difficult to maintain a uniform monomer solution at all times. I can say.
  • an oxidizing agent is introduced into pores as a solution, and the solvent is later evaporated to precipitate oxidizing agent crystals.
  • the step of precipitating the oxidizing agent in the pores of the chemically treated metal foil is indispensable.Since the contact area between the oxidizing agent solid and the monomer is very small, the polymerization reaction is slow and inefficient. I have to say that it is not suitable for production.
  • An object of the present invention is to provide a highly conductive polymer having a conjugated double bond (7T electron conjugated system), which is preferably used as a solid electrolyte of a solid electrolytic capacitor element.
  • Another object of the present invention is to provide a method for producing the above novel polymer having a conjugated double bond (7T electron conjugated system) having higher conductivity while having the same chemical composition by oxidative polymerization. To provide.
  • an object of the present invention is to provide a solid electrolytic capacitor using the highly conductive polymer as a solid electrolyte, which is excellent not only in initial characteristics but also in long-term reliability such as durability under high temperature and high humidity, and the solid electrolytic capacitor. It is to provide a manufacturing method.
  • the present inventors have conducted intensive studies in view of the above problems, and as a result, have found that a solution in which a polymerizable monomer alone or a polymerizable monomer and an electrolyte having a doping ability are dissolved and an oxidizing agent having a polymerization initiating ability are prepared.
  • the polymer can be obtained by loosely contacting the solution with the interface at the interface to polymerize, and a highly conductive polymer having a flaky fibril structure can be obtained.By performing this polymerization method on the dielectric film, By using the obtained film-like composition having a fibril structure as a solid electrolyte, the initial characteristics (loss coefficient, leakage current, heat resistance, equivalent series resistance and low impedance in high frequency range, etc.) and long-term reliability ( The present inventors have found that a capacitor excellent in durability under high temperature and high humidity can be obtained, and have completed the present invention.
  • the present invention relates to the following solid electrolytic capacitor, a method for producing the same, a conductive polymer, and a method for producing the same.
  • a solid electrolytic capacitor in which a solid electrolyte layer made of a polymer having a fibril structure is formed on a porous dielectric film of a metal having a valve action.
  • the polymer has the following general formula (1)
  • R 1 and R 2 are each independently a hydrogen atom, a linear or branched saturated or unsaturated alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an alkoxy group or an alkyl ester group, or a halogen atom.
  • atom, a nitro group, Shiano group, a primary, secondary or tertiary Amino group, CF 3 group represents a monovalent group selected from the group consisting of phenyl group and a substituted phenyl group.
  • the hydrogen chains may be bonded to each other at any position to form a divalent chain that forms a 3- to 7-membered saturated or unsaturated hydrocarbon cyclic structure with a carbon atom substituted by such a group.
  • the cyclic bonding chain may contain a bond of carbonyl, ether, ester, amide, sulfide, sulfiel, sulfonyl, or imino at any position, and ⁇ is in the range of 0 to 1. ⁇ is a negative sign. ion , And j represents the valence of 1, and is 1 or 2.
  • the solid electrolytic capacitor according to item 1 which is a conductive polymer having a fipril structure containing a thiophene skeleton structure as a repeating unit represented by the following formula:
  • R 3 , R 4 , R 5 , R 6 , R 7 and R 8 are each independently a hydrogen atom, a linear or branched saturated or unsaturated alkyl having 1 to 10 carbon atoms. group, an alkoxy group or an alkyl ester group or a halogen atom, a nitro group, Shiano group, a primary, secondary or tertiary Amino group, CF 3 group, one selected from the group consisting of phenyl group and a substitution Hue group, And the hydrocarbon chain of R 3 , RR 5 , R 6 , R 7, or R 8 is bonded to each other at an arbitrary position to form at least one carbon atom together with a carbon atom substituted by the group.
  • You may form a divalent chain which forms a cyclic structure of a saturated or unsaturated hydrocarbon of the above 3- to 7-membered ring
  • the above-mentioned cyclic bond may be formed by a sulfonyl, ether, ester, amide, sulfide or sulfiel.
  • Sulfonyl, imino bond optional Including the position may be.
  • K represents the number of condensed rings surrounded by a benzene ring having a substituent R 3 to R 6 and Chiofen ring and is an integer of 0 or 1-3.
  • the condensed ring in the formula is Any number of nitrogen or N-oxide may be included, but the number of substituents R 3 to R 8 will decrease by that number.
  • is in the range of 0 to 1.
  • represents an anion;
  • j represents the valence of ⁇ and is 1 or 2.
  • the solid electrolytic capacitor according to item 1 which is a conductive polymer having a fibril structure containing a condensed polycyclic skeleton structure as a repeating unit represented by the following formula:
  • the polymer has the following general formula (3)
  • R 9 and R 1Q each independently represent a hydrogen atom, a linear or branched saturated or unsaturated alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an alkoxy group or an alkyl ester group, Or halogen, nitro, cyano, primary, Secondary or tertiary Amino group, CF 3 group, represents a monovalent group selected from the group consisting of phenyl group and a substituted phenyl group.
  • the R 9 and R 10 hydrocarbon chains may be linked together at any position to form at least one or more 3- to 7-membered saturated or unsaturated hydrocarbons with the carbon atom being replaced by such groups. It may form a divalent chain forming a hydrogen cyclic structure.
  • the cyclic bond may include a carbonyl, ether, ester, amide, sulfide, sulfinyl, sulfonyl, or imino bond at any position.
  • ranges from 0 to 1.
  • represents an anion
  • j represents the valence of ⁇ , and is 1 or 2.
  • the solid electrolytic capacitor according to the above item 1 which is a conductive polymer having a fibril structure containing a pyrrole skeleton structure as a repeating unit represented by the following formula:
  • the polymer has the following general formula (4)
  • R 11 and R 12 are each independently a hydrogen atom, a linear or branched saturated or unsaturated alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an alkoxy group or an alkyl ester
  • R 11 represents a monovalent group selected from the group consisting of a halogen atom, a nitro group, a cyano group, a primary, secondary or tertiary amino group, a CF 3 group, a phenyl group and a substituted phenyl group.
  • the hydrocarbon chains of R 12 are bonded to each other at any position to form a ring structure of at least one or more 3- to 7-membered saturated or unsaturated hydrocarbons together with a carbon atom substituted by such a group.
  • the cyclic bonding chain may include a bond of carboxylic acid, ether, ester, amide, sulfide, sulfiel, sulfonyl, or imino at any position.
  • is 0-1 Is the range. Represents an anion, j represents the valence of Z, and is 1 or 2.
  • the polymer has the following general formula (5)
  • R 13 , R 14 , R 15 and R 16 are each independently a hydrogen atom, a linear or branched saturated or unsaturated alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an alkoxy group or an alkyl ester group or a halogen atom, a nitro group, Shiano group, a primary, secondary or tertiary Amino group, CF 3 group, a monovalent radical selected from the group consisting of phenyl group and a substitution Hue sulfonyl group
  • the hydrocarbon chains of R 13 , R 14 , R 15 or R 16 may be bonded to each other at any position to saturate at least one or more 3- to 7-membered rings with the carbon atom being replaced by such groups.
  • At least one or more divalent chains forming a cyclic structure of an unsaturated hydrocarbon may be formed, and the bonding chain may be a sulfonyl, ether, ester, amide, sulfide, sulfinyl, sulfonyl, or imino.
  • Join Include but good at any position.
  • [Delta] is in the range of 0 to 1. Zeta represents an anion, j represents the valence of zeta, is 1 or 2.
  • the solid electrolytic capacitor according to the above item 1 which is a conductive polymer having a fipril structure containing, as a repeating unit, an aniline skeleton structure represented by the formula:
  • a polymerizable monomer On the dielectric film, a polymerizable monomer is brought into contact with a single solution of an oxidizing agent capable of initiating polymerization while maintaining a saturated or supersaturated state or a mixed solution of the oxidizing agent and an electrolyte having a doping ability.
  • Producing a solid electrolyte layer made of a polymer having a fibril structure comprising the step of forming a film composition of a polymer having a fibril structure on the dielectric film.
  • a method for manufacturing a solid electrolytic capacitor comprising providing a solid electrolyte layer made of a polymer on a porous dielectric film of a metal having a valve action,
  • a polymerizable monomer solution or a solution in which a polymerizable monomer and an electrolyte having a doping ability are dissolved and a single solution of an oxidizing agent having a polymerization initiating ability in a saturated or supersaturated state.
  • a step of contacting a mixed solution of the oxidizing agent and an electrolyte having a doping ability to form a film composition of a polymer having a fibril structure on the dielectric film A method for producing a solid electrolytic capacitor having a solid electrolyte layer formed of a polymer having the following.
  • the substituents R 1 and R 2 are each independently a hydrogen atom, a linear or branched saturated or unsaturated alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an alkoxy group or an alkyl ester group, or Octylogen, nitro, cyano, primary, secondary or tertiary amino, trihalomethyl, phenyl and substitution Represents a monovalent group selected from the group consisting of a phenyl group.
  • the hydrocarbon chains of R 1 and R 2 can be linked to each other at any position to form a 3- to 7-membered saturated or unsaturated hydrocarbon cyclic structure with a carbon atom substituted by such a group. It may form a valent chain.
  • the cyclic bond may contain a carbonyl, ether, ester, amide, sulfide, sulfinyl, sulfonyl, or imino bond at any position.
  • the polymerizable monomer having a fibril structure is formed on the dielectric film by contacting the polymerizable monomer represented by the formula (1) with a solution containing an oxidizing agent having a polymerization initiating ability. 3.
  • R 3 , R 4 , R 5 , R 6 , R 7 and R 8 are each independently a hydrogen atom, a linear or branched saturated or unsaturated group having 1 to 10 carbon atoms. chosen in ⁇ alkyl group, an alkoxy group or an alkyl ester group or a halogen atom, a nitro group, Shiano group, a primary, secondary or tertiary Amino group, CF 3 group, from the group consisting of phenylene Le group and a substituted phenyl group And the hydrocarbon chain of R 3 , R 4 , R 5 , R 6 , R 7 or R 8 is bonded at any position to form a carbon atom substituted by such a group.
  • a divalent chain that forms, together with atoms, at least one or more 3- to 7-membered saturated or unsaturated hydrocarbon ring structure It may be formed.
  • the cyclic bond may contain a carbonyl, ether, ester, amide, sulfide, sulfinyl, sulfonyl, or imino bond at any position.
  • k represents the number of condensed rings surrounded by a thiophene ring and a benzene ring having substituents R 3 to R 6 , and is 0 or an integer of 1 to 3.
  • the fused ring in the formula may contain any number of nitrogen or N-oxide, but the number of substituents R 3 to R 8 will be reduced by that number.
  • R 9 and R 1D are each independently a hydrogen atom, a linear or branched saturated or unsaturated alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an alkoxy group or an alkyl ester group, or a halogen atom, a nitro group, Shiano group, a primary, secondary or tertiary Amino group, CF 3 group, represents a monovalent group selected from the group consisting of phenyl group and a substituted phenyl group.
  • R 9 and R 1 G The hydrocarbon chains may be linked together at any position to form at least one or more 3- to 7-membered saturated or unsaturated hydrocarbon cyclic structure with the carbon atom substituted by such groups.
  • the cyclic bonding chain may contain a carbonyl, ether, ester, amide, sulfide, sulfinyl, sulfonyl, or imino bond at any position.
  • a polymerizable monomer having a fibril structure on the dielectric film by contacting a polymerizable monomer represented by the formula (1) with a solution containing an oxidizing agent having a polymerization initiating ability.
  • R 11 and R 12 are each independently a hydrogen atom, a linear or branched saturated or unsaturated alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an alkoxy group or an alkyl ester group, or halogen atom, a nitro group, Shiano group, a primary, secondary or tertiary Amino group, CF 3 group, carbonization of representing.
  • R 11 and R 12 a monovalent group selected from the group consisting of phenyl group and a substituted Hue sulfonyl group
  • the hydrogen chains are bonded to each other at any position to form at least one or more 3- to 7-membered saturated or unsaturated hydrocarbon cyclic structure with the carbon atom substituted by such a group.
  • the cyclic bonding chain may include a bond of a carboxylic acid, an ether, an ester, an amide, a sulfide, a sulfiel, a sulfonyl, or an imino at any position.
  • the polymerizable monomer having a fibril structure is formed on the dielectric film by contacting a polymerizable monomer represented by the following formula with a solution containing an oxidizing agent having a polymerization initiating ability. 3.
  • a polymerizable monomer represented by the following formula with a solution containing an oxidizing agent having a polymerization initiating ability. 3.
  • the substituents R 13 , R 14 , R 15 and R 16 are each independently a hydrogen atom, a linear or branched saturated or unsaturated alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an alkoxy group or alkyl ester group or a halogen atom, a nitro group, Shiano group, a primary, secondary or tertiary Amino group, CF 3 group, a monovalent radical selected from the group consisting of phenyl group and a substitution Hue group.
  • the hydrocarbon chains of R 13 , R 14 , R 15 or R 16 may be linked to each other at any position to provide at least one or more 3- to 1-membered saturated rings with the carbon atom being replaced by such groups.
  • At least one divalent chain forming a cyclic structure of an unsaturated hydrocarbon may be formed in the above-mentioned linking chain, and a bond of thiolponyl, ether, ester, amide, sulfide, sulfinyl, sulfonyl, imino To It may be included at any position.
  • the polymerizable monomer having a fibril structure is formed on the dielectric film by contacting a polymerizable monomer represented by the following formula with a solution containing an oxidizing agent having a polymerization initiating ability. 3.
  • a polymerizable monomer represented by the following formula with a solution containing an oxidizing agent having a polymerization initiating ability. 3.
  • the concentration of the oxidizing agent having the ability to initiate polymerization is 0.01 to less than the concentration of the polymerizable monomer.
  • the substituents R 1 and R 2 each independently represent a hydrogen atom, a linear or branched saturated or unsaturated alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an alkoxy group or an alkyl ester group, or a halogen atom. atom, a nitro group, Shiano group, a primary, secondary or tertiary Amino group, CF 3 group,.
  • a hydrocarbon chain of R 1 and R 2 represent a monovalent group selected from the group consisting of phenyl groups and substituted phenyl groups May be bonded to each other at any position to form a divalent chain which forms a cyclic structure of a 3- to 7-membered saturated or unsaturated hydrocarbon with a carbon atom substituted by such a group.
  • the cyclic bond may contain a carbonyl, ether, ester, amide, sulfide, sulfinyl, sulfonyl, or imino bond at any position, ⁇ is in the range of 0 to 1, and ⁇ is an anion.
  • Eagle, j represents the valence of Zeta, is 1 or 2.
  • R 3 , R 4 , R 5 , R 6 , R 7 and R 8 are each independently a hydrogen atom, a linear or branched saturated or unsaturated group having 1 to 10 carbon atoms. chosen in ⁇ alkyl group, an alkoxy group or an alkyl ester group or a halogen atom, a nitro group, Shiano group, a primary, secondary or tertiary Amino group, CF 3 group, from the group consisting of phenylene Le group and a substituted phenyl group And the hydrocarbon chain of R 3 , R 4 , R 5 , R 6 , R 7, or R 8 is bonded to each other at an arbitrary position, and together with the carbon atom substituted by such a group.
  • is in the range of 0 to 1.
  • represents an anion; Represents the valence of ⁇ , and is 1 or 2.
  • R 9 and R 1G each independently represent a hydrogen atom, a linear or branched saturated or unsaturated alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an alkoxy group or an alkyl ester group, or a halogen atom. atom, a nitro group, Shiano group, a primary, secondary or tertiary Amino group, CF 3 group, hydrocarbon chain.
  • R 9 and R 1Q representing a monovalent radical selected from the group consisting of phenyl groups and substituted phenyl groups Are divalent chains linked together at any position to form at least one or more 3- to 7-membered saturated or unsaturated hydrocarbon cyclic structure with carbon atoms substituted by such groups
  • the cyclic bond chain may include a carbonyl, ether, ester, amide, sulfide, sulfinyl, sulfonyl, or imino bond at any position.
  • ⁇ 5 is in the range of 0 to 1 .
  • Z represents an anion and j represents the valence of Z, which is 1 or 2.
  • the substituents R 11 and R 12 are each independently a hydrogen atom, a linear or branched saturated or unsaturated alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an alkoxy group or an alkyl ester group, or Halogen atom, nitro group, cyano Group, a primary, secondary or tertiary Amino group, CF 3 group, a monovalent radical selected from the group consisting of phenyl group and a substituted Hue group.
  • the hydrocarbon chains of R 11 and R 12 may be bonded to each other at any position to form at least one or more 3- to 7-membered saturated or unsaturated hydrocarbon ring together with a carbon atom substituted by such a group.
  • the cyclic bonding chain may include a carbonyl, ether, ester, amide, sulfide, sulfinyl, sulfonyl, or imino bond at any position.
  • ⁇ 5 ranges from 0 to 1.
  • Z represents an anion
  • j represents the valence of Z, and is 1 or 2.
  • the substituents R 13 , R 14 , R 15 and R 16 are each independently a hydrogen atom, a linear or branched saturated or unsaturated alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an alkoxy group or alkyl ester group or a halogen atom, a nitro group, Shiano group, a primary, secondary or tertiary Amino group, CF 3 group, the group Achieved chosen monovalent group consisting phenyl group and substitution Hue group.
  • the hydrocarbon chains of R 13 , R 14 , R 15 or R 16 may be linked to each other at any position to provide at least one or more 3- to 1-membered saturated rings with the carbon atom being replaced by such groups.
  • At least one divalent chain which forms a cyclic structure of an unsaturated hydrocarbon may be contained at any position.
  • ranges from 0 to 1.
  • represents an anion
  • j represents the valence of ⁇ , and is 1 or 2.
  • R 3 , R 4 , R 5 , R 6 , R 7, and R 8 have the same meanings as described in the preceding item 11).
  • a saturated solution of an oxidizing agent having a polymerization initiation ability is prepared, and the oxidizing agent solution and the polymerizable monomer are brought into contact with each other at a temperature lower than the saturated solution preparing temperature so as to form an interface.
  • the oxidizing agent having a polymerization initiation ability at least one of persulfate, dichromate and trivalent iron salt is used. Manufacturing method of coalescence.
  • FIG. 1 is a scanning electron micrograph (X50,000) of a cross section of an anode aluminum foil having a conductive polymer layer formed thereon in Example 1 of the present invention.
  • Figure 2 is a scanning electron micrograph (X50,000) of a chemically treated aluminum foil.
  • FIG. 3 is a scanning electron micrograph (X5,100) of 3,4-ethylenedioxythiophene highly conductive polymer obtained in Example 14.
  • Fig. 4 is a scanning electron micrograph (X50,000) of the fibril structure of the highly conductive polymer in Fig. 3.
  • FIG. 5 is a scanning electron micrograph (X50,000) of the 3,4-ethylenedioxythiophene polymer obtained in Comparative Example 3.
  • FIG. 6 is a scanning electron micrograph (X 2,000) of the 3,4-ethylenedioxythiophene highly conductive polymer obtained in Example 15.
  • FIG. 7 is an enlarged scanning electron micrograph (X20,000) of the fibril structure of the highly conductive polymer in FIG.
  • FIG. 8 is a scanning electron micrograph (X50,000) showing the fibril structure of the 1,3-dihydroisothianaphthene highly conductive polymer obtained in Example 16.
  • FIG. 9 is a scanning electron micrograph (X50,000) of the 1,3-dihydroisothianaphthene polymer obtained in Comparative Example 4. Detailed description of the invention
  • the highly conductive polymer having a fibril structure containing the chemical structures represented by the general formulas (1) to (5) as a repeating unit according to the present invention has not existed so far.
  • the conductivity of the material having a fibril structure and that of the material having no fibril structure were significantly different. I have.
  • a solution containing an oxidizing agent having a polymerization initiation ability preferably a high-concentration solution, more preferably Refers to a saturated solution or a supersaturated solution (hereinafter, both of them are simply referred to as a “saturated solution, etc.”) and a polymerizable monomer or a solution containing a polymerizable monomer at an interface (in the present invention, “interface” refers to The oxidizing agent solution layer and the polymerizable monomer layer or the solution layer containing the polymerizable monomer partially dissolve each other on the surface where they come into contact with each other.
  • the conductive polymer formed is affected by excess oxidizing agent because it is gently contacted to form a layer and polymerized at the interface. And structural regularity Believes that due to the fact that not destroyed.
  • the oxidizing agent is used as a highly concentrated solution or a saturated solution, in which case the oxidizing agent is considered to exist in the form of extremely small crystal nuclei. It is believed that the polymerization of the polymerizable monomer proceeds in the reaction field, resulting in a highly conductive polymer with high stereoregularity. For these reasons, a polymer of the same composition obtained from the same polymerizable monomer, Conductivity 10 to: Highly conductive polymer, which is 1000 times higher, is generated, and it is considered that it appears as a fibril structure in an electron microscope.
  • Examples of the thiophene derivative represented by the general formula (6) as a raw material of the highly conductive polymer include 3-methylthiophene, 3-ethylthiophene, 3-propylthiophene, 3-butylthiophene, 3-pentylthiophene, 3-hexylthiophene, 3-heptylthiophene, 3-octylthiophene, 3-nonylthiophene, 3-decylthiophene, 3-fluorothiophene, 3-chlorothiophene, 3-bromothiophene, 3-bromothiophene Examples thereof include cyanothiophene, 3,4-methylenedioxythiophene, 3,4-ethylenedioxythiophene, and 3,4-propylenedioxythiophene, but are not limited thereto. Absent.
  • Examples include, but are not limited to, 3-dihydrocheno [3,4-b] quinoxaline-4-oxoxide, 1,3-dihydrocheno [3,4-b] quinoxaline-14,9-dioxide is not.
  • Examples of the pyrrole derivative represented by the general formula (8) as a raw material of the highly conductive polymer include 3-methylpyrrole, 3-ethylpyrrol, 3-propylpyrrol, 3-butylpyrrol, and 3-pentylpyrrole. , 3-hexylpyrroyl, 3-heptylpyrrole, 3-butylpyrrole, 3-nonylpyrrole, 3-decylpyrrole, 3-fluoropyrrole, 3-chloropyrrol, 3-bromopyrrolyl, 3-cyanopyrrole, 3, 4-methylenedioxypyrrol, 3,
  • Derivatives such as 4-ethylenedioxypyrrole, 3,4-propylenedioxypyrrol, 3,4-dimethylpyrrole and 3,4-getylpyrrole can be mentioned.
  • Examples of the furan derivative represented by the general formula (9) as a raw material of the highly conductive polymer include 3-methylfuran, 3-ethylfuran, 3-propylfuran, 3-butylfuran, 3-pentylfuran, and 3-pentylfuran.
  • 3-methylfuran, 3-ethylfuran, 3-propylfuran, 3-butylfuran, 3-pentylfuran, and 3-pentylfuran are examples of the furan derivative represented by the general formula (9) as a raw material of the highly conductive polymer.
  • aniline derivative represented by the general formula (10) as a raw material of the highly conductive polymer examples include 2-methylaniline, 2-ethylaniline, 2-propylaniline, 2-butylaniline, 2-pentylaniline, and 2-hexylaniline. , 2_heptylaniline, 2-octylaniline, 2-nonylaniline, 2- Derivatives such as decylaniline, 2-fluoroaniline, 2-chloroaniline, 2-bromoaniline, 2-cyanoaniline and the like can be mentioned, but not limited thereto.
  • Preferred examples of the substituted phenyl group described in the general formulas (1) to (10) include a group consisting of CF 3 group, Br, C 1, F, methyl group, ethyl group, cyano group and nitro group.
  • the metal having a valve action that can be used in the solid electrolytic capacitor of the present invention is a simple metal such as aluminum, tantalum, niobium, titanium, zirconium, magnesium, silicon, or an alloy thereof. Further, any form may be used as long as it is a form of a porous formed body such as an etched product of a rolled foil or a fine powder sintered body.
  • the oxidizing agent used in the production of the conductive polymer of the present invention may be any oxidizing agent capable of sufficiently performing the oxidation reaction of the dehydrogenative four-electron oxidation reaction, is industrially inexpensive, and is handled in production. Are preferred.
  • examples of the basic compound of the organic acid anion that forms the organic acid anion iron (II) salt include organic sulfonic acid or organic carboxylic acid, organic phosphoric acid, and organic boric acid.
  • organic sulfonic acids include: Acids and P-toluenesulfonic acid, methanesulfonic acid, ethanesulfonic acid, ⁇ -sulfonaphthalene, / 3-sulfonaphthalene, naphthylenedisulfonic acid, alkylnaphthalenesulfonic acid (alkyl groups include butyl, triisopropyl, t-butyl etc.) is used.
  • organic carboxylic acid examples include acetic acid, propionic acid, benzoic acid, and oxalic acid.
  • a polymer electrolyte anion such as polyacrylic acid, polymethacrylic acid, polystyrenesulfonic acid, polyvinylsulfonic acid, polyvinylsulfonic acid, poly- ⁇ -methylsulfonic acid, polyethylenesulfonic acid, or polyphosphoric acid is also used.
  • examples of these organic sulfonic acids or organic carboxylic acids are merely examples, and the present invention is not limited thereto.
  • the counter cation of the anion is an alkali metal ion such as H +, Na + , or K +, or an ammonium ion substituted with a hydrogen atom such as a tetramethyl group, a tetraethyl group, a tetrabutyl group, or a tetraphenyl group.
  • oxidizing agents described above oxidizing agents containing trivalent Fe-based compounds, or cuprous chloride-based, alkali persulfate, ammonium persulfate, manganic acids, and quinones are particularly preferable. Can be used.
  • the concentration of the solution of the oxidizing agent having the ability to initiate polymerization may be a concentration sufficient to effect polymerization, but is preferably a high concentration, and more preferably a saturated solution or a supersaturated solution.
  • the method of using such a saturated solution or a supersaturated solution is slightly higher depending on the reaction temperature and depends on the temperature dependence of the thermal solubility of the oxidizing agent. When the dependence is small, increase the temperature difference.
  • the oxidizing agent is dissolved in a solvent such as water or alcohol under strong stirring at a temperature about several degrees to 20 ° C. higher than the polymerization temperature.
  • the reaction proceeds at the interface between the two to form a highly conductive polymer, which is separated from the reaction solution by evaporation or decantation, etc., and when washed, a macroscopic scale-like highly conductive polymer is formed.
  • the product may be sufficiently washed to obtain a highly conductive polymer of the product, or the solution of the oxidizing agent having the ability to initiate polymerization and the polymerizable monomer or It is also possible to laminate a highly conductive polymer by bringing the solution into contact with a solution containing a polymerizable monomer and carrying out this process several times.
  • the oxidizing agent solution may have a concentration sufficient to carry out the polymerization, but is preferably a high concentration, and more preferably a saturated solution or a supersaturated solution.
  • the method for preparing the saturated or supersaturated state of the oxidizing agent having a polymerization initiating ability on the derivative film is not particularly limited, but a method of introducing a high-concentration solution of the oxidizing agent directly into the pores may be used, or A low-concentration solution may be introduced in advance so that the pores can be sufficiently impregnated, and the foil pores may be saturated or supersaturated by drying such as standing or overheating.
  • the oxidizing agent anion (reduced form of the oxidizing agent) produced from the oxidizing agent serves as a dopant, so that the doping step can be omitted. It is preferable to use an electrolyte having another doping ability and use both of them.
  • an electrolyte compound having an oxidizing agent anion (reduced form of the oxidizing agent) produced from the oxidizing agent as a counter ion or another anion-based electrolyte can be exemplified.
  • polymer electrolyte anions such as polyacrylic acid, polymethacrylic acid, polystyrene sulfonic acid, polyvinyl sulfonic acid, polyvinyl sulfuric acid, poly- ⁇ -methyl sulfonic acid, polyethylene sulfonic acid, and polyphosphoric acid can be mentioned. It is not necessarily limited to these. Of these, a high molecular weight or low molecular weight organic sulfonic acid compound or polyphosphoric acid is preferable, and an aromatic sulfonic acid compound is preferably used.
  • the concentration of the polymerizable monomer represented by the general formulas (6) to (10) used in the method for producing a highly conductive polymer of the present invention depends on the type of the substituent of the compound, the type of the solvent, and the like. Alternatively it varies depending on the kind and amount of other monomers to be copolymerized, generally desirably in the range of 10 3 to 10 moles liter, also in the range of 10-2 to 5 mol / l more preferred.
  • the reaction temperature varies depending on the type of the monomer, the solvent, the oxidizing agent, and the reaction method, and is not particularly limited. However, the temperature is preferably a temperature at which a saturated state of the oxidizing agent can be maintained at the start of the polymerization. In addition, even if the solvent evaporates after the initiation of the polymerization and the solid of the oxidizing agent precipitates, if the polymerizable monomer exists in the liquid phase, the interface of the present polymerization system is maintained and the polymerization is continued. move on. Generally, the temperature is selected from a temperature range of 70 ° C to 250 ° C. Desirably, the temperature is 0 to 150 ° C, and more preferably, the temperature is 15 to 100 ° C.
  • the reaction solvent used in the production method of the present invention is a monomer or an oxidizing agent, Any solvent capable of dissolving the electrolyte having doping ability either simultaneously or individually can be used.
  • ethers such as tetrahydrofuran (THF), dioxane, and diethyl ether, or dimethylformamide diacetonitrile, benzonitrile, and N-methyl Aprotic polar solvents such as pyrrolidone (NMP) and dimethyl sulfoxide (DMSO); esters such as ethyl acetate and butyl acetate; non-aromatic chlorine solvents such as chloroform and methylene chloride; nitromethane, nitroethane, and nitrobenzene Such as nitro compounds, alcohols such as methanol, ethanol, and propanol; organic acids such as formic acid, acetic acid, and propionic acid; and acid anhydrides of the organic acids (eg, acetic anhydride); water
  • Solvent can be used . Further, the oxidizing agent and Z or the electrolyte having the doping ability and the monomer may be handled in a solvent system in which they are individually dissolved, that is, in a two-liquid system or a three-liquid system.
  • the electric conductivity of the conductive polymer produced in this manner is extremely high, and as shown in Examples and Comparative Examples, the conductive polymer is produced under stirring with a reaction system comprising an oxidizing agent having a polymerization initiation ability and a polymerizable monomer. 10 to 1000 times higher than the electric conductivity of the conductive polymer obtained by this method. It is in the range of ⁇ 200 S / cm. Under desirable conditions, a highly conductive polymer in the range of 1 to 100 S / cm, more preferably 10 to 100 SZ cm is obtained.
  • the thickness of the conductive polymer layer produced in this manner is usually 0.:!
  • a single polymerization step as a solid electrolyte layer of a solid electrolytic condenser. Since a thickness of only about 0.3 ⁇ m can be formed, a polymerizable monomer is contacted with an oxidizing agent capable of initiating polymerization to form a conductive polymer having a fibril structure, which is then washed. Possesses a fibril structure obtained by polymerization It is preferable to synthesize the solid polymer at least about three times, and practically five or more times, on the surface of the conductive polymer (on the porous valve metal).
  • the solid electrolyte layer has an unnecessarily thick thickness, so that about 20 to 25 times is usually sufficient.
  • the required thickness of the solid electrolyte layer can be ensured in about 7 to 25 times.
  • a conductive layer on the conductive polymer solid electrolyte layer thus formed in order to improve electrical contact with the cathode lead terminal.
  • plating, metal deposition, formation of a conductive resin film, and the like are performed.
  • an exterior such as a resin mold, a resin case, a metal exterior case, or resin diving
  • a solid electrolytic capacitor for various uses can be obtained.
  • a fibril-state highly conductive polymer covers the oxide film in the pores of the porous valve-acting metal foil that has been subjected to a chemical conversion treatment.
  • a fibril layered structure is formed on the inside of the cathode and on the outer surface of the metal foil, and they have a space in a part between adjacent layers, so that the thermal stress can be effectively applied to the upper and lower temperatures. It can be alleviated.
  • the conductive paste layer for connection can enter the fine pores on the outer surface, thereby ensuring good adhesion.
  • the presence of the conductive polymer in the form of fibrils in the micropores and the formation of spaces by multiple lamination processes ensure the supply of oxygen, and the formation of the dielectric oxide film during conduction. The restoration ability is improved.
  • the shape of the fibril-structured polymer formed on the dielectric film of the solid electrolytic capacitor is preferably in the range of about 3 nm to about 100 nm in outer diameter, more preferably about 5 nm to about 50 nm. Range. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
  • Example 1 the present invention will be described in detail with reference to Examples and Comparative Examples, but these do not limit the scope of the present invention.
  • Example 1 the present invention will be described in detail with reference to Examples and Comparative Examples, but these do not limit the scope of the present invention.
  • a polyimide solution was applied to a width of lmm on both sides so as to divide the surface into 4mm and 5mm parts in the middle of the 10mm surface of the etched aluminum chemical conversion foil cut to 3mmX 10mm, and dried to form a mask.
  • a 3 mm ⁇ 4 mm portion of the etched aluminum chemical conversion foil was subjected to a chemical conversion treatment with a 10% by weight aqueous solution of ammonium adipate by applying a voltage of 13 V to form a dielectric oxide film.
  • solution 1 a 3 mm ⁇ 4 mm portion of the aluminum foil was immersed in a 2 mol / L aqueous solution of ammonium persulfate (referred to as solution 1), pulled up, and dried at room temperature for 3 minutes. Subsequently, the 3 mm ⁇ 4 mm portion of this aluminum foil was immersed in an isopropanol solution of 3,4-ethylenedioxythiophene in ImolZL (hereinafter referred to as solution 2), and then pulled up. Oxidative polymerization was carried out by standing for a minute.
  • Fig. 1 shows a scanning electron micrograph (cross section of aluminum foil) of the conductive polymer layer obtained here, magnified 50,000 times.
  • Fig. 2 shows a scanning electron micrograph (cross section of aluminum foil) of a chemically treated aluminum foil magnified 50,000 times.
  • Fig. 1 shows the aluminum metal part (a), the oxidized alumina dielectric part (b), and the alumina dielectric surface in the microstructure.
  • the fibril-like conductive polymer (fibrils are seen as a network-like film in Fig. 1) deposited on the surface was clustered to form a cluster-like portion (c), and the conductive polymer film was thick. It can be seen that the length is formed approximately. From the observations in Figure 1, the approximate outer diameter of the fibrils was between 5 and 50 nm.
  • the structure of the fibril-like conductive polymer (membrane-like) portion of (c) is the same as that of “3,4-ethylenedioxythiophene” and “polymerization initiator (oxidation) described in Examples 14 and 15. It contains a structure similar to the highly conductive polymer obtained by reacting at the interface.
  • a force bomb and a silver bast are applied to the portion of the aluminum foil on which the conductive polymer layer is formed, four aluminum foils are laminated, and the cathode lead terminals are connected.
  • An anode lead terminal was connected by welding to the aluminum foil portion where the polymer layer was not formed.
  • a rated voltage was applied at 125 ° C and aging was performed for 2 hours to complete a total of 30 capacitors.
  • the capacitance and the loss factor (tan 6) at 120 Hz, the impedance at the resonance frequency, and the leakage current were measured as initial characteristics.
  • the leakage current was measured one minute after applying the rated voltage. Table 1 shows the average value of these measured values, the defective rate when the leakage current of 0.16 xA (0.002 CV) or more was regarded as defective, and the number of short-circuited products.
  • the average value of the leakage current is a value calculated excluding defective products.
  • Table 2 shows the results of the reflow test and the subsequent moisture resistance test. However, a leakage current value of 3.2 A (0.04 CV) or more in the moisture resistance test was regarded as defective.
  • the reflow test also called solder heat resistance test
  • the reflow test was evaluated by the following method. That is, 30 capacitor elements are prepared, the elements are passed at a temperature of 230 ° C for 30 seconds, and the leakage current one minute after the application of the rated voltage is measured, and the measured value is 0.04 CV (A ) The above elements were regarded as defective. Also, moisture resistant The test was performed by leaving the apparatus under high temperature and high humidity of 85 ° C. and 85% RH for 500 hours.
  • Example 2 Example 2:
  • Example 1 ferric sulfate was substituted for ammonium persulfate, dihydroisothianaphthene was substituted for 3,4-ethylenedioxythiophene, and the polymerization temperature was changed to 60 ° C. Then, 30 capacitors were completed in the same manner as in Example 1. The characteristics of these capacitor elements were evaluated in the same manner as in Example 1. The results are shown in Tables 1 and 2.
  • Example 3
  • Example 1 30 capacitor elements were completed in the same manner as in Example 1 except that pyrrole was used instead of 3,4-ethylenedioxythiophene. The characteristics of these capacitor elements were evaluated in the same manner as in Example 1. The results are shown in Tables 1 and 2.
  • Example 4 Example 4:
  • Example 1 30 capacitor elements were completed in the same manner as in Example 1 except that aniline was used instead of 3,4-ethylenedioxythiophene. Tables 1 and 2 show the results of evaluating the characteristics of these capacitor elements in the same manner as in Example 1.
  • Example 5
  • Example 6 In the same manner as in Example 1, except that anthraquinone-2-sulfonic acid sodium was added as a compound having a doping ability to 2 mo 1 ZL ammonium persulfate aqueous solution in Example 1 so that the concentration became 0.07 mol 1 ZL. Thus, 30 capacitor elements were completed. The characteristics of these capacitor elements were the same as in Example 1. Tables 1 and 2 show the results of the evaluation.
  • Example 6
  • Example 1 30 capacitor elements were completed in the same manner as in Example 1 except that the concentration of 3,4-ethylenedioxythiophene in isopropanol solution was changed to 5 mol 1 ZL. Tables 1 and 2 show the evaluation results of these capacitor elements in the same manner as in Example 1.
  • Example 7
  • Example 5 30 pieces of sodium 6-methoxynaphthalenesulfonate of 0.07mo1ZL were used instead of 0.07mo1ZL of sodium anthraquinone-2-sulfonate in the same manner as in Example 1 except that 30 The capacitor element was completed. Tables 1 and 2 show the results of evaluating the characteristics of these capacitor elements in the same manner as in Example 1.
  • Example 9
  • Example 10 In Example 1, 30 capacitor elements were completed in the same manner as in Example 1, except that the aqueous solution of ammonium persulfate was changed to O.Olmoi / L. Tables 1 and 2 show the results of evaluating the characteristics of these capacitor elements in the same manner as in Example 1.
  • Example 10
  • Example 1 30 capacitor elements were completed in the same manner as in Example 1 except that the aqueous solution of ammonium persulfate was changed to 4 mol / L. Tables 1 and 2 show the results of evaluating the characteristics of these core elements in the same manner as in Example 1.
  • Example 11
  • Example 12 In Example 1, 30 capacitors were completed in the same manner as in Example 1, except that the operation from immersion in the solution 1 to oxidative polymerization was repeated twice. Tables 1 and 2 show the results of evaluating the characteristics of these capacitor elements in the same manner as in Example 1.
  • Example 12
  • Example 1 3,4-ethylenedioxythiophene was replaced with furan, and 2 mo1 / L of ammonium persulfate was replaced by l.4mo1ZL of iron paratoluenesulfonate ( ⁇ ) ⁇ 6 hydrate Except that the capacitor was replaced, 30 capacitor elements were completed in the same manner as in Example 1. The characteristics of these capacitor elements were evaluated in the same manner as in Example 1. The results are shown in Tables 1 and 2. When the obtained conductive polymer layer was observed with a scanning electron microscope photograph under the same conditions as in Example 1, a morphology similar to that of FIG. 1 was observed. Comparative Example 1:
  • Example 1 48.7 0. 7 12 0.03 0/30 0
  • Example 2 47.9 0. 9 14 0.05 0/30 0
  • Example 3 48.6.0.8 13 0.06 0/30 0
  • Example 4 48.3 0.87 17 0.07 0/30 0
  • Example 5 48.1 0.99 13 0.09 0/30 0
  • Example 6 48.8.10 11 0.07 0 / 30 0
  • Example 7 47.6.1 1.18 0.07 0/30 0
  • Example 8 48.2 0.9 16 0.08 0/30 0
  • Example 10 48.3 0.9.14 0.10 0/30 0
  • Example 11 47.8 1.3 24 0.13 0/30 0
  • Example 12 48.2 0.9 18 0.06 0/30 0
  • Example 1 0/30 0 0.49 0/30 0
  • Example 2 0/30 0 0.54 0/30 0
  • Example 3 0/30 0 0.59 0/30 0
  • Example 4 0/30 0 0.57 0/30 0
  • Example 5 0/30 0 0.61 0/30 0
  • Example 6 0/30 0 0.61 0/30 0
  • Example 7 0/30 0 0.55 0/30 0
  • Example 8 0/30 0 0.56 0/30 0
  • Example 9 0 / 30 0 0.42 0/30 0
  • Example 10 0/30 0 0.68 0/30 0
  • Example 11 0/30 0 0.69 0/30 0
  • Example 12 0/30 0 0.60 0/30 0
  • aqueous solution of ferric chloride was prepared by adding 8 ml of water. To this, 1.68 g (0.02 mol 1) of thiophene as a polymerizable monomer was gently poured. Thiophene became the upper layer of the aqueous solution, creating an interface between them. The sample tube was immersed in a warm bath at 40 ° C to initiate polymerization. After 2 hours, heating was stopped, the sample tube was taken out, and the polymer was taken out by filtration. To this solid, 10 Oml of water was added, and the mixture was stirred for 1 hour and then filtered to dissolve and remove excess ferric chloride. Then, 100 ml of acetone was added, and the mixture was stirred for 1 hour and filtered.
  • the soluble low polymer was removed and purified. Vacuum dried overnight at room temperature. The obtained polymer was molded under vacuum while continuously applying a pressure of 10 tons (t) for 3 minutes to produce a pellet having a radius of lcm. The surface resistance of this pellet was measured using Loresta IP MCP-250 (manufactured by Mitsubishi Yuka) and the electrical conductivity was calculated to be 16 S / cm.
  • Comparative Example 2 To a 100 ml round bottom flask containing a stirrer, 6.49 g (0.04 mo 1) of ferric chloride was taken, and 16 ml of water was added to completely dissolve the solution, followed by immersion in a warm bath at 40 ° C. 1.68 g (0.02 mol) of thiophene as a polymerizable monomer was heated to 30 ° C., dissolved in 24 ml of isopropanol, introduced into the reaction system, and stirred. During the polymerization reaction, stirring was always maintained. After 2 hours, heating was stopped, the sample tube was taken out, and the polymer was taken out by filtration.
  • Example 14 The purified polymer was then vacuum dried overnight at room temperature. The obtained polymer was in the form of fine powder. This polymer was molded under vacuum while applying a pressure of 10 t for 3 minutes to produce a pellet having a radius of 1 cm. The surface resistance of the pellet was measured using Loresta IP MCP-250 (manufactured by Mitsubishi Yuka), and the electrical conductivity was calculated to be 0.0054 S / cm.
  • Example 14 The surface resistance of the pellet was measured using Loresta IP MCP-250 (manufactured by Mitsubishi Yuka), and the electrical conductivity was calculated to be 0.0054 S / cm.
  • FIG. 3 shows a 5,100-fold SEM photograph of the obtained purified polymer.
  • Fig. 4 shows a SEM photograph of the fibril structure shown in Fig. 3 magnified 50,000 times.
  • Figure 4 clearly shows the fibril structure. From the observation in FIG. 4, the approximate outer diameter of the fiber was 10 to 60 nm.
  • a polymer was prepared according to Comparative Example 2 except that 2.87 g (0.02 mol) of 3,4-ethylenedioxythiophene was used as a polymerizable monomer and 6.85 g (0.03 mol) of ammonium persulfate was used as a polymerization oxidizing agent. did.
  • FIG. 5 shows a SEM photograph of the obtained purified polymer magnified 50,000 times, but no fibril structure was observed.
  • Example 15 the purified polymer was vacuum-dried at room temperature all day and night, and the obtained polymer was molded under vacuum while continuously applying a pressure of 10 t for 3 minutes to produce a pellet having a radius of lcm.
  • the surface resistance of this pellet was measured using Loresta IP MCP-250 (manufactured by Mitsubishi Yuka) and the electrical conductivity was calculated to be 0.064 S / cm.
  • Figure 6 shows a 2,000-fold SEM photograph of the obtained purified polymer.
  • Fig. 7 shows an enlarged SEM photograph of the fibril structure shown in Fig. 6 at 20,000 times magnification. The fibril structure is clearly shown.
  • Example 16 the purified polymer was vacuum-dried at room temperature all day and night, and the polymer obtained after the drying was molded under vacuum at a pressure of 10 t for 3 minutes to form a pellet having a radius of 1 cm.
  • the surface resistivity of this pellet was measured using Loresta IP MCP-250 (manufactured by Mitsubishi Yuka) and the electrical conductivity was calculated to be 21 S / cm.
  • Example 16
  • the obtained purified polymer was magnified 50,000 times with a scanning electron microscope (SEM). The photograph is shown in FIG. The fibril structure is clearly shown. From the observation in FIG. 8, the approximate outer diameter of the fibrils was 10 to 50 nm.
  • a polymer was prepared in accordance with Comparative Example 2 except that 1.86 g (0.014 mol) of 1,3-dihydroisothianaphthene was used as a polymerizable monomer and the polymerization time was changed to 2 hours.
  • the polymer obtained after drying was molded under vacuum while applying a pressure of 10 t for 3 minutes to produce a pellet having a radius of 1 cm.
  • the surface resistance of the pellet was measured using Loresta IP MCP-250 (manufactured by Mitsubishi Yuka), and the electrical conductivity was calculated to be 0.0033 SZcm.
  • Figure 9 shows a 50,000-fold SEM photograph of the obtained polymer. It did not show a fibril structure.
  • Example 17
  • a polymer was prepared according to Comparative Example 3 except that 1.86 g (0.02 mol 1) of aniline was used as the polymerizable monomer.
  • the polymer obtained after drying was molded under vacuum under a pressure of 10 t for 3 minutes to produce a pellet having a radius of 1 cm.
  • the surface resistance of this pellet was measured using Loresta IP MCP-250 (manufactured by Mitsubishi Yuka) and the electrical conductivity was calculated to be 0.0024 S Z cm.
  • Example 18 Example 18:
  • Example 20 The polymer was dried in a vacuum at room temperature for 24 hours, and the polymer obtained after the drying was molded under vacuum while applying a pressure of 10 t for 3 minutes to form a pellet having a radius of 1 cm.
  • the surface resistivity of this pellet was measured using Loresta IP MCP-250 (manufactured by Mitsubishi Yuka) and the electrical conductivity was calculated to be 29 S / cm.
  • Example 20 The surface resistivity of this pellet was measured using Loresta IP MCP-250 (manufactured by Mitsubishi Yuka) and the electrical conductivity was calculated to be 29 S / cm.
  • Example 21 When the obtained conductive polymer layer was observed with a scanning electron microscope photograph under the same conditions as in Example 14, a fibril shape similar to that of FIGS. 3 and 4 was observed.
  • Example 21
  • the polymerizable monomer represented by any one of the general formulas (6) to (10) alone or together with an electrolyte having a doping ability and an oxidizing agent having a polymerization initiation ability is contained. It has a fibril structure, is excellent in anisotropy, and has excellent film properties by a simple chemical oxidative polymerization technique in which it is brought into contact with a solution to be formed and polymerized at the interface formed.
  • a highly conductive film polymer composition containing the repeating unit is obtained.
  • Such a highly conductive polymer composition can be used as a highly conductive solid electrolyte in various industrial applications such as a solid electrolytic capacitor, and as a conductive material, such as an antistatic material and a radio wave absorbing material.
  • a solid electrolytic capacitor using a conductive polymer as a solid electrolyte having the fibril structure, excellent anisotropy, and excellent film properties represented by general formulas (1) to (5).
  • the present invention provides a solid electrolyte layer having an excellent film repairing ability at the time of conduction by covering with a film-like solid electrolyte having highly conductive fibrils so that a space portion remains in the fine pores of the anode. Can be obtained.
  • An electrolytic capacitor element can be provided.

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Description

明細 導電性重合体、 固体電解コンデンサ及びそれらの製造方法 本出願は米国特許仮出願第 60/129,044号 (出願日: 1999年 4月 1 3日) 及び米国特許仮出願第 60/129,045号 (出願日: 1999年 4月 1 3日) の出願 の利益を主張する。 技術分野
本発明は、 導電性重合体、 その重合体を搭載した固体電解コンデンサ及び それらの製造方法に関する。 さらに詳しくは、 小型、 高容量、 低インピーダ ンス、 耐湿負荷特性が良好で、 かつ耐熱性に優れた固体電解コンデンサ、 そ の製造方法、 そのコンデンサに使用する新規なフィブリル構造を有する高導 電性重合体、 及びその高導電性重合体の製造方法に関する。 背景技術
固体電解コンデンサは、 一般にエッチング処理された比表面積の大きな金 属箔からなる陽極基体上に誘電体の酸化皮膜層が形成され、 この外側に対向 する電極として固体の半導電体層 (以下、 固体電解質と略する。 ) が形成さ れ、 そして望ましくはさらにその外面に導電ペーストなどの導電体層が形成 され、 リード線が接続された素子である。 実際の素子は全体がエポキシ樹脂 等で完全に封止されて、 コンデンサ部品として幅広く電気製品に使用されて いる。
近年、 電気機器のデジタル化、 パーソナルコンピュータの高速化などの要 望に応えるべく、 これらに使用されるコンデンサに対しても小型で大容量、 高周波領域において低インピ一ダンスであるなどの特性が要求されている。 小型で大容量のコンデンサとしては、 アルミ電解コンデンサゃタンタル電 解コンデンサ等の固体電解コンデンサがある。 しかし、 アルミ電解コンデン サでは電解液としてイオン伝導性の液状電解質を用いているため、 高周波領 域でのインピーダンスが高く、 また温度特性も悪いという問題点を有してい た。 一方、 タンタル電解コンデンサではマンガン酸化物を電解質として用い ているが、 このマンガン酸化物の比抵抗が比較的高いことから高周波領域で のインピーダンスが高いという問題点を有していた。
そこで、 これらの要求に応えるものとして、 電子伝導性を有する導電性高 分子を固体電解質として用いることが提案されており、 π共役系高分子を含 む導電性有機物系のポリア二リン (特開昭 61-239617号公報) 、 ポリピロ一 ル (特開昭 61-240625号公報) 、 ポリチォフェン誘導体 (特開平 2-15611号 公報 (米国特許 4901645号) ) 、 ド一パントを含まないポリイソチアナフテ ン (特開昭 62-118509号公報) 、 ド一プ状態のポリイソチアナフテン (特開 昭 62-118511 号公報) 、 導電率が 1 0— 3〜 1 0 3 S / c mの範囲である真性 導電性高分子 (特開平 1-169914号公報 (米国特許第 4803596号) ) 等の使 用が提案されている。
すなわち、 一般的にァニリン、 ピロ一ル、 チォフェン等の重合体に代表さ れる共役二重結合を有する高分子は特異な導電性を有するために様々な研 究 ·開発が行なわれ、 中でも導電性高分子が有する π電子共役系の特異的な 電子 ·磁気 ·光学特性に注目がなされてきた。 これらの導電性高分子は、 主 として電解重合法及び化学酸化重合法により製造されている。
しかし、 従来の製造方法では、 電極表面で行なわれる酸化還元反応により 得られた低分子量重合体と電極表面との接着性が悪いと、 低分子量体が電解 質溶液中に溶解あるいは堆積することになる。 また大面積の物品を得ようと した場合にはそれに応じた大きさの電極などが必要なため、 製造コストに重 犬な問題を有している。 一方、 化学酸化重合法を利用した場合には、 重合性単量体と適切な酸化剤 を混合することにより容易に導電性高分子を得ることができ、 このため工業 的にもその簡便な重合方法が注目され、 研究開発がなされてきた。
しかし、 化学酸化重合法の大きな問題点は、 重合速度が酸化剤の活性に比 例するために活性の高い酸化剤が要求されることである。 すなわち、 活性の 高い酸化剤を用いて重合を行なう場合、 望ましくない副反応が起こりやすぐ 構造規則性が低下した導電性の低い重合体しか得られないということである。 この原因として、 生成した共役二重結合を有する導電性重合体が、 長時間反 応系内に留まるため、 反応系の余分な酸化剤等の影響で、 共役二重結合を有 するポリマ一骨格が部分的に破壊されて、 結果として導電性が低下するもの と考えられる。
さらには電解重合または化学酸化重合で得られる導電性高分子は一般的に は不溶不融であり、 特に後加工が極めて困難であるという操作上の問題点が ある。 そこでこれらの問題点を解決するために様々な取り組みがなされてき た。
例えば、 特開平 7-130579号公報 (米国特許第 5567209号) には、 弁作用 金属上に酸化皮膜を形成しこれを誘電体層とし、 その誘電体層上に導電性高 分子層を形成してこれを固体電解質とする固体電解コンデンサの製造方法に おいて、 前記酸化皮膜の表面にモノマ一化合物溶液を塗布し、 これを乾燥さ せて固体状モノマー化合物を形成させた後、 前記固体状モノマー化合物に酸 化剤溶液を接触させて導電性高分子層を形成して、 容量出現率が高く、 高周 波特性の良好な固体電解コンデンサを得るという技術が開示されている。 特開平 6-340754号公報には、 絶縁性の基材に多環式芳香族ァミン化合物 を付着又は含浸させた後、 酸化剤を含有する溶液に接触させて多環式芳香族 ァミン化合物を基材内部又は表面で酸化重合させるという技術が開示されて いる。 また、 導電性高分子の固体電解コンデンサへの応用として、 化成皮膜を形 成した陽極部材を備えるコンデンサ素子に、 陰極電解質としての導電性ポリ マ一を含浸した固体電解コンデンザの製造方法において、 前記コンデンサ素 子を、 酸化重合により導電性ポリマ一となるモノマーに酸化剤を溶解した溶 液に浸漬することにより、 該コンデンサ素子内に導電性ポリマ一層を形成し、 小型大容量のコンデンサとするという技術が特開平 10-50558 号公報に開示 されている。
さらに、 導電性高分子の固体電解コンデンサへの応用として、 コンデンサ 素子を酸化剤の溶液に浸漬した後、 溶媒成分を蒸発させることにより、 該コ ンデンサ素子内に酸化物を析出させた後、 該コンデンサ素子を酸化重合によ り導電性ポリマ一となるモノマーを含む溶液に浸漬して前記酸化剤を前記モ ノマ一に作用させることによって、 高温負荷特性の向上が図る技術が特開平 10-50559号公報に開示されている。
さらに特開平 9-289141 号公報 (E P A803885号) には、 固体電解コンデ ンサの製造方法において、 溶解温度以上の温度に保持されたモノマ一塩溶液 に電極多孔質体を浸潰し、 これを冷却してその表面にモノマー塩を析出させ、 該多孔質体を酸化剤を含む溶液に浸漬する固体コンデンサの製造方法が提案 されている。
誘電体皮膜上に形成される固体電解質としては、 基本的には電気伝導度を 充分高く改良できる等の期待がある導電性金属酸化物や導電性高分子等が注 目されているが、 電気伝導度が適正範囲より高すぎると漏れ電流値が大きく 上昇しその結果ショートに至り、 また電気伝導度が低いと、 周波数特性が悪 くなり、 容量低下が大きくなるという問題があり、 電気伝導度の適正範囲の 制御並びに固体電解質の熱的安定性等が開発課題となっている。
ポリピロ一ル等の導電性高分子を用いた従来のコンデンサでは、 耐湿負荷 によってコンデンサ特性が大きく変動するという問題点がある。 また関連し て、 耐熱性への要求が大きく、 例えばコンデンサ素子からコンデンサ部品に 成形する際のハンダ耐熱性 (リフロー性) も重要視され、 耐熱性の高いコン デンサ素子が求められている。 すなわち、 従来技術では酸化皮膜上で産生さ れる固体電解質及びその製造方法に問題点を有している。
具体的には、 上記特開平 7-130579号公報 (米国特許第 5567209号) の技 術は、 モノマー化合物溶液を乾燥して固体状モノマ一としているが、 重合体 組成物の重合度が大きくなるにつれ、 モノマ一相が固体であるためにモノマ ―の拡散が抑制され、 重合速度を低下させてしまう可能性が危惧される。 特開平 6-340754 号公報の技術は、 絶縁体上への透明な導電性薄膜の製造 方法に関するものであり、 積極的に界面での重合によるフィブリル構造を有 する高導電性の高分子の形態や性能には言及していない。
特開平 10-50558 号公報の技術は、 化成皮膜上へ導電性高分子薄膜を形成 させる技術ではあるが、 酸化重合により導電性ポリマ一となるモノマ一に酸 化剤を直接溶解しているため、 調製したモノマー溶液中でも使用前及び使用 中に酸化重合が進んでポリマ一化してしまい、 均一なモノマー溶液を常時維 持するのが困難であり、 安定した性能を発揮できない不安定な生産方法と言 える。
特開平 10-50559 号公報の技術は、 酸化剤を溶液として細孔内に導入し、 後に溶媒を蒸発させて酸化剤の結晶を析出させてからの酸化重合となるが、 プロセス的に見ると化成処理した金属箔細孔内に酸化剤を析出させる工程が 不可欠であり、 酸化剤固体とモノマ一との接触面積が非常に小さいことから、 重合反応が遅く非効率な方法であり、 工業的に生産に不向と言わざるを得な い。
さらに特開平 9-289141号公報 (E P A803885号) の技術は、 重合性単量 体が固体であり、 上記の特開平 10-50559号公報の技術と同じ問題がある。 発明の開示
本発明の課題は、 固体電解コンデンサ素子の固体電解質として好ましく用 いられる、 共役二重結合 (7T電子共役系) を有する高導電性重合体を提供す ることにある。
本発明の他の課題は、 酸化重合法により同一の化学組成を有しながら、 よ り高導電性となる共役二重結合 (7T電子共役系) を有する前記の新規な重合 体の製造方法を提供することにある。
更に本発明の課題は、 前記高導電性重合体を固体電解質に用いた、 初期特 性のみならず、 高温、 高湿下における耐久性などの長期信頼性にも優れた固 体電解コンデンサ及びその製造方法を提供することにある。
本発明者らは、 上記課題に鑑み鋭意検討した結果、 重合性単量体単独ある いは重合性単量体とドーピング能を有する電解質とを溶解した溶液と、 重合 開始能を有する酸化剤の溶液とを界面でゆつくり接触させて重合させること により、 鱗片状のフィプリル構造を有する高導電性重合体を得ることができ ること、 またこの重合方式を誘電体皮膜上で実施させることにより、 得られ るフイブリル構造を有する膜状組成物を固体電解質として用いることにより、 初期特性 (損失係数、 漏れ電流、 耐熱性、 高周波領域での等価直列抵抗およ び低インピーダンスなど) 、 長期信頼性 (高温、 高湿下における耐久性な ど) に優れたコンデンサが得られることを見い出し、 本発明を完成させるに 至った。
すなわち、 本発明は、 以下の固体電解コンデンサ、 その製造方法、 導電性 重合体及びその製造方法に関する。
[ 1 ] 多孔質で弁作用を有する金属の誘電体皮膜上に、 フィブリル構造を 有する重合体からなる固体電解質層を形成した固体電解コンデンサ。
[ 2 ] 前記重合体が、 下記一般式 (1 )
Figure imgf000009_0001
(式中、 R1及び R2は、 それぞれ独立して水素原子、 炭素数 1〜10の直鎖 状もしくは分岐状の飽和もしくは不飽和のアルキル基、 アルコキシ基あるい はアルキルエステル基、 またはハロゲン原子、 ニトロ基、 シァノ基、 1級、 2級もしくは 3級ァミノ基、 CF3基、 フエニル基及び置換フエニル基から なる群から選ばれる一価基を表わす。 また、 R1及び R 2の炭化水素鎖は互い に任意の位置で結合して、 かかる基により置換を受けている炭素原子と共に 3〜 7員環の飽和または不飽和炭化水素の環状構造を形成する二価鎖を形成 してもよい。 前記環状結合鎖には力ルポニル、 エーテル、 エステル、 アミド、 スルフイ ド、 スルフィエル、 スルホニル、 ィミノの結合を任意の位置に含ん でもよい。 また δは 0〜1の範囲である。 Ζは陰イオンを表わし、 jは Ζの 価数を表わし、 1または 2である。 )
で示されるチォフエン骨格構造を繰り返し単位として含むフィプリル構造を 有する導電性重合体である前項 1に記載の固体電解コンデンサ。
[3] 前記重合体が、 下記一般式 (2)
(2)
Figure imgf000009_0002
(式中、 R3、 R4、 R5、 R6、 R7及び R8は、 それぞれ独立して水素原子、 炭素数 1〜 1 0の直鎖状もしくは分岐状の飽和もしくは不飽和のアルキル基、 アルコキシ基あるいはアルキルエステル基、 またはハロゲン原子、 ニトロ基、 シァノ基、 1級、 2級もしくは 3級ァミノ基、 CF3基、 フエニル基及び置 換フエ二ル基からなる群から選ばれる一価基を表わす。 また、 R3、 R R5、 R6、 R7または R8の炭化水素鎖は互いに任意の位置で結合して、 か かる基により置換を受けている炭素原子と共に少なくとも 1つ以上の 3〜 7 員環の飽和または不飽和炭化水素の環状構造を形成する二価鎖を形成しても よい。 前記環状結合鎖には力ルポニル、 エーテル、 エステル、 アミド、 スル フイ ド、 スルフィエル、 スルホニル、 ィミノの結合を任意の位置に含んでも よい。 kはチォフェン環と置換基 R 3乃至 R 6を有するベンゼン環に囲まれた 縮合環の数を表わし、 0または 1〜3の整数である。 式中の縮合環には窒素 または N—ォキシドを任意の数含んでもよいが、 その数だけ置換基 R3乃至 R8は減少することになる。 δは 0〜 1の範囲である。 Ζは陰イオンを表わ し、 jは Ζの価数を表わし、 1または 2である。 )
で示される縮合多環式骨格構造を繰り返し単位として含むフィブリル構造を 有する導電性重合体である前項 1に記載の固体電解コンデンサ。
[4] 前記重合体が、 下記一般式 (3)
Figure imgf000010_0001
(式中、 R9及び R1 Qは、 それぞれ独立して水素原子、 炭素数 1〜 1 0の直 鎖状もしくは分岐状の飽和もしくは不飽和のアルキル基、 アルコキシ基ある いはアルキルエステル基、 またはハロゲン原子、 ニトロ基、 シァノ基、 1級、 2級もしくは 3級ァミノ基、 C F 3基、 フエニル基及び置換フエニル基から なる群から選ばれる一価基を表わす。 R 9及び R 1 0の炭化水素鎖は互いに任 意の位置で結合して、 かかる基により置換を受けている炭素原子と共に少な くとも 1つ以上の 3〜 7員環の飽和または不飽和炭化水素の環状構造を形成 する二価鎖を形成してもよい。 前記環状結合鎖には、 カルボニル、 エーテル、 エステル、 アミド、 スルフイ ド、 スルフィニル、 スルホニル、 ィミノの結合 を任意の位置に含んでもよい。 δは 0〜1の範囲である。 Ζは陰イオンを表 わし、 jは Ζの価数を表わし、 1または 2である。 )
で示されるピロ一ル骨格構造を繰り返し単位として含むフィブリル構造を有 する導電性重合体である前項 1に記載の固体電解コンデンサ。
[ 5 ] 前記重合体が、 下記一般式 (4 )
Figure imgf000011_0001
(式中、 置換基 R 1 1及び R 1 2は、 それぞれ独立して水素原子、 炭素数 1〜 1 0の直鎖状もしくは分岐状の飽和もしくは不飽和のアルキル基、 アルコキ シ基あるいはアルキルエステル基、 またはハロゲン原子、 ニトロ基、 シァノ 基、 1級、 2級もしくは 3級ァミノ基、 C F 3基、 フエニル基及び置換フエ ニル基からなる群から選ばれる一価基を表わす。 R 1 1及び R 1 2の炭化水素 鎖は互いに任意の位置で結合して、 かかる基により置換を受けている炭素原 子と共に少なくとも 1つ以上の 3〜 7員環の飽和または不飽和炭化水素の環 状構造を形成する二価鎖を形成してもよい。 前記環状結合鎖には、 力ルポ二 ル、 ェ一テル、 エステル、 アミド、 スルフイド、 スルフィエル、 スルホニル、 ィミノの結合を任意の位置に含んでもよい。 δは 0〜1の範囲である。 Ζは 陰イオンを表わし、 jは Zの価数を表わし、 1または 2である。 ) で示され るフラン骨格構造を繰り返し単位として含むフイブリル構造を有する導電性 重合体である前項 1に記載の固体電解コンデンサ。
[6] 前記重合体が、 下記一般式 (5)
Figure imgf000012_0001
(式中、 置換基 R13、 R14、 R15及び R16は、 それぞれ独立して水素原子、 炭素数 1〜 1 0の直鎖状もしくは分岐状の飽和もしくは不飽和のアルキル基、 アルコキシ基あるいはアルキルエステル基、 またはハロゲン原子、 ニトロ基、 シァノ基、 1級、 2級もしくは 3級ァミノ基、 CF3基、 フエニル基及び置 換フエ二ル基からなる群から選ばれる一価基を表わす。 R13、 R14、 R15 または R 16の炭化水素鎖は互いに任意の位置で結合して、 かかる基により置 換を受けている炭素原子と共に少なくとも 1つ以上の 3乃至 7員環の飽和ま たは不飽和炭化水素の環状構造を形成する二価鎖を少なくとも 1つ以上形成 してもよい。 前記結合鎖には、 力ルポニル、 エーテル、 エステル、 アミド、 スルフイ ド、 スルフィニル、 スルホニル、 ィミノの結合を任意の位置に含ん でもよい。 δは 0〜 1の範囲である。 ζは陰イオンを表わし、 jは ζの価数 を表わし、 1または 2である。 )
で示されるァニリン骨格構造を繰り返し単位として含むフィプリル構造を有 する導電性重合体である前項 1に記載の固体電解コンデンサ。
[7] 前記重合体の固体電解質層の導電性が、 0.1〜 2 0 0 SZcmであ る前項 2乃至 6のいずれかの項に記載の固体電解コンデンサ。 [ 8 ] 多孔質で弁作用を有する金属の誘電体皮膜上に重合体からなる固体 電解質層を設ける固体電解コンデンザの製造方法において、
前記誘電体皮膜上で、 重合性単量体と飽和または過飽和状態を維持した重 合開始能を有する酸化剤の単独溶液または前記酸化剤とドーピング能を有す る電解質の混合溶液とを接触させて、 前記誘電体皮膜上にフィブリル構造を 有する重合体の膜状組成物を形成する工程を含むことを特徴とするフィプリ ル構造を有する重合体からなる固体電解質層を形成した固体電解コンデンサ の製造方法。
[ 9 ] 多孔質で弁作用を有する金属の誘電体皮膜上に重合体からなる固体 電解質層を設ける固体電解コンデンサの製造方法において、
前記誘電体皮膜上で、 重合性単量体溶液あるいは重合性単量体とドーピン グ能を有する電解質とを溶解した溶液と、 飽和または過飽和状態を維持した 重合開始能を有する酸化剤の単独溶液または前記酸化剤とドーピング能を有 する電解質の混合溶液を接触させて、 前記誘電体皮膜上にフィブリル構造を 有する重合体の膜状組成物を形成する工程を含むことを特徴とするフィプリ ル構造を有する重合体からなる固体電解質層を形成した固体電解コンデンサ の製造方法。
[ 1 0 ] 前記誘電体皮膜上で、 下記一般式 ( 6 )
Figure imgf000013_0001
(式中、 置換基 R 1及び R 2は、 それぞれ独立して水素原子、 炭素数 1〜1 0 の直鎖状もしくは分岐状の飽和もしくは不飽和のアルキル基、 アルコキシ基 あるいはアルキルエステル基、 または八ロゲン原子、 ニトロ基、 シァノ基、 1級、 2級もしくは 3級ァミノ基、 トリハロメチル基、 フエニル基及び置換 フエニル基からなる群から選ばれる一価基を表わす。 R1及び R 2の炭化水素 鎖は互いに任意の位置で結合して、 かかる基により置換を受けている炭素原 子と共に 3〜 7員環の飽和または不飽和炭化水素の環状構造を形成する二価 鎖を形成してもよい。 前記環状結合鎖にはカルボニル、 エーテル、 エステル、 アミド、 スルフイ ド、 スルフィニル、 スルホニル、 ィミノの結合を任意の位 置に含んでもよい。 )
で示される重合性単量体と、 重合開始能を有する酸化剤を含有する溶液とを 接触させて前記誘電体皮膜上にフイブリル構造を有する重合体の膜状組成物 を形成する前項 8または 9に記載の固体電解コンデンザの製造方法。
[1 1] 前記誘電体皮膜上で、 下記一般式 ( 7 )
Figure imgf000014_0001
(式中、 置換基 R3、 R4、 R5、 R6、 R7及び R8は、 それぞれ独立して水 素原子、 炭素数 1〜10の直鎖状もしくは分岐状の飽和もしくは不飽和のァ ルキル基、 アルコキシ基あるいはアルキルエステル基、 またはハロゲン原子、 ニトロ基、 シァノ基、 1級、 2級もしくは 3級ァミノ基、 CF3基、 フエ二 ル基及び置換フエニル基からなる群から選ばれる一価基を表わす。 また、 R3、 R4、 R5、 R6、 R7または R8の炭化水素鎖は互いに任意の位置で結 合して、 かかる基により置換を受けている炭素原子と共に少なくとも 1っ以 上の 3〜 7員環の飽和または不飽和炭化水素の環状構造を形成する二価鎖を 形成してもよい。 前記環状結合鎖にはカルボニル、 ェ一テル、 エステル、 ァ ミド、 スルフイド、 スルフィニル、 スルホニル、 ィミノの結合を任意の位置 に含んでもよい。 kはチォフェン環と置換基 R 3乃至 R 6を有するベンゼン環 に囲まれた縮合環の数を表わし、 0または 1〜3の整数である。 式中の縮合 環には窒素または N—才キシドを任意の数含んでもよいが、 その数だけ置換 基 R 3乃至 R 8は減少することになる。 ) で示される重合性単量体と、 重合開 始能を有する酸化剤を含有する溶液とを接触させて前記誘電体皮膜上にフィ ブリル構造を有する重合体の膜状組成物を形成する前項 8または 9に記載の 固体電解コンデンザの製造方法。
[ 1 2 ] 前記誘電体皮膜上で、 下記一般式 ( 8 )
Figure imgf000015_0001
(式中、 R 9及び R 1 Dは、 それぞれ独立して水素原子、 炭素数 1〜1 0の直 鎖状もしくは分岐状の飽和もしくは不飽和のアルキル基、 アルコキシ基ある いはアルキルエステル基、 またはハロゲン原子、 ニトロ基、 シァノ基、 1級、 2級もしくは 3級ァミノ基、 C F 3基、 フエニル基及び置換フエニル基から なる群から選ばれる一価基を表わす。 R 9及び R 1 Gの炭化水素鎖は互いに任 意の位置で結合して、 かかる基により置換を受けている炭素原子と共に少な くとも 1つ以上の 3〜 7員環の飽和または不飽和炭化水素の環状構造を形成 する二価鎖を形成してもよい。 前記環状結合鎖には、 カルボニル、 エーテル、 エステル、 アミド、 スルフイ ド、 スルフィニル、 スルホニル、 ィミノの結合 を任意の位置に含んでもよい。 )
で示される重合性単量体と、 重合開始能を有する酸化剤を含有する溶液とを 接触させて前記誘電体皮膜上にフィブリル構造を有する重合体の膜状組成物 を形成する前項 8または 9に記載の固体電解コンデンザの製造方法。
[13] 前記誘電体皮膜上で、 下記一般式 ( 9 )
Figure imgf000016_0001
(式中、 置換基 R11及び R12は、 それぞれ独立して水素原子、 炭素数 1〜 10の直鎖状もしくは分岐状の飽和もしくは不飽和のアルキル基、 アルコキ シ基あるいはアルキルエステル基、 またはハロゲン原子、 ニトロ基、 シァノ 基、 1級、 2級もしくは 3級ァミノ基、 CF3基、 フエニル基及び置換フエ ニル基からなる群から選ばれる一価基を表わす。 R 11及び R 12の炭化水素 鎖は互いに任意の位置で結合して、 かかる基により置換を受けている炭素原 子と共に少なくとも 1つ以上の 3〜 7員環の飽和または不飽和炭化水素の環 状構造を形成する二価鎖を形成してもよい。 前記環状結合鎖には、 力ルポ二 ル、 エーテル、 エステル、 アミド、 スルフイ ド、 スルフィエル、 スルホニル、 ィミノの結合を任意の位置に含んでもよい。 )
で示される重合性単量体と、 重合開始能を有する酸化剤を含有する溶液とを 接触させて前記誘電体皮膜上にフィブリル構造を有する重合体の膜状組成物 を形成する前項 8または 9に記載の固体電解コンデンサの製造方法。
[14] 前記誘電体皮膜上で、 下記一般式 (10)
Figure imgf000016_0002
(式中、 置換基 R13、 R14、 R15及び R16は、 それぞれ独立して水素原子、 炭素数 1〜 10の直鎖状もしくは分岐状の飽和もしくは不飽和のアルキル基、 アルコキシ基あるいはアルキルエステル基、 またはハロゲン原子、 ニトロ基、 シァノ基、 1級、 2級もしくは 3級ァミノ基、 CF3基、 フエニル基及び置 換フエ二ル基からなる群から選ばれる一価基を表わす。 R13、 R14、 R15 または R 16の炭化水素鎖は互いに任意の位置で結合して、 かかる基により置 換を受けている炭素原子と共に少なくとも 1つ以上の 3乃至 1員環の飽和ま たは不飽和炭化水素の環状構造を形成する二価鎖を少なくとも 1つ以上形成 してもよい。 前記結合鎖には、 力ルポニル、 エーテル、 エステル、 アミド、 スルフイド、 スルフィニル、 スルホニル、 ィミノの結合を任意の位置に含ん でもよい。 )
で示される重合性単量体と、 重合開始能を有する酸化剤を含有する溶液とを 接触させて前記誘電体皮膜上にフィブリル構造を有する重合体の膜状組成物 を形成する前項 8または 9に記載の固体電解コンデンザの製造方法。
[15] 重合性単量体の濃度が 0.01〜5mo 1 ZLである前項 9に記載の 固体電解コンデンザの製造方法。
[ 16] ドーピング能を有する電解質の濃度が O.OOlmo 1 /L〜2.5 m o 1 /Lの範囲である前項 8または 9に記載の固体電解コンデンザの製造 方法。
[17] 重合開始能を有する酸化剤が過硫酸塩類、 重クロム酸塩類、 3価 の鉄塩類から選ばれる少なくとも 1種の化合物である前項 8または 9に記載 の固体電解コンデンザの製造方法。
[18] 重合開始能を有する酸化剤の濃度が重合性単量体の濃度の 0.01〜
5倍である前項 8または 9に記載の固体電解コンデンザの製造方法。
[19] 重合体からなる固体電解質を形成する工程を 2〜 30回繰り返し て膜状組成物を形成する前項 8乃至 14のいずれかに記載の固体電解コンデ ンサの製造方法。
[20] 下記一般式 (1)
Figure imgf000018_0001
(式中、 置換基 R1及び R2は、 それぞれ独立して水素原子、 炭素数 1〜10 の直鎖状もしくは分岐状の飽和もしくは不飽和のアルキル基、 アルコキシ基 あるいはアルキルエステル基、 またはハロゲン原子、 ニトロ基、 シァノ基、 1級、 2級もしくは 3級ァミノ基、 CF3基、 フエニル基及び置換フエニル 基からなる群から選ばれる一価基を表わす。 R1及び R 2の炭化水素鎖は互い に任意の位置で結合して、 かかる基により置換を受けている炭素原子と共に 3〜 7員環の飽和または不飽和炭化水素の環状構造を形成する二価鎖を形成 してもよい。 該環状結合鎖にはカルボニル、 ェ一テル、 エステル、 アミド、 スルフイド、 スルフィニル、 スルホニル、 ィミノの結合を任意の位置に含ん でもよい。 また δは 0〜1の範囲である。 Ζは陰イオンを表わし、 jは Ζの 価数を表わし、 1または 2である。 )
で示されるチォフェン骨格構造を繰り返し単位として含むフィブリル構造を 有する高導電性重合体。
[21] 下記一般式 (2)
Figure imgf000019_0001
(式中、 置換基 R3、 R4、 R5、 R6、 R7及び R8は、 それぞれ独立して水 素原子、 炭素数 1〜10の直鎖状もしくは分岐状の飽和もしくは不飽和のァ ルキル基、 アルコキシ基あるいはアルキルエステル基、 またはハロゲン原子、 ニトロ基、 シァノ基、 1級、 2級もしくは 3級ァミノ基、 CF3基、 フエ二 ル基及び置換フエニル基からなる群から選ばれる一価基を表わす。 また R3、 R4、 R5、 R6、 R7または R8の炭化水素鎖は互いに任意の位置で結合して、 かかる基により置換を受けている炭素原子と共に少なくとも 1つ以上の 3〜 7員環の飽和または不飽和炭化水素の環状構造を形成する二価鎖を形成して もよい。 該環状結合鎖には力ルポニル、 ェ一テル、 エステル、 アミド、 スル フイ ド、 スルフィニル、 スルホニル、 ィミノの結合を任意の位置に含んでも よい。 kはチォフェン環と置換基 R 3乃至 R 6を有するベンゼン環に囲まれた 縮合環の数を表わし、 0または 1〜3の整数である。 式中の縮合環には窒素 または N—才キシドを任意に含んでもよいが、 その数だけ置換基 R3〜R8は ないことになる。 δは 0〜1の範囲である。 Ζは陰イオンを表わし、 jは Ζ の価数を表わし、 1または 2である。 )
で示される縮合多環式骨格構造を繰り返し単位として含むフィプリル構造を 有する高導電性重合体。
[22] 下記一般式 (3)
Figure imgf000020_0001
(式中、 R9及び R1Gは、 それぞれ独立して水素原子、 炭素数 1〜10の直 鎖状もしくは分岐状の飽和もしくは不飽和のアルキル基、 アルコキシ基ある いはアルキルエステル基、 またはハロゲン原子、 ニトロ基、 シァノ基、 1級、 2級もしくは 3級ァミノ基、 CF3基、 フエニル基及び置換フエニル基から なる群から選ばれる一価基を表わす。 R 9及び R1Qの炭化水素鎖は互いに任 意の位置で結合して、 かかる基により置換を受けている炭素原子と共に少な くとも 1つ以上の 3〜 7員環の飽和または不飽和炭化水素の環状構造を形成 する二価鎖を形成してもよい。 前記環状結合鎖には、 カルボニル、 エーテル、 エステル、 アミド、 スルフイド、 スルフィニル、 スルホニル、 ィミノの結合 を任意の位置に含んでもよい。 <5は 0〜1の範囲である。 Zは陰イオンを表 わし、 jは Zの価数を表わし、 1または 2である。 )
で示されるピロ一ル骨格構造を繰り返し単位として含むフイブリル構造を有 する高導電性重合体。
[23] 下記一般式 (4)
Figure imgf000020_0002
(式中、 置換基 R 11及び R 12は、 それぞれ独立して水素原子、 炭素数 1〜 10の直鎖状もしくは分岐状の飽和もしくは不飽和のアルキル基、 アルコキ シ基あるいはアルキルエステル基、 またはハロゲン原子、 ニトロ基、 シァノ 基、 1級、 2級もしくは 3級ァミノ基、 CF3基、 フエニル基及び置換フエ ニル基からなる群から選ばれる一価基を表わす。 R 11及び R 12の炭化水素 鎖は互いに任意の位置で結合して、 かかる基により置換を受けている炭素原 子と共に少なくとも 1つ以上の 3〜 7員環の飽和または不飽和炭化水素の環 状構造を形成する二価鎖を形成してもよい。 前記環状結合鎖には、 カルボ二 ル、 エーテル、 エステル、 アミド、 スルフイド、 スルフィニル、 スルホニル、 ィミノの結合を任意の位置に含んでもよい。 <5は 0〜1の範囲である。 Zは 陰イオンを表わし、 jは Zの価数を表わし、 1または 2である。 )
で示されるフラン骨格構造を繰り返し単位として含むフィプリル構造を有す る高導電性重合体。
[24] 下記一般式 (5)
Figure imgf000021_0001
(式中、 置換基 R13、 R14、 R15及び R16は、 それぞれ独立して水素原子、 炭素数 1〜 10の直鎖状もしくは分岐状の飽和もしくは不飽和のアルキル基、 アルコキシ基あるいはアルキルエステル基、 またはハロゲン原子、 ニトロ基、 シァノ基、 1級、 2級もしくは 3級ァミノ基、 CF3基、 フエニル基及び置 換フエ二ル基からなる群かち選ばれる一価基を表わす。 R13、 R14、 R15 または R 16の炭化水素鎖は互いに任意の位置で結合して、 かかる基により置 換を受けている炭素原子と共に少なくとも 1つ以上の 3乃至 1員環の飽和ま たは不飽和炭化水素の環状構造を形成する二価鎖を少なくとも 1つ以上形成 してもよい。 前記結合鎖には、 力ルポニル、 エーテル、 エステル、 アミド、 スルフイド、 スルフィニル、 スルホニル、 ィミノの結合を任意の位置に含ん でもよい。 δは 0〜1の範囲である。 ζは陰イオンを表わし、 jは ζの価数 を表わし、 1または 2である。 )
で示されるァニリン骨格構造を繰り返し単位として含むフイブリル構造を有 する高導電性重合体。
[25] 下記一般式 ( 6 )
Figure imgf000022_0001
(式中、 R1及び R2は、 前項 10の記載と同じ意味を表わす。 )
般式 (7)
Figure imgf000022_0002
(式中、 R3、 R4、 R5、 R6、 R7及び R8は、 前項 1 1の記載と同じ意味 を表わす。 ) 、
一般式 (8)
Figure imgf000023_0001
(式中、 R9及び R1Qは、 前項 12の記載と同じ意味を表わす。 )
一般式 (9) 、
Figure imgf000023_0002
(式中、 置換基 R11及び R12は、 前項 13の記載と同じ意味を表わす。 ) 及び
一般式 (10)
Figure imgf000023_0003
(式中、 R13、 R14、 R15及び R16は、 前項 14の記載と同じ意味を表わ す。 )
で示される重合性単量体の少なくとも一種と、 重合開始能を有する酸化剤を 含有する溶液とを両者が界面を形成するように接触させ、 該界面で重合を行 わせることを特徴とするフィブリル構造を有する高導電性重合体の製造方法。
[26] 前項 25に記載の一般式 (6) 、 (7) 、 (8) 、 ( 9 ) 及び (10) で示される重合性単量体の少なくとも一種を溶剤に溶解して得られ る溶液と、 重合開始能を有する酸化剤を含有する溶液とを両者が界面を形成 するように接触させ、 該界面で重合を行わせる前項 2 5に記載のフィブリル 構造を有する高導電性重合体の製造方法。
[ 2 7 ] 重合開始能を有する酸化剤を含有する溶液が、 ドーピング能を有 する電解質を含有する前項 2 5または 2 6に記載のフィブリル構造を有する 高導電性重合体の製造方法。
[ 2 8 ] 重合開始能を有する酸化剤を含有する溶液が飽和溶液または過飽 和溶液である前項 2 5乃至 2 7のいずれかに記載のフィブリル構造を有する 高導電性重合体の製造方法。
[ 2 9 ] 重合開始能を有する酸化剤の飽和溶液を作製し、 該飽和溶液作製 温度より低い温度で該酸化剤溶液と重合性単量体とを、 界面を形成するよう に接触させ、 その後重合を行う前項 2 5または 2 6に記載のフィブリル構造 を有する高導電性重合体の製造方法。
[ 3 0 ] 重合開始能を有する酸化剤として、 過硫酸塩、 重クロム酸塩及び 三価の鉄塩の少なくとも一種を用いる前項 2 5または 2 6に記載のフィプリ ル構造を有する高導電性重合体の製造方法。
[ 3 1 ] 溶剤として、 重合性単量体を溶解できる親水性有機溶媒を用いる 前項 2 6に記載のフィブリル構造を有する高導電性重合体の製造方法。
[ 3 2 ] 前項 2 5に記載のフィブリル構造を有する高導電性重合体の製造 方法において、 重合性単量体と酸化剤を含有する溶液とを接触させてフイブ リル構造を有する高導電性重合体を生成させ、 これを洗浄するかまたは洗浄 せずにフィブリル構造を有する高導電性重合体の表面上において前項 2 5に 記載のフィブリル構造を有する高導電性重合体の製造方法を、 さらに複数回 実施し、 重合体組成物を積層する、 フィブリル構造を有する高導電性重合体 の製造方法。
[ 3 3 ] 前項 2 6に記載のフィブリル構造を有する高導電性重合体の製造 方法において、 重合性単量体と酸化剤を含有する溶液とを接触させてフイブ リル構造を有する高導電性重合体を生成させ、 これを洗浄するかまたは洗浄 せずにフィブリル構造を有する高導電性重合体の表面上において前項 2 6に 記載のフィブリル構造を有する高導電性重合体の製造方法を、 さらに複数回 実施し、 重合体組成物を積層する、 フィブリル構造を有する高導電性重合体 の製造方法。 図面の簡単な説明
図 1は、 本発明の実施例 1における導電性重合体層を形成した陽極アルミ 二ゥム箔断面の走査電子顕微鏡写真 (X 50,000) である。
図 2は、 化成処理を施したアルミニウム箔の走査電子顕微鏡写真 (X 50,000) である。
図 3は、 実施例 1 4により得られた 3, 4一エチレンジォキシチォフェン 高導電性重合体の走査電子顕微鏡写真 (X 5,100) である。
図 4は、 図 3における高導電性重合体のフィブリル構造部分を拡大した走 査電子顕微鏡写真 (X 50,000) である。
図 5は、 比較例 3により得られた 3 , 4—エチレンジォキシチォフェン重 合体の走査電子顕微鏡写真 (X 50,000) である。
図 6は、 実施例 1 5により得られた 3, 4—エチレンジォキシチォフェン 高導電性重合体の走査電子顕微鏡写真 (X 2,000) である。
図 7は、 図 6における高導電性重合体のフィブリル構造部分を拡大した走 查電子顕微鏡写真 (X 20,000) である。
図 8は、 実施例 1 6により得られた 1 , 3—ジヒドロイソチアナフテン高 導電性重合体のフィブリル構造を示す走査電子顕微鏡写真 (X 50,000) であ る。
図 9は、 比較例 4により得られた 1, 3—ジヒドロイソチアナフテン重合 体の走査電子顕微鏡写真 (X 50,000) である。 発明の詳細な説明
本発明による前記一般式 (1 ) 〜 (5 ) で示される化学構造を繰り返し単 位として含むフイブリル構造を有する高導電性重合体はこれまでに存在しな かったものである。 このことは一般式 (6 ) 〜 (1 0 ) で示される重合性単 量体と重合開始能を有する酸化剤を用いて撹拌条件下に製造した重合体とは、 フイブリル構造を示す図 2及び図 7とフイブリル構造を示さない図 5及び図 9を比較すればその相違点から明らかである。 特に後述の実施例 1 2、 1 3、 1 5、 1 6と比較例 2、 3、 4、 5からも明らかなように、 フィブリル構造 を有するものとこれを有しないものの導電性において大きく異なっている。 本発明によるフィブリル構造を有する重合体が高導電性を示す詳細な理由 は不明であるが、 本発明においては重合開始能を有する酸化剤を含有する溶 液、 好ましくは高濃度の溶液、 より好ましくは飽和溶液または過飽和溶液 (以下この両者を単に 「飽和溶液等」 という。 ) と重合性単量体または重合 性単量体を含有する溶液とを、 界面 (本発明において 「界面」 とは、 酸化剤 溶液層と重合性単量体層または重合性単量体を含有する溶液層とが接触する 面において部分的に相互溶解が起こり、 濃度の傾斜層が存在していても、 そ れぞれの層が存在するような状態のものを言う。 ) を形成するように静かに 接触させ、 その界面において重合をさせていくため、 生成した導電性重合体 は過剰な酸化剤の影響を受けず、 構造規則性が破壊されないことによるもの と考えている。
また他の理由しては、 酸化剤を高濃度の溶液または飽和溶液等として用い ており、 その際酸化剤は極めて小さい結晶核の状態で存在すると考えられ、 この結晶核表面上の限られた反応場で重合性単量体の重合が進行するため、 立体規則性の高い高導電性重合体となっていると考えている。 これらの理由 により、 同じ重合性単量体から得られる同一の組成のポリマーでありながら 導電性が 10〜: 1000倍も高い高導電性重合体が生成し、 それが電子顕微鏡 においてフィブリル構造として現れているものと考えられる。
前記高導電性重合体の原料となる一般式 (6) で示されるチォフェン誘導 体としては、 3—メチルチオフェン、 3—ェチルチオフェン、 3—プロピル チォフェン、 3—プチルチオフェン、 3—ペンチルチオフェン、 3—へキシ ルチオフェン、 3—へプチルチオフェン、 3—ォクチルチオフェン、 3—ノ 二ルチオフェン、 3—デシルチオフェン、 3—フルォロチォフェン、 3—ク ロロチォフェン、 3—ブロモチォフェン、 3—シァノチォフェン、 3, 4— メチレンジォキシチォフェン、 3, 4—エチレンジォキシチォフェン、 3, 4—プロピレンジォキシチォフェン等を挙げることができるが、 これらに限 定されるものではない。
前記高導電性重合体の原料となる一般式 (7) で示される縮合へテロ多環 式化合物としては、 具体的には k = 0の 1, 3—ジヒドロイソチアナフテン (別名、 1, 3—ジヒドロべンゾ [c] チォフェン) 骨格を有する化合物、 また k=lの 1, 3—ジヒドロナフト [2, 3— c] チォフェン骨格を有す る化合物である。 さらには 1, 3—ジヒドロアントラ [2, 3— c] チオフ ェン骨格を有する化合物、 1, 3—ジヒドロナフタセノ [2, 3— c] チォ フェン骨格を有する化合物を挙げることができるがこれらに限定されるもの ではない。
一般式 (7) で示される縮合へテロ多環式化合物の置換基 R3、 R4、 R5、 R6のうち、 隣り合う 2つの置換基が相互に不飽和結合で結合し合って縮合 系 6員環 (オルソ置換) を形成する化合物も含まれ、 例えば k = 0の 1, 3 —ジヒドロナフト [1, 2— c] チォフェン誘導体が、 また k= lの場合で は 1, 3—ジヒドロフエナントラ [2, 3— c] チォフェン誘導体や、 1, 3—ジヒドロトリフエ二口 [2, 3— c] チォフェン誘導体が、 更に k=2 の場合には、 1, 3—ジヒドロべンゾ [a] アントラセノ [7, 8— c] チ ォフェン誘導体などが挙げられるがこれらに限定されるものではない。
縮合環に窒素または N—ォキシドを任意に含んでいる場合もあり、 k = 0 の場合としては 1 , 3—ジヒドロチェノ [ 3, 4 - b ] キノキサリンや、 1,
3—ジヒドロチェノ [ 3 , 4— b ] キノキサリン— 4—ォキシド、 1 , 3— ジヒドロチェノ [ 3, 4 - b ] キノキサリン一 4, 9—ジォキシドなどを挙 げることができるがこれらに限定されるものではない。
前記高導電性重合体の原料となる一般式 (8 ) で示されるピロール誘導体 としては、 3—メチルピロール、 3—ェチルピロ一ル、 3—プロピルピロ一 ル、 3—ブチルピロ一ル、 3—ペンチルピロール、 3—へキシルピロ一ル、 3—ヘプチルピロール、 3—才クチルビロール、 3—ノニルビロール、 3— デシルピロール、 3—フルォロピロール、 3—クロ口ピロ一ル、 3—ブロモ ピロ一ル、 3—シァノピロール、 3 , 4—メチレンジォキシピロ一ル、 3 ,
4—エチレンジォキシピロール、 3, 4一プロピレンジォキシピロ一ル、 3, 4—ジメチルピロール、 3, 4—ジェチルピロール等の誘導体を挙げること ができる。
前記高導電性重合体の原料となる一般式 (9 ) で示されるフラン誘導体と しては、 3—メチルフラン、 3—ェチルフラン、 3—プロピルフラン、 3— ブチルフラン、 3—ペンチルフラン、 3—へキシルフラン、 3—へプチルフ ラン、 3—ォクチルフラン、 3—ノニルフラン、 3—デシルフラン、 3—フ ルオロフラン、 3—クロ口フラン、 3—ブロモフラン、 3—シァノフラン、
4—プロピレンジォキシフラン等の誘導体を挙げることができる。
前記高導電性重合体の原料となる一般式 (1 0 ) で示されるァニリン誘導 体としては、 2—メチルァニリン、 2—ェチルァニリン、 2—プロピルァニ リン、 2—プチルァニリン、 2—ペンチルァニリン、 2—へキシルァニリン、 2 _へプチルァニリン、 2—ォクチルァニリン、 2—ノニルァニリン、 2— デシルァニリン、 2—フルォロア二リン、 2—クロロア二リン、 2—ブロモ ァニリン、 2—シァノア二リン等の誘導体を挙げることができるが、 これら に限定されるものではない。
前記一般式 (1 ) 〜 (1 0 ) に記載の置換フエニル基の好ましい例として は、 C F 3基、 B r、 C 1、 F、 メチル基、 ェチル基、 シァノ基及びニトロ 基からなる群より選ばれた少なくとも一種の基が、 o—、 m—、 p—位に任 意に置換したフエニル基が挙げられる。
本発明の固体電解コンデンサに使用できる弁作用を有する金属とは、 アル ミニゥム、 タンタル、 ニオブ、 チタン、 ジルコニウム、 マグネシウム、 珪素 などの単体金属、 またはこれらの合金である。 また形態については、 圧延箔 のエッチング物、 微粉焼結体などの多孔質成形体の形態であればいずれでも よい。
本発明の導電性重合体の製造において用いられる酸化剤は、 脱水素的 4電 子酸化反応の酸化反応を充分行なわせ得る酸化剤であれば良く、 工業的に安 価であり、 製造上取り扱いが容易である化合物が好ましい。 具体的には、 例 えば F e C 1 3、 F e ( C 1 04 ) 3、 F e (有機酸ァニオン) 塩等の F e (Π) 系化合物、 または無水塩化アルミニウム/塩化第一銅、 アルカリ金属 過硫酸塩類、 過硫酸アンモニゥム塩類、 過酸化物類、 過マンガン酸カリウム 等のマンガン類、 2, 3—ジクロロー 5 , 6—ジシァノー 1, 4—ベンゾキ ノン (D D Q) 、 テトラクロ口一 1, 4—ベンゾキノン、 テトラシァノー 1 , 4一べンゾキノン等のキノン類、 沃素、 臭素等のハロゲン類、 過酸、 硫酸、 発煙硫酸、 三酸化硫黄、 クロ口硫酸、 フルォロ硫酸、 アミド硫酸等のスルホ ン酸、 オゾン等及びこれら複数の酸化剤の組み合わせが挙げられる。
この中で、 前記有機酸ァニオン鉄 (ΠΙ) 塩を形成する有機酸ァニオンの基 本化合物としては、 有機スルホン酸または有機カルボン酸、 有機リン酸、 有 機硼酸が挙げられる。 有機スルホン酸の具体例としては、 ベ: 酸や P—トルエンスルホン酸、 メタンスルホン酸、 エタンスルホン酸、 α— スルホーナフ夕レン、 /3—スルホーナフタレン、 ナフ夕レンジスルホン酸、 アルキルナフタレンスルホン酸 (アルキル基としてはプチル、 トリイソプロ ピル、 ジー t一ブチル等) 等が使用される。
一方、 有機カルボン酸の具体例としては、 酢酸、 プロピオン酸、 安息香酸、 蓚酸等が挙げられる。 さらに本発明においては、 ポリアクリル酸、 ポリメタ クリル酸、 ポリスチレンスルホン酸、 ポリビニルスルホン酸、 ポリビニル硫 酸、 ポリ一 α—メチルスルホン酸、 ポリエチレンスルホン酸、 ポリリン酸等 の高分子電解質ァニオンも使用されるが、 これら有機スルホン酸または有機 カルボン酸の例は単なる例示であってこの限りではない。
また、 前記ァニオンの対カチオンは H +、 N a +、 K +等のアルカリ金属ィ オン、 または水素原子ゃテトラメチル基、 テトラエチル基、 テトラブチル基、 テトラフエニル基等で置換されたアンモニゥムイオンであるが、 本発明にお いては特に限定を受けない。 前記記載の酸化剤のうち、 特に好ましくは 3価 の F e系化合物類、 または塩化第一銅系、 過硫酸アルカリ塩類、 過硫酸アン モニゥム塩類、 マンガン酸類、 キノン類を含む酸化剤が好適に使用できる。 重合開始能を有する酸化剤の溶液は重合を行なわせるに十分な濃度であれ ばよいが、 高濃度である方が好ましく、 さらには飽和溶液または過飽和溶液 がより好ましい。 このような飽和溶液または過飽和溶液を用いる方法として は、 反応温度によりわずかに高い温度、 酸化剤の温溶解度の温度依存性にも より異なるが、 温度依存性が大きい時は温度差を小さく、 温度依存性が小さ い時には、 温度差を大きくとる。 例えば、 重合温度より数度〜 2 0 °C程度高 い温度において、 酸化剤を水、 アルコール等の溶媒に強い撹拌下に溶解する。 その上澄みの酸化剤溶液を取り出し、 反応器に入れ、 溶解時より低い所定の 温度にした後、 重合性単量体またはその溶液を酸化剤溶液の上面に、 できる だけ両者が混じり合わないように静かに供給し、 この両者が界面を形成する ように接触させる。
反応は両者の界面で進行して高導電性重合体が生成するが、 これを蒸発ま たはデカンテーション等により反応液から分離し、 洗浄するとマクロ的には 鱗片状の高導電性重合体を得ることができる。 十分に洗浄して製品の高導電 性重合体としてもよく、 また洗浄するか洗浄をしないで生成重合体の上面に おいて、 再度重合開始能を有する酸化剤の溶液と重合性単量体または重合性 単量体を含有する溶液とを接触させ、 これを複数回実施することにより高導 電性重合体を積層することも可能である。
この場合も、 酸化剤の溶液は、 重合を行なわせるに十分な濃度であればよ いが、 高濃度である方が好ましく、 さらには飽和溶液または過飽和溶液がよ り好ましい。
誘導体皮膜上で重合開始能を有する酸化剤の飽和、 過飽和状態を準備させ る方法としては、 特に限定されないが、 該酸化剤の高濃度の溶液をそのまま 細孔内に導入させる方法でもよく、 あるいは細孔内に十分含浸できるように、 あらかじめ低濃度の溶液を導入しておき、 放置や過熱等の乾燥によって箔細 孔内で飽和、 過飽和の状態となるようにしてもよい。
本発明の高導電性重合体の製造方法においては、 前記酸化剤から産生され る酸化剤ァニオン (酸化剤の還元体) がドーパントとなるため、 ドーピング 工程を省略することができるが、 重合時において他のドーピング能を有する 電解質を存在させ、 両者を併用することが好ましい。
必要に応じて共存させるドーピング能を有する電解質としては、 前記酸化 剤から産生される酸化剤ァニオン (酸化剤の還元体) を対イオンに持つ電解 質化合物または他のァニオン系電解質を挙げることができる。
具体的には、 例えば P F 6—、 S b F 6—、 A s F 6—の如き 5 B族元素のハ ロゲン化物ァニオン、 B F 4 の如き 3 B族元素のハロゲン化物ァニオン、 I一 (I 3— ) 、 B r―、 C 1 の如きハロゲンァニオン、 C l〇4 の如きハロ ゲン酸ァニオン、 A 1 C 14—や F e C 14—、 S n C 15—等の如きルイス酸 ァニオン、 あるいは N〇3—、 S 04 2—の如き無機酸ァニオン、 または p—ト ルエンスルホン酸やナフタレンスルホン酸、 炭素数 1乃至 5のアルキル置換 ナフ夕レンスルホン酸、 アントラキノンスルホン酸、 C F 3 S〇3―、 CH3 S 03—の如き有機スルホン酸ァニオン、 または CF 3COO―、 C6H5COO—の如き力ルポン酸ァ二オン等のプロトン酸ァニオンを挙げる ことができる。
また同じく、 ポリアクリル酸、 ポリメタクリル酸、 ポリスチレンスルホン 酸、 ポリビニルスルホン酸、 ポリビニル硫酸、 ポリ— α—メチルスルホン酸、 ポリエチレンスルホン酸、 ポリリン酸等の高分子電解質ァニオン等を挙げる ことができるが、 必ずしもこれらに限定されるものではない。 これらの中で も好ましくは高分子系または低分子系の有機スルホン酸化合物あるいはポリ リン酸が挙げられ、 望ましくは芳香族系スルホン酸化合物が用いられる。 本発明の高導電性重合体の製造方法において用いられる前記一般式 ( 6 ) 〜 (10) で示さる重合性単量体の濃度は、 その化合物の置換基の種類や溶 媒等の種類、 あるいは共重合する他の単量体の種類及び量によって異なるが、 一般的には 10— 3〜 10モル リットルの範囲が望ましく、 また 10— 2〜 5モル/リットルの範囲がさらに好ましい。
また反応温度はそれぞれ単量体、 溶媒、 酸化剤の種類、 反応方法によって 変わるため特に限定できるものではないが、 重合開始時点で酸化剤の飽和状 態が維持できる温度であれば好ましい。 また重合開始後に溶媒が蒸発し、 酸 化剤の固体が析出した後でも重合性単量体が液相で存在している場合には本 重合系の界面が保たれており重合は継続して進む。 一般的には一 70°C〜 250°Cの温度範囲から選ばれる。 望ましくは 0 〜 150°Cであり、 特に 15°C〜100 の温度範囲で行なわれることが更に好ましい。
本発明の製造方法において用いられる反応溶媒は、 単量体あるいは酸化剤、 ドーピング能を有する電解質を、 同時に、 またはそれぞれ単独に溶解可能な 溶媒であれば良く、 例えばテトラヒドロフラン (THF) やジォキサン、 ジ ェチルエーテル等のエーテル類、 あるいはジメチルホルムアミドゃァセトニ トリル、 ベンゾニトリル、 N—メチルピロリドン (NMP) 、 ジメチルスル ホキシド (DMSO) 等の非プロトン性極性溶媒、 酢酸ェチルや酢酸ブチル 等のエステル類、 クロ口ホルムや塩化メチレン等の非芳香族性の塩素系溶媒、 ニトロメタンやニトロェタン、 ニトロベンゼン等のニトロ化合物、 あるいは メタノールやエタノール、 プロパノール等のアルコール類、 または蟻酸や酢 酸、 プロピオン酸等の有機酸または該有機酸の酸無水物 (例、 無水酢酸等) 、 水、 あるいはこれらの混合溶媒を用いることができる。 また前記酸化剤およ び Zまたはドーピング能を有する電解質及び単量体はそれぞれ単独に溶解し た溶媒系、 すなわち二液系もしくは三液系で取り扱っても良い。
一般式 (6) 〜 (10) で示される重合性単量体からは、 それぞれ一般式 (1) 〜 (5) で示される化学構造を繰り返し単位として含むフィブリル構 造を有する高導電性重合体が得られる。
このようにして製造された導電性重合体の電気伝導度は極めて高く、 実施 例及び比較例で示すように重合開始能を有する酸化剤及び重合性単量体から なる反応系で撹拌状態で製造して得られる導電性重合体の電気伝導度に比較 して、 10〜: 1000倍ほど高く、 その電気伝導度は 0.:!〜 200 S/cmの範 囲である。 望ましい条件では 1〜 100 S/cm、 さらに好ましくは 10〜 100 SZ cmの範囲の高導電性重合体が得られる。
なお、 このようにして製造される導電性重合体層の厚さは、 1回の重合ェ 程では固体電解コンデンザの固体電解質層としては通常 0.:!〜 0.3ミクロン程 度の厚さしか形成することができないため、 重合性単量体と重合開始能を有 する酸化剤を接触させてフィブリル構造を有する導電性重合体を生成させ、 これを洗浄するかまたは洗浄せずに重合により得られたフィブリル構造を有 する導電性重合体の表面 (多孔質弁作用金属上の) 上において同じ操作を少 なくとも 3回程度、 実用的には 5回以上の固体重合体の合成をすることが好 ましい。 ただし、 固体電解質層が必要以上の厚さになることは好ましくない ので通常は 2 0〜2 5回程度で十分である。 好ましくは 7〜 2 5回程度で必 要な固体電解質層の厚さを確保できる。
また、 このようにして形成された導電性重合体の固体電解質層の上に、 陰 極リード端子との電気的接触を良くするために導電体層を設けることが好ま しく、 例えば導電ペーストの固体、 またはメツキや金属蒸着、 導電樹脂フィ ルムの形成等が行なわれる。 次いで陰極リード端子を接続し、 例えば樹脂モ —ルド、 樹脂ケース、 金属製の外装ケース、 樹脂ディッビング等による外装 を施すことにより、 各種用途の固体電解コンデンサとすることができる。 本発明の固体電解コンデンサにおいては、 電極上の固体電解質としてフィ ブリル状態の高導電性重合体が化成処理された多孔質弁作用金属箔の細孔内 の酸化物皮膜を覆い、 かつ複数回の重合工程で陰極内部及び金属箔外部表面 にフイブリルの層状構造が形成され、 かつそれらは隣接する層間の一部に空 間部を有しているため、 温度の上下に対しその熱応力を有効に緩和すること が可能である。 また導電性重合体組成物表面にも細孔が形成されているため、 接続のための導電ペースト層が外部表面細孔内に進入することができ、 この ため良好な密着性が確保される。 さらには、 微細孔内にもフィブリル状態の 導電性重合体形態の存在や、 複数回の積層工程により空間部が形成されるた め、 酸素の供給が確保され、 導通時における誘電体酸化皮膜の修復能力が向 上する。
固体電解コンデンサの誘導体皮膜上に形成されるフイブリル構造の重合体 の形状としては、 好ましくは外径約 3 n m〜約 1 0 0 n mの範囲、 より好ま しくは約 5 n m〜約 5 0 n mの範囲である。 発明を実施するための最良の形態
以下、 実施例および比較例を挙げて本発明を詳細に説明するが、 これらは 本発明の範囲を限定するものではない。 実施例 1 :
3mmX 10 mmに切り出したエッチドアルミニウム化成箔の 10mmの 面の中間に、 該面を 4mmと 5mmの部分に区切るように、 両面に幅 lmm にポリイミド溶液を塗布し、 乾燥させ、 マスキングを作成した。 このエッチ ドアルミニウム化成箔の 3mmx 4mmの部分を 10重量%のアジピン酸ァ ンモニゥム水溶液で 13 Vの電圧を印加して化成処理し、 誘電体酸化皮膜を 形成した。
次に、 このアルミニウム箔の 3mmX 4mmの部分を、 2mo l/Lの過 硫酸アンモニゥム水溶液 (溶液 1という。 ) に浸漬した後引き上げ、 室温に おいて 3分間乾燥させた。 続いて、 このアルミニウム箔の 3mmX 4mmの 部分を、 Imo lZLの 3, 4 _エチレンジォキシチォフェンのイソプロパ ノール溶液 (溶液 2とする。 ) に浸漬した後引き上げ、 40°Cの雰囲気に 10分放置することで酸化重合を行なった。 そして、 この溶液 1に浸漬して から溶液 2に浸潰し酸化重合を行なうまでの操作を 20回繰り返した後、 50 の温水で 10分間洗浄を行ない、 その後 100°Cで 30分乾燥して導 電性重合体層を形成した。
ここで得られた導電性重合体層の 50,000倍に拡大した走査電子顕微鏡写 真 (アルミニウム箔断面図) を図 1に示す。 また、 化成処理したアルミニゥ ム箔の 50,000倍に拡大した走査電子顕微鏡写真 (アルミニウム箔断面図) を図 2に示す。
図 2をも参照し比較することにより、 図 1に微細構造中のアルミニウム金 属部分 (a) 、 酸化されたアルミナ誘電体部分 (b) 、 アルミナ誘電体表面 に堆積したフィブリル状の導電性重合体 (図 1ではフィブリルが網目模様の 膜状として見える) が集合して房状となっている部分 (c) が認められ、 導 電性重合体膜は厚さは約 に形成されていることが分かる。 図 1の観 察から、 フィブリルのおおよその外径は、 5〜50 nmであった。 また、 (c) のフイブリル状の導電性重合体 (膜状) 部分の構造は、 実施例 14及 び 15に記載した 「3, 4—エチレンジォキシチォフェン」 と 「重合開始剤 (酸化剤含有) 」 を界面で反応させて得られた高導電性重合体と類似した構 造をしていることが分かる。
次に上記アルミニウム箔の導電性重合体層を形成した部分に力一ボンべ一 ストと銀べ一ストを付けて、 上記アルミニウム箔を 4枚積層し、 陰極リード 端子を接続し、 また導電性重合体層の形成されていないアルミニウム箔部分 には陽極リード端子を溶接により接続した。 更にこの素子をエポキシ樹脂で 封止した後、 125°Cで定格電圧を印加して 2時間エージングを行なってコ ンデンサを合計 30個完成させた。
これら 30個のコンデンサ素子について、 初期特性として 120Hzにお ける容量と損失係数 (t an 6) 、 共振周波数におけるインピーダンス、 そ れに漏れ電流を測定した。 なお、 漏れ電流は定格電圧を印加して 1分後に測 定した。 表 1にこれらの測定値の平均値と、 0.16 xA (0.002 CV) 以上の漏 れ電流を不良品としたときの不良率およびショート品の数を示した。
ここで、 漏れ電流の平均値は不良品を除いて計算した値である。 また、 表 2にはリフロー試験およびこれに続いて行なった耐湿試験での結果を示した。 但し、 耐湿試験における漏れ電流値は 3.2 A (0.04 CV) 以上を不良品と した。 ここで、 リフロー試験 (ハンダ耐熱性試験とも言う。 ) は次の方法で 評価した。 すなわち、 30個のコンデンサ素子を準備し、 該素子を 230°C の温度下に 30秒間通過させ、 定格電圧印加 1分後の漏れ電流を測定し、 そ してその測定値が 0.04CV ( A) 以上の素子を不良品とした。 また、 耐湿 試験は 8 5 °C、 8 5 % R Hの高温高湿下に 5 0 0時間放置して行なった。 実施例 2 :
実施例 1において、 過硫酸アンモニゥムに代えて硫酸第 2鉄を、 また 3, 4—エチレンジォキシチォフェンに代えてジヒドロイソチアナフテンを、 更 に重合温度を 6 0 °Cとした以外は、 実施例 1と同様にして 3 0個のコンデン サを完成させた。 これらコンデンサ素子の特性を実施例 1と同様に評価した。 その結果を表 1および表 2にす。 実施例 3 :
実施例 1において、 3, 4一エチレンジォキシチォフェンに代えてピロ一 ルとした以外は、 実施例 1と同様にして 3 0個のコンデンサ素子を完成させ た。 これらコンデンサ素子の特性実施例 1と同様に評価した。 その結果を表 1および表 2に示す。 実施例 4 :
実施例 1において、 3 , 4—エチレンジォキシチォフェンに代えてァニリ ンとした以外は、 実施例 1と同様にして 3 0個のコンデンサ素子を完成させ た。 これらコンデンサ素子の特性を実施例 1と同様に評価した結果を表 1お よび表 2に示す。 実施例 5 :
実施例 1において、 2 m o 1 ZLの過硫酸アンモニゥム水溶液にド一ピン グ能を有する化合物としてアントラキノンー 2—スルホン酸ナトリゥムを 0.07m o 1 Z Lとなるように加えた以外は、 実施例 1と同様にして 3 0個の コンデンサ素子を完成させた。 これらコンデンサ素子の特性を実施例 1と同 様に評価した結果を表 1および表 2に示す。 実施例 6 :
実施例 1において、 3, 4一エチレンジォキシチォフェンのイソプロパノ —ル溶液の濃度を 5 m o 1 ZLとした以外は、 実施例 1と同様にして 3 0個 のコンデンサ素子を完成させた。 これらコンデンサ素子の特性実施例 1と同 様に評価した結果を表 1及び表 2に示す。 実施例 7 :
実施例 1において、 3, 4—エチレンジォキシチォフェンのイソプロパノ ール溶液の濃度を O.Olm o 1 /Lとした以外は、 実施例 1と同様にして 3 0 個のコンデンサ素子を完成させた。 これらコンデンサ素子の特性を実施例 1 と同様に評価した結果を表 1及び表 2に示した。 実施例 8 :
実施例 5において、 0.07m o 1 Z Lのアントラキノン— 2—スルホン酸ナ トリウムの代わりに 0.07m o 1 Z Lの 6—メトキシナフタレンスルホン酸ナ トリウムとした以外は、 実施例 1と同様にして 3 0個のコンデンサ素子を完 成させた。 これらコンデンサ素子の特性を実施例 1と同様に評価した結果を 表 1及び表 2に示す。 実施例 9 :
実施例 1において、 過硫酸アンモニゥム水溶液を O.Olm o i / Lとした以 外は、 実施例 1と同様にして 3 0個のコンデンサ素子を完成させた。 これら コンデンサ素子の特性を実施例 1と同様に評価した結果を表 1及び表 2に示 す。 実施例 1 0 :
実施例 1において、 過硫酸アンモニゥム水溶液を 4 m o 1 Z Lとした以外 は、 実施例 1と同様にして 3 0個のコンデンサ素子を完成させた。 これらコ 'サ素子の特性を実施例 1と同様に評価した結果を表 1及び表 2に示す。 実施例 1 1 :
実施例 1において、 溶液 1に浸漬してから酸化重合を行なうまでの操作を 2回繰り返した以外は、 実施例 1と同様にして 3 0個のコンデンサ素子を完 成させた。 これらコンデンサ素子の特性を実施例 1と同様に評価した結果を 表 1及び表 2に示す。 実施例 1 2 :
実施例 1において、 3, 4一エチレンジォキシチォフェンをフランに代え、 2 m o 1 / Lの過硫酸アンモニゥムを l.4m o 1 Z Lのパラトルエンスルホ ン酸鉄 (ΙΠ) · 6水和物に代えた以外は、 実施例 1と同様にして 3 0個のコ ンデンサ素子を完成させた。 これらコンデンサ素子の特性を実施例 1と同様 に評価した。 その結果を表 1及び表 2に示す。 ここで得られた導電性重合体 層を実施例 1と同様な条件で走査電子顕微鏡写真で観察したところ、 図 1と 類似の形態が観察された。 比較例 1 :
特開平 10-50558 号公報を参照し、 3 , 4—エチレンジォキシチォフェン 2.87 g (0.02m o 1 ) にパラトルエンスルホン酸鉄 (ΠΙ) · 6水和物 29.8 g (0.044m o 1 ) を共に溶解した化学重合液に、 アルミニウム箔を一回浸漬 した後、 これを 1 0 0 °Cで熱処理を行ない箔内にポリマーを形成させた。 そ して、 この導電性重合体層を形成した部分に導電ペースト (カーボン及び銀 粉) を付け、 実施例 1 と同様にして 3 0個のコンデンサ素子を完成させた。 これらコンデンサ素子の特性を実施例 1と同様に評価した結果を表 1及び表 2に示す。
表 1
初 期 特 性
損失係数 インピータ'ンス 漏れ電流
不良率 ショート数
(%) (ιηΩ ) ( μ Α)
実施例 1 48. 7 0. 7 12 0. 03 0/30 0 実施例 2 47. 9 0. 9 14 0. 05 0/30 0 実施例 3 48. 6 0. 8 13 0. 06 0/30 0 実施例 4 48. 3 0. 8 17 0. 07 0/30 0 実施例 5 48. 1 0. 9 13 0. 09 0/30 0 実施例 6 48. 8 1. 0 11 0. 07 0/30 0 実施例 7 47. 6 1. 1 18 0. 07 0/30 0 実施例 8 48. 2 0. 9 16 0. 08 0/30 0 実施例 9 47. 9 1. 2 21 0. 08 0/30 0 実施例 10 48. 3 0. 9 14 0. 10 0/30 0 実施例 11 47. 8 1. 3 24 0. 13 0/30 0 実施例 12 48. 2 0. 9 18 0. 06 0/30 0 比較例 1 47. 9 2. 2 80 0. 17 2/30 2
表 2
リフロー試験
漏れ電流
不良率 シ 3—卜数 不良率 シ 3—卜数
(μΑ)
実施例 1 0/30 0 0.49 0/30 0 実施例 2 0/30 0 0.54 0/30 0 実施例 3 0/30 0 0.59 0/30 0 実施例 4 0/30 0 0.57 0/30 0 実施例 5 0/30 0 0.61 0/30 0 実施例 6 0/30 0 0.61 0/30 0 実施例 7 0/30 0 0.55 0/30 0 実施例 8 0/30 0 0.56 0/30 0 実施例 9 0/30 0 0.42 0/30 0 実施例 10 0/30 0 0.68 0/30 0 実施例 11 0/30 0 0.69 0/30 0 実施例 12 0/30 0 0.60 0/30 0 比較例 1 3/27 3 1.68 5/27 3 耐
実施例 13 :
3 Omlサンプル管に塩化第二鉄を 6.49g (0.04mo 1) 秤取し、 これに 験
水 8m 1を入れて塩化第二鉄水溶液を調製した。 これに重合性単量体として チォフェン 1.68g (0.02m o 1) を静かに注ぎ入れた。 チォフェンは水溶液 の上層となり、 その間に界面を生じた。 サンプル管を 40°Cの温浴に漬け、 重合を開始させた。 2時間後に加熱をやめ、 サンプル管を取り出し、 ろ過に て重合物を取り出した。 この固形分に水 10 Oml加えて 1時間撹拌後ろ過 して余分な塩化第二鉄を溶解して除去し、 次にァセトン 100 m 1を加えて 1時間撹拌後ろ過し、 未反応のチォフェン及び可溶性の低重合体を除去し精 製した。 室温にて一昼夜真空乾燥した。 得られたポリマーを真空下において 10トン (t) の加圧を 3分継続しながら成形し、 半径 l cmのペレットを 作成した。 Loresta IP MCP-250 (三菱油化製) を用いてこのペレツ卜の表面 抵抗を測定し、 電気伝導度を算出したところ、 16 S/cmであった。
比較例 2 : 撹拌子を入れた 1 00m l丸底フラスコに塩化第二鉄を 6.49 g (0.04 mo 1 ) 抨取し、 これに水 16m 1を入れて完全に溶解させ、 40°Cの温浴 に漬けた。 重合性単量体としてチォフェン 1.68g (0.02m o 1) を 30°Cに 加温してイソプロパノール 24m 1に溶解し、 反応系に導入して撹拌を開始 した。 重合反応中は常に撹拌を維持させた。 2時間後に加熱をやめ、 サンプ ル管を取り出し、 ろ過にて重合物を取り出した。 この固形分に水 100m l 加えて 1時間撹拌後ろ過して余分な塩ィ匕第二鉄を溶解除去し、 次にァセトン 100mlを加えて 1時間撹拌後ろ過し、 未反応のチォフェンや可溶性の低 重合体を取り除く工程を経て精製した。
次いで精製ポリマーを室温にて一昼夜真空乾燥した。 得られたポリマーは 微粉末状であった。 このポリマーを真空下において 10 tの加圧を 3分継続 しながら成形し、 半径 1 cmのペレツトを作成した。 Loresta IP MCP-250 (三菱油化製) を用いてこのペレットの表面抵抗を測定し、 電気伝導度を算 出したところ、 0.0054S/cmであった。 実施例 14 :
30m 1サンプル管に過硫酸アンモニゥムを 6.85 g (0.03m o 1 ) 秤取し、 これに水 8m 1を入れて溶液を調製した。 これに重合性単量体として 3, 4 —エチレンジォキシチォフェン 2.87g (0.02m o 1 ) を静かに注ぎ入れた。 3, 4—エチレンジォキシチォフェンと水溶液の間に界面を生じた。 サンプ ル管を 40°Cの温浴に漬け、 重合を開始させた。 重合は酸化剤を含む水溶液 と 3, 4—エチレンジォキシチォフェンが形成する界面にて進行する様子を 確認した。 2時間後に加熱をやめ、 サンプル管を取り出し、 ろ過にて重合物 を取り出した。 この固形分に水 100ml加えて 1時間撹拌後ろ過して余分 な過硫酸アンモニゥムを溶解除去し、 次にアセトン 100m 1を加えて 1時 間撹拌後ろ過し、 未反応の 3, 4—エチレンジォキシチォフェンや可溶性の 低重合体を取り除く工程を経て精製した。
得られた該精製ポリマーの 5,100倍に拡大した SEM写真を図 3に示す。 図 3のフイブリル構造部分を 50,000倍に拡大した S EM写真を図 4に示す。 図 4にはフイブリル構造が明らかに示されている。 図 4の観察から、 フイブ リルのおおよその外径は 10〜60 nmであった。
次いで精製ポリマーを室温にて一昼夜真空乾燥し、 得られたポリマーを真 空下において 10 tの加圧を 3分継続しながら成形し、 半径 l cmのペレツ トを作製した。 Lores IP MCP-250 (三菱油化製) を用いてこのペレツ卜の 表面抵抗を測定し、 電気伝導度を算出したところ、 2 O S/cmであった。 比較例 3 :
重合性単量体として 3, 4_エチレンジォキシチォフェン 2.87g (0.02 mo 1) 、 重合酸化剤として過硫酸アンモニゥム 6.85g (0.03m o 1 ) を用 いた以外は比較例 2に従ってポリマーを調製した。
得られた精製ポリマーの 50,000倍に拡大した S EM写真を図 5に示すが、 フィプリル構造は観察されなかった。
次いで、 精製ポリマーを室温にて一昼夜真空乾燥し、 得られたポリマーを 真空下において 10 tの加圧を 3分継続しながら成形し、 半径 l cmのペレ ットを作成した。 Loresta IP MCP-250 (三菱油化製) を用いてこのペレツト の表面抵抗を測定し、 電気伝導度を算出したところ、 0.064S/cmであつ た。 実施例 15 :
30m 1サンプル管に過硫酸アンモニゥムを 6.85g (0.03m o 1 ) 秤取し、 これに水 lm 1を入れて未溶解過硫酸アンモニゥムを含む飽和溶液を調製し た。 これに重合性単量体として 3, 4—エチレンジォキシチォフェン 2.87g (0.02m o 1 ) を静かに注ぎ入れた。 サンプル管を 4 Ot:の温浴に漬け、 開 放系で重合を開始させた。 2時間後に加熱をやめてサンプル管を取り出し、 ろ過にて重合物を取り出した。 この固形分に水 100ml加えて 1時間撹拌 後ろ過して余分な過硫酸アンモニゥムを溶解除去し、 次にアセトン 100 m 1を加えて 1時間撹拌後ろ過し、 未反応の 3, 4一エチレンジォキシチォ フェンゃ可溶性の低重合体を取り除く工程を経て精製した。
得られた精製ポリマーの 2,000倍に拡大した SEM写真を図 6に示す。 ま た図 6のフイブリル構造部分を 20,000倍に拡大した拡大 SEM写真を図 7 に示す。 フイブリル構造構造が明らかに示されている。
次いで、 精製ポリマーを室温にて一昼夜真空乾燥し、 乾燥後に得られたポ リマーを真空下 10 tの加圧を 3分継続しながら成形し、 半径 1 cmのペレ ットを作成した。 Loresta IP MCP-250 (三菱油化製) を用いてこのペレツト の表面抵抗を測定し、 電気伝導度を算出したところ、 21 S/cmであった。 実施例 16 :
30m 1サンプル管に過硫酸アンモニゥムを 6.85g (0.03m o 1 ) 抨取し、 これに水 8 m 1を入れて溶液を調製した。 重合性単量体として 1, 3—ジヒ ドロイソチアナフテン 1.86g (0.014m o 1 ) を 3 Ot:に加温して、 酸化剤 溶液との間に界面を生じるように静かに注ぎ入れた。 次にサンプル管を 40 の温浴に漬け、 重合を開始させた。 6時間後に加熱をやめ、 その後 7 日室温で放置して重合反応を完成させた。 サンプル管を取り出し、 ろ過にて 重合物を取り出した。 この固形分に水 100mlを加えて 1時間撹拌後、 ろ 過して余分な過硫酸アンモニゥムを溶解除去し、 次にアセトン 100mlを 加えて 1時間撹拌後ろ過し、 未反応の 1, 3—ジヒドロイソチアナフテンや 可溶性の低重合体を取り除く工程を経て精製した。
得られた精製ポリマーの走査電子顕微鏡 (SEM) で 50,000倍に拡大し た写真を図 8に示す。 フィブリル構造が明確に示されている。 図 8の観察か ら、 フィブリルのおおよその外径は 10〜50 nmであった。
次いで精製ポリマ一を室温にて一昼夜真空乾燥し、 得られたポリマーを真 空下において 10 tの加圧を 3分継続しながら成形し、 半径 1 cmのペレツ トを作成した。 Loresta IP MCP-250 (三菱油化製) を用いてこのペレットの 表面抵抗を測定し、 電気伝導度を算出したところ 14 S/cmであった。 比較例 4 :
重合性単量体として 1, 3—ジヒドロイソチアナフテン 1.86g (0.014 mo 1 ) を用い、 重合時間を 2時間とした以外は比較例 2に従ってポリマー を調製した。 乾燥後に得られたポリマーを真空下において 10 tの加圧を 3 分継続しながら成形し、 半径 1 cmのペレツトを作成した。 Loresta IP MCP- 250 (三菱油化製) を用いてこのペレットの表面抵抗を測定し、 電気伝導度 を算出したところ、 0.0033SZcmであった。
得られたポリマーの 50,000倍に拡大した SEM写真を図 9に示す。 これ にはフィブリル構造が認められなかった。 実施例 1 7 :
30m 1サンプル管に過硫酸アンモニゥムを 6.85 g (0.03m o 1 ) 秤取し、 これに 0.1 N— HC 1水溶液 8m 1を入れて溶液を調製した。 これに重合性 単量体としてァニリン 1.86g (0.02m o 1) を静かに注ぎ入れた。 サンプル 管を 40での温浴に漬け、 重合を開始させた。 2時間後に加熱をやめ、 サン プル管を取り出し、 ろ過にて重合物を取り出した。 この固形分に水 100 m 1加えて 1時間撹拌後ろ過して余分な過硫酸アンモニゥムを溶解除去し、 次にアセトン 100mlを加えて 1時間撹拌後ろ過し、 未反応のァニリンや 可溶性の低重合体を取り除く工程を経て精製した。 室温にて一昼夜真空乾燥 し、 得られたポリマ一を真空下において 1 0 tの加圧を 3分継続しながら成 形し、 半径 1 c mのペレツトを作成した。 Loresta IP MCP-250 (三菱油化 製) を用いてこのペレットの表面抵抗を測定し、 電気伝導度を算出したとこ ろ、 1 0 S / c mであった。 比較例 5 :
重合性単量体としてァニリン 1.86 g (0.02m o 1 ) を用いた以外は比較例 3に従ってポリマ一を調製した。 乾燥後に得られたポリマーを真空下におい て 1 0 tの加圧を 3分継続しながら成形し、 半径 1 c mのペレツトを作成し た。 Loresta IP MCP-250 (三菱油化製) を用いてこのペレツトの表面抵抗を 測定し、 電気伝導度を算出したところ、 0.0024S Z c mであった。 実施例 1 8 :
3 0 m 1サンプル管に過硫酸アンモニゥムを 6.85 g (0.03m o 1 ) とアン トラキノン— 2—スルホン酸ナトリウム 0.46 g (0.0014m o 1 ) を抨取し、 これに水 8 m lを入れて溶液を調製した。 これに重合性単量体として 3, 4 一エチレンジォキシチォフェン 2.87 g (0.02m o 1 ) を静かに注ぎ入れた。 サンプル管を 4 0 °Cの温浴に漬け、 重合を開始させた。 2時間後に加熱をや め、 サンプル管を取り出し、 ろ過にて重合物を取り出した。 この固形分に水 1 0 0 m l加えて 1時間撹拌後ろ過して余分な過硫酸アンモニゥムゃアント ラキノン— 2—スルホン酸ナトリゥムを溶解除去し、 次にァセトン 1 0 0 m lを加えて 1時間撹拌後ろ過し、 未反応の 3, 4 _エチレンジォキシチォ フェンゃ可溶性の低重合体等を取り除く工程を経て精製した。 室温にて一昼 夜真空乾燥し、 得られたポリマーを真空下において 1 0 tの加圧を 3分継続 しながら成形し、 半径 1 c mのペレツトを作成した。 Loresta IP MCP-250 (三菱油化製) を用いてこのペレットの表面抵抗を測定し、 電気伝導度を算 出したところ、 26 S/cmであった。 実施例 19 :
30m 1サンプル管に過硫酸アンモニゥムを 6.85g (0.03m o 1 ) 秤取し、 これに水 8m 1を入れて溶液を調製した。 これに重合性単量体として 3, 4 —エチレンジォキシチォフェン 2.87g (0.02m o 1 ) を静かに注ぎ入れた。 サンプル管を 40 の温浴に漬け、 重合を開始させた。 2時間後に加熱をや め、 サンプル管を取り出し、 ろ過にて重合物を取り出した。 再度、 30m l サンプル管に過硫酸アンモニゥムを 6.85g (0.03m o 1) 抨取し、 これに水 8m 1を入れて溶液を調製した。 これに重合性単量体として 3, 4ーェチレ ンジォキシチォフェン 2.87g (0.02m o 1 ) を静かに注ぎ入れ、 取り出して おいた重合物を系内に入れ、 サンプル管を 40°Cの温浴に漬け重合を開始さ せた。 この工程を 3回実施し、 重合体を積層させた。 この固形分に水 100 m 1加えて 1時間撹拌後ろ過して余分な過硫酸アンモニゥムを溶解除去し、 次にアセトン 100mlを加えて 1時間撹拌後ろ過し、 未反応の 3, 4—ェ チレンジォキシチオフェンゃ可溶性の低重合体を取り除く工程を経て精製し た。 室温にて一昼夜真空乾燥し、 乾燥後に得られたポリマーを真空下におい て 10 tの加圧を 3分継続しながら成形し、 半径 1 cmのペレツトを作成し た。 Loresta IP MCP-250 (三菱油化製) を用いてこのペレツ卜の表面抵抗を 測定し、 電気伝導度を算出したところ、 29 S/cmであった。 実施例 20 :
30m 1サンプル管にパラトルエンスルホン酸鉄 (ΠΙ) · 6水和物を 27.10 g (0.04mo 1) 秤取し、 これに水 8 mlを入れて酸化剤水溶液を調製 した。 これに重合性単量体としてフラン 1.36g (0.02m o 1) を静かに注ぎ 入れた。 フランは水溶液の上層となり、 その間に界面を生じた。 サンプル管 を 40°Cの温浴に漬け、 重合を開始させた。 2時間後に加熱をやめ、 サンプ ル管を取り出し、 ろ過にて重合物を取り出した。 この固形分に水 100m l 加えて 1時間撹拌後、 ろ過して余分なパラトルエンスルホン酸鉄 (ΠΙ) · 6 水和物を溶解して除去し、 次にアセトン 100m lを加えて 1時間撹拌後ろ 過し、 未反応のフラン及び可溶性の低重合体を除去し精製した。 室温にて一 昼夜真空乾燥した。 得られた重合体を真空下において 10トン (t) の加圧 を 3分継続しながら成形し、 半径 1 cmのペレツトを作成した。 Loresta IP MCP-250 (三菱油化製) を用いてこのペレットの表面抵抗を測定し、 電気伝 導度を算出したところ、 13 SZcmであった。
また、 ここで得られた導電性重合体層を実施例 14と同様な条件で走査電 子顕微鏡写真で観察したところ、 図 3及び図 4と類似のフィプリル形状が観 察された。 実施例 21 :
30m 1サンプル管に塩化第二鉄を 6.49g (0.04m o 1) 秤取し、 これに 水 8m 1を入れて塩化第二鉄水溶液を調製した。 これに重合性単量体として ピロール 1.34g (0.02m o 1 ) を静かに注ぎ入れた。 ピロ一ルは水溶液の上 層となり、 その間に界面を生じた。 サンプル管を 40 の温浴に漬け、 重合 を開始させた。 2時間後に加熱をやめ、 サンプル管を取り出し、 ろ過にて重 合物を取り出した。 この固形分に水 100m 1加えて 1時間撹拌後、 ろ過し て余分な塩化第二鉄を溶解して除去し、 次にアセトン 100m lを加えて 1 時間撹拌後ろ過し、 未反応のピロール及び可溶性の低重合体を除去し精製し た。 室温にて一昼夜真空乾燥した。 得られたポリマーを真空下において 10 トン (t) の加圧を 3分継続しながら成形し、 半径 1 cmのペレットを作成 した。 Loresta IP MCP-250 (三菱油化製) を用いてこのペレツトの表面抵抗 を測定し、 電気伝導度を算出したところ、 21 SZcmであった。 また、 ここで得られた導電性重合体層を実施例 1 4と同様な条件で走査電 子顕微鏡写真で観察したところ、 図 3及び図 4と類似のフィプリル形状が観 察された。 産業上の利用可能性
本発明によれば、 一般式 (6 ) 〜 (1 0 ) で示される重合性単量体を単独 あるいは前記重合性単量体をドーピング能を有する電解質と共に、 重合開始 能を有する酸化剤を含有する溶液に接触させ、 形成される界面で重合すると いう簡便な化学酸化重合手法により、 フィブリル構造を有し、 異方性に優れ かつ皮膜性に優れた一般式 (1 ) 〜 (5 ) で示される繰り返し単位を含む高 導電性の膜状重合体組成物が得られる。 この様な高導電性重合体組成物は、 高導電性固体電解質として、 固体電解コンデンサを始め、 導電材料として帯 電防止材、 電波吸収材等産業上種々の用途に利用可能である。
また本発明によれば、 導電性重合体を固体電解質とする固体電解コンデン ザにおいて、 前記フィブリル構造を有し、 異方性に優れかつ皮膜性に優れた 一般式 (1 ) 〜 (5 ) で示される繰り返し単位を含む重合体の固体電解質を 誘電体皮膜上に形成させることにより、 熱応力の緩和能力およびペース卜層 との密着性に優れた固体電解質層が得られる。
更に本発明は、 陽極の微細孔内において空間部が残るように高導電性のフ イブリルを有する膜状の前記固体電解質で覆うことにより、 導通時の皮膜修 復能力にも優れた固体電解質層を得ることができる。
これにより、 初期特性 (損失係数、 漏れ電流、 耐熱性、 高周波領域での等 価直列抵抗およびインピーダンスなど) のみならず、 長期信頼性 (高温、 高 湿下における耐久性など) にも優れた固体電解コンデンサ素子を提供するこ とができる。

Claims

請求の範囲
1 . 多孔質で弁作用を有する金属の誘電体皮膜上に、 フィブリル構造を有す る重合体からなる固体電解質層を形成した固体電解コンデンサ。
2 . 前記重合体が、 下記一般式 (1 )
Figure imgf000050_0001
(式中、 R 1及び R 2は、 それぞれ独立して水素原子、 炭素数 1〜1 0の直鎖 状もしくは分岐状の飽和もしくは不飽和のアルキル基、 アルコキシ基あるい はアルキルエステル基、 またはハロゲン原子、 ニトロ基、 シァノ基、 1級、 2級もしくは 3級ァミノ基、 C F 3基、 フエニル基及び置換フエニル基から なる群から選ばれる一価基を表わす。 また、 R 1及び R 2の炭化水素鎖は互い に任意の位置で結合して、 かかる基により置換を受けている炭素原子と共に 3〜 7員環の飽和または不飽和炭化水素の環状構造を形成する二価鎖を形成 してもよい。 前記環状結合鎖にはカルボニル、 エーテル、 エステル、 アミド、 スルフイ ド、 スルフィニル、 スルホニル、 ィミノの結合を任意の位置に含ん でもよい。 また δは 0〜1の範囲である。 Ζは陰イオンを表わし、 jは Ζの 価数を表わし、 1または 2である。 )
で示されるチォフェン骨格構造を繰り返し単位として含むフィブリル構造を 有する導電性重合体である請求の範囲 1に記載の固体電解コンデンサ。
3 . 前記重合体が、 下記一般式 (2 )
Figure imgf000051_0001
(式中、 R3、 R4、 R\ R6、 R7及び R8は、 それぞれ独立して水素原子、 炭素数 1〜 10の直鎖状もしくは分岐状の飽和もしくは不飽和のアルキル基、 アルコキシ基あるいはアルキルエステル基、 またはハロゲン原子、 ニトロ基、 シァノ基、 1級、 2級もしくは 3級ァミノ基、 CF3基、 フエニル基及び置 換フエニル基からなる群から選ばれる一価基を表わす。 また、 R3、 R4、 R5、 R6、 R7または R8の炭化水素鎖は互いに任意の位置で結合して、 か かる基により置換を受けている炭素原子と共に少なくとも 1つ以上の 3〜 7 員環の飽和または不飽和炭化水素の環状構造を形成する二価鎖を形成しても よい。 前記環状結合鎖にはカルボニル、 エーテル、 エステル、 アミド、 スル フイド、 スルフィエル、 スルホニル、 ィミノの結合を任意の位置に含んでも よい。 kはチォフェン環と置換基 R3乃至 R6を有するベンゼン環に囲まれた 縮合環の数を表わし、 0または 1〜3の整数である。 式中の縮合環には窒素 または N—ォキシドを任意の数含んでもよいが、 その数だけ置換基 R3乃至 R8は減少することになる。 δは 0〜1の範囲である。 Ζは陰イオンを表わ し、 jは Ζの価数を表わし、 1または 2である。 )
で示される縮合多環式骨格構造を繰り返し単位として含むフィブリル構造を 有する導電性重合体である請求の範囲 1に記載の固体電解コンデンサ。
4. 前記重合体が、 下記一般式 (3)
Figure imgf000052_0001
(式中、 R9及び R1 Qは、 それぞれ独立して水素原子、 炭素数 1〜10の直 鎖状もしくは分岐状の飽和もしくは不飽和のアルキル基、 アルコキシ基ある いはアルキルエステル基、 またはハロゲン原子、 ニトロ基、 シァノ基、 1級、 2級もしくは 3級ァミノ基、 CF3基、 フエニル基及び置換フエニル基から なる群から選ばれる一価基を表わす。 R9及び R1 Qの炭化水素鎖は互いに 任意の位置で結合して、 かかる基により置換を受けている炭素原子と共に少 なくとも 1つ以上の 3〜 7員環の飽和または不飽和炭化水素の環状構造を形 成する二価鎖を形成してもよい。 前記環状結合鎖には、 カルボニル、 ェ一テ ル、 エステル、 アミド、 スルフイ ド、 スルフィニル、 スルホニル、 ィミノの 結合を任意の位置に含んでもよい。 δは 0〜1の範囲である。 Ζは陰イオン を表わし、 jは Ζの価数を表わし、 1または 2である。 )
で示されるピ口一ル骨格構造を繰り返し単位として含むフィプリル構造を有 する導電性重合体である請求の範囲 1に記載の固体電解コンデンサ。
5. 前記重合体が、 下記一般式 (4)
Figure imgf000052_0002
(式中、 置換基 R11及び R12は、 それぞれ独立して水素原子、 炭素数 1 10の直鎖状もしくは分岐状の飽和もしくは不飽和のアルキル基、 アルコキ シ基あるいはアルキルエステル基、 またはハロゲン原子、 ニトロ基、 シァノ 基、 1級、 2級もしくは 3級ァミノ基、 CF3基、 フエニル基及び置換フエ ニル基からなる群から選ばれる一価基を表わす。 R 11及び R 12の炭化水素 鎖は互いに任意の位置で結合して、 かかる基により置換を受けている炭素原 子と共に少なくとも 1つ以上の 3〜 7員環の飽和または不飽和炭化水素の環 状構造を形成する二価鎖を形成してもよい。 前記環状結合鎖には、 カルボ二 ル、 エーテル、 エステル、 アミド、 スルフイド、 スルフィニル、 スルホニル、 ィミノの結合を任意の位置に含んでもよい。 <5は 0〜1の範囲である。 Zは 陰イオンを表わし、 jは Zの価数を表わし、 1または 2である。 ) で示され るフラン骨格構造を繰り返し単位として含むフィプリル構造を有する導電性 重合体である請求の範囲 1に記載の固体電解コンデンサ。
6. 前記重合体が、 下記一般式 (5)
Figure imgf000053_0001
(式中、 置換基 R13、 R14、 R15及び R16は、 それぞれ独立して水素原子、 炭素数 1〜 10の直鎖状もしくは分岐状の飽和もしくは不飽和のアルキル基、 アルコキシ基あるいはアルキルエステル基、 またはハロゲン原子、 ニトロ基、 シァノ基、 1級、 2級もしくは 3級ァミノ基、 CF3基、 フエニル基及び置 換フエニル基からなる群から選ばれる一価基を表わす。 R13、 R14、 R15 または R 16の炭化水素鎖は互いに任意の位置で結合して、 かかる基により置 換を受けている炭素原子と共に少なくとも 1つ以上の 3乃至 7員環の飽和ま たは不飽和炭化水素の環状構造を形成する二価鎖を少なくとも 1つ以上形成 してもよい。 前記結合鎖には、 カルボニル、 エーテル、 エステル、 アミド、 スルフイ ド、 スルフィニル、 スルホニル、 ィミノの結合を任意の位置に含ん でもよい。 δは 0〜 1の範囲である。 ζは陰イオンを表わし、 jは ζの価数 を表わし、 1または 2である。 )
で示されるァニリン骨格構造を繰り返し単位として含むフイブリル構造を有 する導電性重合体である請求の範囲 1に記載の固体電解コンデンサ。 7 . 前記重合体の固体電解質層の導電性が、 0.1〜2 0 0 S / c mである請 求の範囲 2乃至 6のいずれかの項に記載の固体電解コンデンサ。
8 . 多孔質で弁作用を有する金属の誘電体皮膜上に重合体からなる固体電解 質層を設ける固体電解コンデンサの製造方法において、
前記誘電体皮膜上で、 重合性単量体と飽和または過飽和状態を維持した重 合開始能を有する酸化剤の単独溶液または前記酸化剤とドーピング能を有す る電解質の混合溶液とを接触させて、 前記誘電体皮膜上にフィブリル構造を 有する重合体の膜状組成物を形成する工程を含むことを特徴とするフィプリ ル構造を有する重合体からなる固体電解質層を形成した固体電解コンデンサ の製造方法。
9 . 多孔質で弁作用を有する金属の誘電体皮膜上に重合体からなる固体電解 質層を設ける固体電解コンデンザの製造方法において、
前記誘電体皮膜上で、 重合性単量体溶液あるいは重合性単量体とドーピン グ能を有する電解質とを溶解した溶液と、 飽和または過飽和状態を維持した 重合開始能を有する酸化剤の単独溶液または前記酸化剤とドーピング能を有 する電解質の混合溶液を接触させて、 前記誘電体皮膜上にフィブリル構造を 有する重合体の膜状組成物を形成する工程を含むことを特徴とするフィプリ ル構造を有する重合体からなる固体電解質層を形成した固体電解コ の製造方法。
1 0 . 前記誘電体皮膜上で、 下記一般式 (6 )
Figure imgf000055_0001
(式中、 置換基 R 1及び R 2は、 それぞれ独立して水素原子、 炭素数 1〜1 0 の直鎖状もしくは分岐状の飽和もしくは不飽和のアルキル基、 アルコキシ基 あるいはアルキルエステル基、 またはハロゲン原子、 ニトロ基、 シァノ基、 1級、 2級もしくは 3級ァミノ基、 トリハロメチル基、 フエニル基及び置換 フエニル基からなる群から選ばれる一価基を表わす。 R 1及び R 2の炭化水素 鎖は互いに任意の位置で結合して、 かかる基により置換を受けている炭素原 子と共に 3〜 7員環の飽和または不飽和炭化水素の環状構造を形成する二価 鎖を形成してもよい。 前記環状結合鎖には力ルポニル、 エーテル、 エステル、 アミド、 スルフイ ド、 スルフィニル、 スルホニル、 ィミノの結合を任意の位 置に含んでもよい。 )
で示される重合性単量体と、 重合開始能を有する酸化剤を含有する溶液とを 接触させて前記誘電体皮膜上にフイブリル構造を有する重合体の膜状組成物 を形成する請求の範囲 8または 9に記載の固体電解コンデンザの製造方法。
1 1 . 前記誘電体皮膜上で、 下記一般式 (7 )
Figure imgf000056_0001
(式中、 置換基 R3、 R4、 R5、 R6、 R7及び R8は、 それぞれ独立して水 素原子、 炭素数 1〜10の直鎖状もしくは分岐状の飽和もしくは不飽和のァ ルキル基、 アルコキシ基あるいはアルキルエステル基、 またはハロゲン原子、 ニトロ基、 シァノ基、 1級、 2級もしくは 3級ァミノ基、 CF3基、 フエ二 ル基及び置換フエニル基からなる群から選ばれる一価基を表わす。 また、 R3、 R4、 R5、 R6、 R7または R8の炭化水素鎖は互いに任意の位置で結 合して、 かかる基により置換を受けている炭素原子と共に少なくとも 1っ以 上の 3〜 7員環の飽和または不飽和炭化水素の環状構造を形成する二価鎖を 形成してもよい。 前記環状結合鎖にはカルボニル、 エーテル、 エステル、 ァ ミド、 スルフイド、 スルフィニル、 スルホニル、 ィミノの結合を任意の位置 に含んでもよい。 kはチォフェン環と置換基 R 3乃至 R 6を有するベンゼン環 に囲まれた縮合環の数を表わし、 0または 1〜3の整数である。 式中の縮合 環には窒素または N—才キシドを任意の数含んでもよいが、 その数だけ置換 基 R3乃至 R8は減少することになる。 ) で示される重合性単量体と、 重合開 始能を有する酸化剤を含有する溶液とを接触させて前記誘電体皮膜上にフィ ブリル構造を有する重合体の膜状組成物を形成する請求の範囲 8または 9に 記載の固体電解コンデンザの製造方法。 0/02214
2. 前記誘電体皮膜上で、 下記一般式 (8)
Figure imgf000057_0001
(式中、 R9及び R1Qは、 それぞれ独立して水素原子、 炭素数 1〜10の直 鎖状もしくは分岐状の飽和もしくは不飽和のアルキル基、 アルコキシ基ある いはアルキルエステル基、 またはハロゲン原子、 ニトロ基、 シァノ基、 1級、 2級もしくは 3級ァミノ基、 CF3基、 フエニル基及び置換フエニル基から なる群から選ばれる一価基を表わす。 R 9及び R1Qの炭化水素鎖は互いに任 意の位置で結合して、 かかる基により置換を受けている炭素原子と共に少な くとも 1つ以上の 3〜 7員環の飽和または不飽和炭化水素の環状構造を形成 する二価鎖を形成してもよい。 前記環状結合鎖には、 カルボニル、 エーテル、 エステル、 アミド、 スルフイ ド、 スルフィニル、 スルホニル、 ィミノの結合 を任意の位置に含んでもよい。 )
で示される重合性単量体と、 重合開始能を有する酸化剤を含有する溶液とを 接触させて前記誘電体皮膜上にフィブリル構造を有する重合体の膜状組成物 を形成する請求の範囲 8または 9に記載の固体電解コンデンザの製造方法。
3. 前記誘電体皮膜上で、 下記一般式 (9)
Figure imgf000057_0002
(式中、 置換基 R 11及び R 12は、 それぞれ独立して水素原子、 炭素数 1 1 oの直鎖状もしくは分岐状の飽和もしくは不飽和のアルキル基、 アルコキ シ基あるいはアルキルエステル基、 またはハロゲン原子、 ニトロ基、 シァノ 基、 1級、 2級もしくは 3級ァミノ基、 CF3基、 フヱニル基及び置換フエ ニル基からなる群から選ばれる一価基を表わす。 R 11及び R 12の炭化水素 鎖は互いに任意の位置で結合して、 かかる基により置換を受けている炭素原 子と共に少なくとも 1つ以上の 3〜 7員環の飽和または不飽和炭化水素の環 状構造を形成する二価鎖を形成してもよい。 前記環状結合鎖には、 カルボ二 ル、 エーテル、 エステル、 アミド、 スルフイド、 スルフィニル、 スルホニル、 ィミノの結合を任意の位置に含んでもよい。 )
で示される重合性単量体と、 重合開始能を有する酸化剤を含有する溶液とを 接触させて前記誘電体皮膜上にフイブリル構造を有する重合体の膜状組成物 を形成する請求の範囲 8または 9に記載の固体電解コンデンザの製造方法。
14. 前記誘電体皮膜上で、 下記一般式 (10)
Figure imgf000058_0001
(式中、 置換基 R13、 R14、 R15及び R16は、 それぞれ独立して水素原子、 炭素数 1〜 10の直鎖状もしくは分岐状の飽和もしくは不飽和のアルキル基、 アルコキシ基あるいはアルキルエステル基、 またはハロゲン原子、 ニトロ基、 シァノ基、 1級、 2級もしくは 3級ァミノ基、 CF3基、 フエニル基及び置 換フエニル基からなる群から選ばれる一価基を表わす。 R13、 R14、 R15 または R 16の炭化水素鎖は互いに任意の位置で結合して、 かかる基により置 換を受けている炭素原子と共に少なくとも 1つ以上の 3乃至 1員環の飽和ま たは不飽和炭化水素の環状構造を形成する二価鎖を少なくとも 1つ以上形成 してもよい。 前記結合鎖には、 カルボニル、 エーテル、 エステル、 アミド、 スルフイ ド、 スルフィニル、 スルホニル、 ィミノの結合を任意の位置に含ん でもよい。 )
で示される重合性単量体と、 重合開始能を有する酸化剤を含有する溶液とを 接触させて前記誘電体皮膜上にフィブリル構造を有する重合体の膜状組成物 を形成する請求の範囲 8または 9に記載の固体電解コンデンザの製造方法。
1 5 . 重合性単量体の濃度が 0.01〜5 m o 1 ZLである請求の範囲 9に記載 の固体電解コンデンサの製造方法。
1 6 . ドーピング能を有する電解質の濃度が O.OOlm o 1 / L〜2.5m o 1 / Lの範囲である請求の範囲 8または 9に記載の固体電解コンデンザの製造方 法。
1 7 . 重合開始能を有する酸化剤が過硫酸塩類、 重クロム酸塩類、 3価の鉄 塩類から選ばれる少なくとも 1種の化合物である請求の範囲 8または 9に記 載の固体電解コンデンザの製造方法。 1 8 . 重合開始能を有する酸化剤の濃度が重合性単量体の濃度の 0.01〜 5倍 である請求の範囲 8または 9に記載の固体電解コンデンサの製造方法。
1 9 . 重合体からなる固体電解質を形成する工程を 2〜3 0回繰り返して膜 状組成物を形成する請求の範囲 8乃至 1 4のいずれかに記載の固体電解コン デンサの製造方法。 00/02214
2 0 . 下記一般式 ( 1 )
Figure imgf000060_0001
(式中、 置換基 R 1及び R 2は、 それぞれ独立して水素原子、 炭素数 1〜1 0 の直鎖状もしくは分岐状の飽和もしくは不飽和のアルキル基、 アルコキシ基 あるいはアルキルエステル基、 またはハロゲン原子、 ニトロ基、 シァノ基、 1級、 2級もしくは 3級ァミノ基、 C F 3基、 フエニル基及び置換フエニル 基からなる群から選ばれる一価基を表わす。 R 1及び R 2の炭化水素鎖は互い に任意の位置で結合して、 かかる基により置換を受けている炭素原子と共に 3〜 7員環の飽和または不飽和炭化水素の環状構造を形成する二価鎖を形成 してもよい。 該環状結合鎖には力ルポニル、 エーテル、 エステル、 アミド、 スルフイド、 スルフィニル、 スルホニル、 ィミノの結合を任意の位置に含ん でもよい。 また 5は 0〜 1の範囲である。 Ζは陰イオンを表わし、 jは Ζの 価数を表わし、 1または 2である。 δは 0〜1の範囲である。 Ζは陰イオン を表わし、 jは Ζの価数を表わし、 1または 2である。 )
で示されるチォフエン骨格構造を繰り返し単位として含むフイブリル構造を 有する高導電性重合体。
2 1 . 下記一般式 (2 )
Figure imgf000061_0001
(式中、 置換基 R3、 R4、 R5、 R6、 R7及び R8はそれぞれ独立して水素 原子、 炭素数 1〜10の直鎖状もしくは分岐状の飽和もしくは不飽和のアル キル基、 アルコキシ基あるいはアルキルエステル基、 または八ロゲン原子、 ニトロ基、 シァノ基、 1級、 2級もしくは 3級ァミノ基、 CF3基、 フエ二 ル基及び置換フエニル基からなる群から選ばれる一価基を表わす。 また R3、 R4、 R5、 R6、 R7または R8の炭化水素鎖は互いに任意の位置で結合して、 かかる基により置換を受けている炭素原子と共に少なくとも 1つ以上の 3〜 7員環の飽和または不飽和炭化水素の環状構造を形成する二価鎖を形成して もよい。 該環状結合鎖には力ルポニル、 エーテル、 エステル、 アミド、 スル フイ ド、 スルフィニル、 スルホニル、 ィミノの結合を任意の位置に含んでも よい。 kはチォフェン環と置換基 R 3乃至 R 6を有するベンゼン環に囲まれた 縮合環の数を表わし、 0または 1〜3の整数である。 式中の縮合環には窒素 または N—才キシドを任意に含んでもよいが、 その数だけ置換基 R3〜R8は ないことになる。 5は 0〜1の範囲である。 Ζは陰イオンを表わし、 jは Ζ の価数を表わし、 1または 2である。 )
で示される縮合多環式骨格構造を繰り返し単位として含むフィブリル構造を 有する高導電性重合体。
22. 下記一般式 (3)
Figure imgf000062_0001
(式中、 R9及び R1 Gは、 それぞれ独立して水素原子、 炭素数 1〜1 0の直 鎖状もしくは分岐状の飽和もしくは不飽和のアルキル基、 アルコキシ基ぁる いはアルキルエステル基、 またはハロゲン原子、 ニトロ基、 シァノ基、 1級、 2級もしくは 3級ァミノ基、 CF3基、 フエニル基及び置換フエニル基から なる群から選ばれる一価基を表わす。 R 9及び R1 Qの炭化水素鎖は互いに任 意の位置で結合して、 かかる基により置換を受けている炭素原子と共に少な くとも 1つ以上の 3〜 7員環の飽和または不飽和炭化水素の環状構造を形成 する二価鎖を形成してもよい。 前記環状結合鎖には、 カルボニル、 エーテル、 エステル、 アミド、 スルフイ ド、 スルフィニル、 スルホニル、 ィミノの結合 を任意の位置に含んでもよい。 δは 0〜1の範囲である。 Zは陰イオンを表 わし、 jは Zの価数を表わし、 1または 2である。 )
で示されるピロ一ル骨格構造を繰り返し単位として含むフィブリル構造を有 する高導電性重合体。
23. 下記一般式 (4)
Figure imgf000062_0002
(式中、 置換基 R11及び R12は、 それぞれ独立して水素原子、 炭素数 1 10の直鎖状もしくは分岐状の飽和もしくは不飽和のアルキル基、 アルコキ シ基あるいはアルキルエステル基、 またはハロゲン原子、 ニトロ基、 シァノ 基、 1級、 2級もしくは 3級ァミノ基、 CF3基、 フエニル基及び置換フエ ニル基からなる群から選ばれる一価基を表わす。 R 11及び R 12の炭化水素 鎖は互いに任意の位置で結合して、 かかる基により置換を受けている炭素原 子と共に少なくとも 1つ以上の 3〜 7員環の飽和または不飽和炭化水素の環 状構造を形成する二価鎖を形成してもよい。 前記環状結合鎖には、 カルボ二 ル、 エーテル、 エステル、 アミド、 スルフイ ド、 スルフィニル、 スルホニル、 ィミノの結合を任意の位置に含んでもよい。 δは 0〜1の範囲である。 Ζは 陰イオンを表わし、 jは Ζの価数を表わし、 1または 2である。 )
で示されるフラン骨格構造を繰り返し単位として含むフィプリル構造を有す る高導電性重合体。
24. 下記一般式 (5)
Figure imgf000063_0001
(式中、 置換基 R13、 R14、 R15及び R16は、 それぞれ独立して水素原子、 炭素数 1〜 10の直鎖状もしくは分岐状の飽和もしくは不飽和のアルキル基、 アルコキシ基あるいはアルキルエステル基、 またはハロゲン原子、 ニトロ基、 シァノ基、 1級、 2級もしくは 3級ァミノ基、 CF3基、 フエニル基及び置 換フエ二ル基からなる群から選ばれる一価基を表わす。 R13、 R14、 R15 または R 16の炭化水素鎖は互いに任意の位置で結合して、 かかる基により置 換を受けている炭素原子と共に少なくとも 1つ以上の 3乃至 1員環の飽和ま たは不飽和炭化水素の環状構造を形成する二価鎖を少なくとも 1つ以上形成 してもよい。 前記結合鎖には、 力ルポニル、 ェ一テル、 エステル、 アミド、 スルフイ ド、 スルフィニル、 スルホニル、 ィミノの結合を任意の位置に含ん でもよい。 δは 0〜1の範囲である。 ζは陰イオンを表わし、 jは ζの価数 を表わし、 1または 2である。 )
で示されるァニリン骨格構造を繰り返し単位として含むフイブリル構造を有 する高導電性重合体。 25. 下記一般式 (6)
Figure imgf000064_0001
(式中、 R1及び R2は、 請求の範囲 10の記載と同じ意味を表わす。 ) 一般式 (7)
Figure imgf000064_0002
(式中、 R3、 R4、 R5、 R6、 R7及び R8は、 請求の範囲 1 1の記載と同 じ意味を表わす。 ) 、
一般式 (8)
Figure imgf000065_0001
(式中、 R9及び R1Gは、 請求の範囲 12の記載と同じ意味を表わす。 ) 般式 (9) 、
11 12
R R
(9)
、◦
(式中、 置換基 R11及び R12は、 請求の範囲 13の記載と同じ意味を表わ す。 ) 、 及び
一般式 (10)
Figure imgf000065_0002
(式中、 R13、 R14、 R15及び R16は、 請求の範囲 14の記載と同じ意味 を表わす。 )
で示される重合性単量体の少なくとも一種と、 重合開始能を有する酸化剤を 含有する溶液とを両者が界面を形成するように接触させ、 該界面で重合を行 わせることを特徴とするフィブリル構造を有する高導電性重合体の製造方法。
2 6 . 請求の範囲 2 5に記載の一般式 (6 ) 、 (7 ) 、 (8 ) 、 ( 9 ) 及び ( 1 0 ) で示される重合性単量体の少なくとも一種を溶剤に溶解して得られ る溶液と、 重合開始能を有する酸化剤を含有する溶液とを両者が界面を形成 するように接触させ、 該界面で重合を行わせる請求の範囲 2 5に記載のフィ ブリル構造を有する高導電性重合体の製造方法。
2 7 . 重合開始能を有する酸化剤を含有する溶液が、 ドーピング能を有する 電解質を含有する請求の範囲 2 5または 2 6に記載のフィブリル構造を有す る高導電性重合体の製造方法。
2 8 . 重合開始能を有する酸化剤を含有する溶液が飽和溶液または過飽和溶 液である請求の範囲 2 5乃至 2 7のいずれかに記載のフィブリル構造を有す る高導電性重合体の製造方法。 2 9 . 重合開始能を有する酸化剤の飽和溶液を作製し、 該飽和溶液作製温度 より低い温度で該酸化剤溶液と重合性単量体とを、 界面を形成するように接 触させ、 その後重合を行う請求の範囲 2 5または 2 6に記載のフィブリル構 造を有する高導電性重合体の製造方法。 3 0 . 重合開始能を有する酸化剤として、 過硫酸塩、 重クロム酸塩及び三価 の鉄塩の少なくとも一種を用いる請求の範囲 2 5または 2 6に記載のフイブ リル構造を有する高導電性重合体の製造方法。
3 1 . 溶剤として、 重合性単量体を溶解できる親水性有機溶媒を用いる請求 の範囲 2 6に記載のフィブリル構造を有する高導電性重合体の製造方法。
3 2 . 請求の範囲 2 5に記載のフィブリル構造を有する高導電性重合体の製 造方法において、 重合性単量体と酸化剤を含有する溶液とを接触させてフィ ブリル構造を有する高導電性重合体を生成させ、 これを洗浄するかまたは洗 浄せずにフィブリル構造を有する高導電性重合体の表面上において請求の範 囲 2 5に記載のフィブリル構造を有する高導電性重合体の製造方法を、 さら に複数回実施し、 重合体組成物を積層する、 フィブリル構造を有する高導電 性重合体の製造方法。
3 3 . 請求の範囲 2 6に記載のフィブリル構造を有する高導電性重合体の製 造方法において、 重合性単量体と酸化剤を含有する溶液とを接触させてフィ ブリル構造を有する高導電性重合体を生成させ、 これを洗浄するかまたは洗 浄せずにフイブリル構造を有する高導電性重合体の表面上において請求の範 囲 2 6に記載のフィブリル構造を有する高導電性重合体の製造方法を、 さら に複数回実施し、 重合体組成物を積層する、 フィブリル構造を有する高導電 性重合体の製造方法。
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