覆盖率提高的导电聚合物分散体制造技术

本发明专利技术提供了一种用于形成电解电容器的改进方法。该方法包括：提供阳极，其具有从该阳极本体延伸的阳极线；在所述阳极上形成电介质以形成经阳极化的阳极；施加第一浆料以形成第一浆料层，其中所述第一浆料包含导电聚合物和聚阴离子，其中所述聚阴离子和导电聚合物的重量比为第一重量比；以及在所述第一浆料层上施加第二浆料，其中所述第二浆料包含所述导电聚合物和所述聚阴离子，并且其中所述聚阴离子和所述导电聚合物的重量比为第二重量比，其中所述第二重量比低于所述第一重量比。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】覆盖率提高的导电聚合物分散体相关申请的交叉引用本申请要求于2015年12月15日提交的待决美国临时专利申请No.62/267,707的优先权。
本专利技术涉及形成固体电解电容器的改进方法以及由此形成的改进的电容器。更具体而言，本专利技术涉及用于改进固体电解电容器的边角覆盖率(cornerandedgecoverage)的材料和方法。本专利技术还公开了该固体电解电容器的制造方法。
技术介绍
已有大量文献记载了固体电解电容器的结构和制造。在固体电解电容器的结构中，将阀金属用作阳极。阳极本体可以为多孔小球，其通过压制和烧结高纯度粉末而制成；或者阳极本体也可以为箔，其经过蚀刻以提供更高的阳极表面积。经电解而形成阀金属的氧化物，以覆盖阳极的全部表面，并且用作电容器的电介质。固体阴极电解质通常选自种类非常有限的材料，包括：二氧化锰或者导电有机材料，例如聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩及其衍生物。具有本征导电聚合物作为阴极材料的固体电解电容器由于有利的低等效串联电阻(ESR)和“非燃烧/非引燃”故障模式而被广泛用于电子工业中。在导电聚合物阴极的情况下，通常通过化学氧化聚合、电化学氧化聚合或喷雾技术、以及其他被报道的不太期望的技术来施加导电聚合物。导电聚合物的主链包括共轭键合结构。聚合物大体上以两种状态存在，即未掺杂的非导电状态和掺杂的导电状态。在掺杂状态下，聚合物具有导电性，但由于沿聚合物链的高共轭度，导致其加工性较差。在其未掺杂的形式中，同样的聚合物失去了其导电性，但由于其溶解性更高，因此可以更容易地将其加工。当掺杂时，聚合物在其带正电荷的主链上引入阴离子部分作为组成部分。尽管在加工期间，聚合物可以是未掺杂的/掺杂的以实现某些工艺优点，但是为了实现高导电性，在工艺完成之后电容器中使用的导电聚合物必须是掺杂形式的。可以将包括聚吡咯、聚苯胺和聚噻吩在内的各种类型的导电聚合物应用于电容器。无论所采用的导电聚合物是何种类型，导电聚合物电容器的主要缺点是与相应的MnO2相比，其工作电压相对较低。当额定电压超过25V时，聚合物电容器在不同程度上存在可靠性的问题。据认为这是由相对较差的电介质-聚合物界面引起的，该界面具有较差的“自愈”能力。通过电容器的击穿电压(BDV)可以最好地表征耐受高电压的能力。BDV越高，可靠性越好。由于先前未知的原因，包括导电聚合物的电容器的击穿电压被限定在约55V，从而导致电容器仅能够在约25V的额定值下使用。这种限制阻碍了导电聚合物的更广泛的应用。美国专利No.7,563,290(该专利通过引用并入本文)描述了一种导电浆料法，其中例如通过浸渍来沉积导电聚合物分散体。由此得到的电容器表现出优异的高电压性能、更低的直流泄漏电流(DCL)以及更高的长期可靠性。理想的电容器装置具有高可靠性并且能够承受压力环境。因此，对于高质量电容器产品，阳极的完整性和导电聚合物阴极的坚固性是必不可少的。然而，在阳极上形成无缺陷的导电聚合物覆层并且该覆层在阳极树脂封装和表面安装期间能够承受热机械应力是具有挑战性的。聚合物浆料的不适当的施加通常会导致形成较差的聚合物覆层。在生产基于导电聚合物的阀金属电容器的制造方法中，将阀金属粉末(例如，钽)机械压制为阳极，随后将其烧结以形成多孔体。将阳极在液体电解质中进行阳极化至预定电压以形成电介质层，随后通过原位聚合法在电介质层上形成导电聚合物的阴极层，其中该原位聚合法包括多循环氧化剂/单体施加和聚合反应。然后用石墨和Ag覆盖阳极，然后组装并且模制成最终装置。特别关注的是在边角上形成足够的聚合物覆层。为了在阳极上，特别是在边角上实现高质量的聚合物覆层，使用了许多类型的化合物以用于在阳极上形成预覆层，或将化合物添加到聚合物浆料中。美国专利No.7,658,986(该专利通过引用并入本文)描述了用聚合物浆料覆盖阳极的边角的难度。由于表面能效应，这些材料趋于从边角处离开。所得的边角处的薄覆盖导致装置的可靠性较差。如在美国专利No.7,658,986、D616,388、D599,309和D586,767(各专利通过引用并入本文)中所公开的，弥补阳极边角覆盖率差的一种方法是改变阳极的设计。虽然阳极设计的变化在某些方面是有益的，但即使阳极设计有助于聚合物浆料(作为主要阴极层)的边角覆盖率，覆盖率较差的影响仍然存在。在美国专利No.8,882,856(该专利通过引用并入本文)中提供了另一种改进边角覆盖率的方法，该专利描述了一组称为交联剂的化合物，其主要为多阳离子盐或胺。该专利教导了在导电聚合物分散体涂层的相邻层之间应用交联剂溶液，以在阳极的边角上实现良好的聚合物覆盖率。交联剂的有效性归因于多阳离子盐或胺与浆料/分散体颗粒的交联能力。虽然交联剂有利地改进了阳极边角上的覆层覆盖率，但这些交联剂(其本质上主要是离子性的)的加入存在降低成品的湿度性能的意想不到的后果。根据定义，交联剂是多官能团的，并且将一个聚合物链或链的一部分连接到另一个聚合物链或链的另一部分，因此趋于成为聚合物体系的一部分。尽管交联剂在许多应用中是有利的，但不希望离子交联剂与聚合物链反应并且成为聚合物链的一部分。离子材料，特别是低分子量离子化合物或流动离子化合物可以扩散通过各种阴极层，特别是在潮湿条件下，并且可能导致更高的泄漏电流。美国专利No.8,771,381(该专利通过引用并入本文)教导了使用非离子多元醇作为导电聚合物分散体的预涂层，以消除离子化合物的使用并提高覆盖率。美国专利No.9,030,807(该专利通过引用并入本文)教导了通过在导电聚合物分散体层之间使用一类潜酸固化催化剂(如胺封端的磺酸)以及某类纳米颗粒，以避免离子化合物的交联并改善覆盖率的方法。上述现有技术通过在导电聚合物分散体之间使用绝缘化合物来提高覆盖率。使绝缘材料位于导电聚合物之间会影响等效串联电阻(ESR)和其他电性能。因此，需要改进边角覆盖率而不影响电性能的材料和方法。本文提供了使用交联剂以在固体电解电容器上形成阴极层的进展。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供一种改进的固体电解电容器。本专利技术的另一个目的是提供一种用于制备具有良好的边角覆盖率的固体电解阴极电容器的改进方法。现在，出乎意料地发现：使用这样的导电聚合物分散体可以改进边角覆盖率，该导电聚合物分散体含有不同重量比的聚阴离子和导电聚合物，特别是在分散体中包含交联剂以及胺化合物，尤其是具有多个胺基的化合物是特别有利的。据发现，通过使用本专利技术的导电聚合物分散体代替现有技术的交联剂、封端的胺盐或多元醇，可以获得增强的ESR性能。如将认识到的，这些和其它优点提供了一种用于形成电解电容器的方法，其包括：提供具有从阳极本体延伸的阳极线的阳极；在所述阳极上形成电介质以形成经阳极化的阳极；施加第一浆料，从而形成第一浆料层，其中所述第一浆料包含导电聚合物和聚阴离子，其中所述聚阴离子和导电聚合物的重量比为第一重量比；以及在所述第一浆料层上施加第二浆料，其中所述第二浆料包含所述导电聚合物和聚阴离子，并且其中所述聚阴离子和导电聚合物的重量比为第二重量比，其中所述第二重量比低于所述第一重量比。在另一个实施方案中提供了一种形成电解电容器的方法，其包括：提供阳极，该阳极具有从其延伸的阳极引出端；在所述阳极上形成电介质；在第一导电聚合物层上由第一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种形成电解电容器的方法，包括：提供阳极，其具有从所述阳极本体延伸的阳极线；在所述阳极上形成电介质，以形成经阳极化的阳极；施加第一浆料，从而形成第一浆料层，其中所述第一浆料包含导电聚合物和聚阴离子，其中所述聚阴离子和导电聚合物的重量比为第一重量比；以及在所述第一浆料层上施加第二浆料，其中所述第二浆料包含所述导电聚合物和所述聚阴离子，并且其中所述聚阴离子和所述导电聚合物的重量比为第二重量比，其中所述第二重量比低于所述第一重量比。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.12.15 US 62/267,7071.一种形成电解电容器的方法，包括：提供阳极，其具有从所述阳极本体延伸的阳极线；在所述阳极上形成电介质，以形成经阳极化的阳极；施加第一浆料，从而形成第一浆料层，其中所述第一浆料包含导电聚合物和聚阴离子，其中所述聚阴离子和导电聚合物的重量比为第一重量比；以及在所述第一浆料层上施加第二浆料，其中所述第二浆料包含所述导电聚合物和所述聚阴离子，并且其中所述聚阴离子和所述导电聚合物的重量比为第二重量比，其中所述第二重量比低于所述第一重量比。2.根据权利要求1所述的形成电解电容器的方法，其中所述第一重量比不超过6。3.根据权利要求1所述的形成电解电容器的方法，其中所述第一重量比不超过4。4.根据权利要求3所述的形成电解电容器的方法，其中所述第一重量比不超过3.4。5.根据权利要求4所述的形成电解电容器的方法，其中所述第一重量比为3.0至3.4。6.根据权利要求1所述的形成电解电容器的方法，其中所述第二重量比不超过3。7.根据权利要求6所述的形成电解电容器的方法，其中所述第二重量比不超过2。8.根据权利要求7所述的形成电解电容器的方法，其中所述第二重量比不超过1。9.根据权利要求1所述的形成电解电容器的方法，其中所述第二重量比相比于所述第一重量比低至少5％。10.根据权利要求9所述的形成电解电容器的方法，其中所述第二重量比相比于所述第一重量比低至少6％。11.根据权利要求10所述的形成电解电容器的方法，其中所述第二重量比相比于所述第一重量比低至少8％。12.根据权利要求1所述的形成电解电容器的方法，还包括在所述的施加所述第一浆料之前，在所述电介质上形成导电聚合物层。13.根据权利要求12所述的形成电解电容器的方法，其中所述的形成所述导电聚合物层包括原位聚合。14.根据权利要求1所述的形成电解电容器的方法，其中所述第一浆料或所述第二浆料中的至少一者包含交联剂。15.根据权利要求14所述的形成电解电容器的方法，其中所述聚阴离子和所述交联剂在相同的分子中。16.根据权利要求14所述的形成电解电容器的方法，其中所述交联剂为胺。17.根据权利要求16所述的形成电解电容器的方法，其中所述胺选自二胺以及单胺。18.根据权利要求17所述的形成电解电容器的方法，其中所述优选的二胺为二氨基硅烷。19.根据权利要求17所述的形成电解电容器的方法，其中所述单胺为三(羟甲基)氨基甲烷。20.根据权利要求1所述的形成电解电容器的方法，其中所述导电聚合物包括噻吩。21.根据权利要求20所述的形成电解电容器的方法，其中所述噻吩包括聚亚乙基二氧噻吩。22.根据权利要求1所述的形成电解电容器的方法，其中所述聚阴离子包括磺酸。23.根据权利要求22所述的形成电解电容器的方法，其中所述磺酸为甲苯磺酸或聚苯乙烯磺酸。24.根据权利要求1所述的形成电解电容器的方法，其中所述阳极包含阀金属。25.根据权利要求24所述的形成电解电容器的方法，其中所述阀金属包括选自由Al、W、Ta、Nb、Ti、Zr和Hf构成的组中的材料。26.一种电容器，其是通过权利要求1所述的方法制成的。27.一种形成电解电容器的方法，其包括：提供阳极，其具从该阳极延伸的阳极引出端；在所述阳极上形成电介质；在所述第一导电聚合物层上由第一分散体形成第一分散体层，其中所述第一分散体包含导电聚合物和聚阴离子，所述聚阴离子与所述导电聚合物的重量比为第一重量比，并且该第一重量比不超过6；以及在所述第一分散体层上由第二分散体形成第二分散体层，其中所述第二分散体包含所述导电聚合物和所述聚阴离子，所述聚阴离子与所述导电聚合物的重量比为第二重量比，并且该第二重量比低于所述第一重量比，并且所述第二重量比不超过3。28.根据权利要求27所述的形成电解电容器的方法，还包括在所述的形成所述第一分散体层之前，在所述电介质上形成第一导电聚合物层。29.根据权利要求28所述的形成电解电容器的方法，其中所述的形成所述第一导电聚合物层包括原位聚合。30.根据权利要求27所述的形成电解电容器的方法，其中所述第一浆料或所述第二浆料中的至少一者包含交联剂。31.根据权利要求30所述的形成电解电容器的方法，其中所述交联剂为胺。32.根据权利要求31所述的形成电解电容器的方法，其中所述胺选自二胺以及单胺。33.根据权利要求32所述的形成电解电容器的方法，其中所述二胺为二氨基硅烷。34.根据权利要求32所述的形成电解电容器的方法，其中所述单胺为三(羟甲基)氨基甲烷。35.根据权利要求27所述的形成电解电容器的方法，其中所述导电聚合物包括噻吩。36.根据权利要求35所述的形成电解电容器的方法，其中所述噻吩包括聚亚乙基二氧噻吩。37.根据权利要求27所述的形成电解电容器的方法，其中所述聚阴离子包括磺酸。38.根据权利要求37所述的形成电解电容器的方法，其中所述磺酸为甲苯磺酸或聚苯乙烯磺酸。39.根据权利要求27所述的形成电解电容器的方法，其中所述第一重量比不超过4。40.根据权利要求39所述的形成电解电容器的方法，其中所述第一重量比不超过3.4。41.根据权利要求40所述的形成电解电容器的方法，其中所述第一重量比为3.0至3.4。42.根据权利要求27所述的形成电解电容器的方法，其中所述第二重量比不超过2。43.根据权利要求42所述的形成电解电容器的方法，其中所述第二重量比不超过1。44.根据权利要求27所述的形成电解电容器的方法，其中所述第二重量比相比于所述第一重量比低至少5％。45.根据权利要求44所述的形成电解电容器的方法，其中所述第二重量比相比于所述第一重量比至少低6％。46.根据权利要求45所述的形成电解电容器的方法，其中所述第二重量比相比于所述第一重量比至少低8％。47.根据权利要求27所述的形成电解电容器的方法，其中所述阳极包含阀金属。48.根据权利要求47所述的形...

【专利技术属性】
技术研发人员：安东尼·P·查科，菲利普·M·莱斯纳，约翰·约瑟夫·奥尔斯，史亚茹，陈庆平，
申请(专利权)人：凯米特电子公司，
类型：发明
国别省市：美国,US