具有改进的泄露电流的固体电解电容器制造技术

提供了甚至在多种条件下也能够呈现良好电性质的电容器组件。更特别地，电容器含有电容器元件，电容器元件包括烧结的多孔阳极体的、覆于阳极体之上的电介质和覆于电介质之上且由有机金属化合物形成的预涂层。含有内层和外层的固体电解质覆于预涂层之上，其中内层由原位聚合的导电聚合物形成并且外层由预聚合的导电聚合物颗粒形成。

Solid Electrolytic Capacitor with Improved Leakage Current

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有改进的泄露电流的固体电解电容器
技术介绍
固体电解电容器(例如，钽电容器)典型地通过以下方式制造：围绕金属引线丝压制金属粉末(例如，钽)，烧结经压制的部件，将烧结的阳极阳极化，并且随后施加固体电解质。由于本征导电聚合物的有利的低等效串联电阻(“ESR”)和“非燃烧/非点火”失效模式(failuremode)，其常常被用作固体电解质。例如，可通过在催化剂和掺杂剂的存在下3,4-二氧噻吩单体(“EDOT”)的原位化学聚合形成这样的电解质。然而，使用原位聚合的聚合物的常规电容器倾向于具有相对较高的泄露电流(“DCL”)并且在高电压下(比如在快速开启或运行电流尖峰期间所经历的)失效。在克服这些问题的尝试中，还已使用了由聚(3,4-亚乙基二氧噻吩)和聚(苯乙烯磺酸(“PEDOT：PSS”)的复合物形成的分散体。虽然使用PEDOT:PSS分散体可帮助降低泄露电流值，但是含有这类材料的产品倾向于在向电容器施加电压之后呈现出DCL随时间的缓慢下降。如此，目前存在对具有改进的性能的固体电解电容器的需要。
技术实现思路
根据本专利技术的一种实施方式，公开了包括电容器元件的电容器组件。电容器元件包括烧结的多孔阳极体、覆于阳极体之上的电介质、覆于电介质之上且由有机金属化合物形成的预涂层和覆于预涂层之上的固体电解质。固体电解质含有内层和外层，其中内层由原位聚合的导电聚合物形成并且外层由预聚合的导电聚合物颗粒形成。根据本专利技术的另一种实施方式，公开了形成电容器组件的方法，包括使烧结的多孔阳极体阳极氧化以形成阳极；向阳极施加包括有机金属化合物的溶液；在氧化催化剂的存在下使导电聚合物前体单体聚合以形成覆于预涂层之上的内部固体电解质层；和施加导电聚合物颗粒的分散体以形成覆于内部固体电解质层之上的外部固体电解质层。进一步地，有机金属化合物具有以下通式：其中，M为有机金属原子；R1、R2和R3独立地为烷基或羟烷基，其中R1、R2和R3中的至少一个为羟烷基；n为0至8的整数；并且X为有机或无机官能团。下文更详细地给出本专利技术的其他特征和方面。附图说明更特别地，参考所附附图，在说明书的其余部分中为本领域技术人员给出包括其最佳实施方式在内的全面的并且能够实现的本专利技术的公开，其中：图1为本专利技术的组件的电容器组件的一种实施方式的截面图；图2为本专利技术的组件的电容器组件的另一种实施方式的截面图；图3为本专利技术的组件的电容器组件的另一种实施方式的截面图；和图4为本专利技术的组件的电容器组件的另一种实施方式的俯视图。具体实施方式本领域技术人员应理解本讨论仅是示例性实施方式的描述，并且不意在限制本专利技术的更宽的方面，该更宽的方面体现在示例性构造中。一般而言，本专利技术涉及能够在宽范围的不同条件下呈现良好电性质的电容器组件。更特别地，电容器组件含有包括烧结的多孔阳极体和覆于阳极体之上的电介质的电容器元件。电容器元件还含有覆于电介质之上并且包括有机金属化合物的预涂层。固体电解质覆于预涂层之上，所述固体电解质含有由原位聚合的导电聚合物形成的内层和由预聚合的导电聚合物颗粒形成的外层。本专利技术人已发现，特定类型的预涂层、内部固体电解质层和外部固体电解质层的组合可产生具有一系列独特且优异的性质的电容器组件。例如，在经受施加的电压(例如，额定电压)90秒后，电容器组件可呈现仅约50微安(“μA”)或更低的DCL，在一些实施方式中约40μA或更低，在一些实施方式中为约30μA或更低，且在一些实施方式中，为约0.1至约20μA。进一步地，DCL衰减的速率相对较快使得在经受电压共180秒后，电容器组件可呈现甚至更低的DCL值，比如约大于90秒后的DCL值的约50％，在一些实施方式中大于约70％，且在一些实施方式中，大于80％。例如，在180秒后，电容器组件可呈现约20μA或更低的DCL值，在一些实施方式中为约10μA或更低，在一些实施方式中为约5μA或更低，且在一些实施方式中，为约0.01至约5μA。值得注意的是，电容器组件可在多种条件下呈现这样低的DCL值。例如，甚至在置于与具有高温的氛围接触后，比如约80℃或更高，在一些实施方式中为约100℃至约150℃，且在一些实施方式中，为约105℃至约130℃(例如，105℃或125℃)，电容器组件仍可呈现这样低的DCL值。当置于与具有约10％或更低的相对湿度的氛围接触时，在一些实施方式中为约5％或更低，且在一些实施方式中，为约0.001％至约1％，电容器组件也可呈现这样的DCL值。干燥氛围可为电容器组件自身的内部氛围的一部分，或其可为电容器组件在储存和/或使用期间所暴露于的外部氛围。现在将更详细地描述本专利技术的各种实施方式。I.电容器元件A.阳极体电容器元件包括含有在烧结的多孔体上形成的电介质的阳极。多孔阳极体可由含有阀金属(valvemetal)(即，能够氧化的金属)或基于阀金属的化合物的粉末形成，比如钽、铌、铝、铪、钛、其合金、其氧化物、其氮化物等。粉末典型地由还原过程形成，其中钽盐(例如，氟钽酸钾(K2TaF7)、氟钽酸钠(Na2TaF7)、五氯化钽(TaCl5)等)与还原剂反应。还原剂可以液体、气体(例如，氢气)或固体形式提供，比如金属(例如，钠)、金属合金或金属盐。在一种实施方式中，例如，钽盐(例如，TaCl5)可在约900℃至约2,000℃的温度下加热，在一些实施方式中为约1,000℃至约1,800℃，且在一些实施方式中，为约1,100℃至约1,600℃，以形成可在气态还原剂(例如，氢气)的存在下还原的蒸气。该还原反应的额外的细节可描述在Maeshima等的WO2014/199480中。还原之后，可将产物冷却、压碎并且洗涤以形成粉末。粉末的荷质比典型地在约2,000至约800,000微法拉*伏特每克(“μF*V/g”)之间变化，这取决于期望的应用。例如，在某些实施方式中，可使用荷质比为约100,000至约800,000μF*V/g的高电荷粉末，在一些实施方式中为约120,000至约700,000μF*V/g，且在一些实施方式中，为约150,000至约600,000μF*V/g。在其他实施方式中，可使用荷质比为约2,000至约100,000μF*V/g的低电荷粉末，在一些实施方式中为约5,000至约80,000μF*V/g，且在一些实施方式中，为约10,000至约70,000μF*V/g。如本领域中已知的，荷质比可通过将电容(capacitance)乘以使用的阳极化电压，随后将该乘积除以阳极化的电极体的重量来测定。该粉末可为自由流动的、细碎的含有初级颗粒(primaryparticles)的粉末。一般地，粉末的初级颗粒的中值粒径(D50)为约5至约250纳米，在一些实施方式中为约10至约200纳米，且在一些实施方式中，为约20至约150纳米，比如使用由BECKMANCOULTERCorporation制造的激光粒度分布分析仪(例如，LS-230)测定，任选地在使颗粒经受70秒的超声波振动之后。初级颗粒典型地具有三维粒状形状(例如，结状或角状)。这样的颗粒典型地具有相对较低的“纵横比”，其为颗粒的平均直径或宽度除以平均厚度(“D/T”)。例如，颗粒的纵横比可为约4或更低，在一些实施方式中为约3或更低，且在一些实施方式中，为约1至约2。除了初本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.包括电容器元件的电容器组件，电容器元件包括：烧结的多孔阳极体；覆于阳极体之上的电介质；覆于电介质之上的预涂层，其由有机金属化合物形成；覆于预涂层之上的固体电解质，其中固体电解质含有内层和外层，其中内层由原位聚合的导电聚合物形成并且外层由预聚合的导电聚合物颗粒形成。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.09.15 US 15/266,3291.包括电容器元件的电容器组件，电容器元件包括：烧结的多孔阳极体；覆于阳极体之上的电介质；覆于电介质之上的预涂层，其由有机金属化合物形成；覆于预涂层之上的固体电解质，其中固体电解质含有内层和外层，其中内层由原位聚合的导电聚合物形成并且外层由预聚合的导电聚合物颗粒形成。2.权利要求1的电容器组件，其中阳极体包括钽并且电介质包括五氧化钽。3.权利要求1的电容器组件，其中有机金属化合物具有以下通式：其中，M为有机金属原子；R1、R2和R3独立地为烷基或羟烷基，其中R1、R2和R3中的至少一个为羟烷基；n为0至8的整数；X为有机或无机官能团。4.权利要求3的电容器组件，其中M为硅。5.权利要求4的电容器组件，其中羟烷基为OCH3。6.权利要求3的电容器组件，其中R1、R2和R3为羟烷基。7.权利要求1的电容器组件，其中有机金属化合物为3-氨丙基三甲氧基硅烷、3-氨丙基三乙氧基硅烷、3-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、3-氨丙基甲基二乙氧基硅烷、3-(2-氨乙基)氨丙基三甲氧基硅烷、3-巯丙基三甲氧基硅烷、3-巯丙基三乙氧基硅烷、3-巯丙基甲基二甲氧基硅烷、3-巯丙基甲基二乙氧基硅烷、缩水甘油氧基甲基三甲氧基硅烷、缩水甘油氧基甲基三乙氧基硅烷、缩水甘油氧基甲基-三丙氧基硅烷、缩水甘油氧基甲基三丁氧基硅烷、β-缩水甘油氧基乙基三甲氧基硅烷、β-缩水甘油氧基乙基三乙氧基硅烷、β-缩水甘油氧基乙基-三丙氧基硅烷、β-缩水甘油氧基乙基-三丁氧基硅烷、β-缩水甘油氧基乙基三甲氧基硅烷、α-缩水甘油氧基乙基三乙氧基硅烷、α-缩水甘油氧基乙基三丙氧基硅烷、α-缩水甘油氧基乙基三丁氧基硅烷、γ-缩水甘油氧基丙基-三甲氧基硅烷、γ-缩水甘油氧基丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油氧基丙基-三丙氧基硅烷、γ-缩水甘油氧基丙基三丁氧基硅烷、β-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷、β-缩水甘油氧基丙基-三乙氧基硅烷、β-缩水甘油氧基丙基三丙氧基硅烷、α-缩水甘油氧基丙基三丁氧基硅烷、α-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷、α-缩水甘油氧基丙基三乙氧基硅烷、α-缩水甘油氧基丙基-三丙氧基硅烷、α-缩水甘油氧基丙基三丁氧基硅烷、γ-缩水甘油氧基丁基三甲氧基硅烷、δ-缩水甘油氧基丁基三乙氧基硅烷、δ-缩水甘油氧基丁基三丙氧基硅烷、δ-缩水甘油氧基丁基-三丁氧基硅烷、δ-缩水甘油氧基丁基三甲氧基硅烷、γ-缩水甘油氧基丁基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油氧基丁基三丙氧基硅烷、γ-丙氧基丁基三丁氧基硅烷、δ-缩水甘油氧基丁基-三甲氧基硅烷、δ-缩水甘油氧基丁基三乙氧基硅烷、δ-缩水甘油氧基丁基三丙氧基硅烷、α-缩水甘油氧基丁基三甲氧基硅烷、α-缩水甘油氧基丁基三乙氧基硅烷、α-缩水甘油氧基丁基-三丙氧基硅烷、α-缩水甘油氧基丁基三丁氧基硅烷、或其组合...

【专利技术属性】
技术研发人员：J彼特茨莱克，M乌赫尔，T霍菲勒克，
申请(专利权)人：阿维科斯公司，
类型：发明
国别省市：美国,US