包含烷基取代聚（3,4-乙烯二氧噻吩）的湿式电容器阴极制造技术

本发明专利技术公开了一种湿式电解电容器，包含一阳极氧化多孔阳极体、一包含涂覆有导电涂层的金属基材的阴极，及润湿阳极上介质的工作电解质。所述导电涂层包含具有某种结构的烷基取代聚（3,4-乙烯二氧噻吩）。采用此类聚合物，得到比采用许多传统类型涂层材料得到的电容更高。此外，由于所述聚合物通常是半结晶的或无定形的，它们还会消散和/或吸收与高电压有关的热量。通过选择性控制导电涂层形成的方式，本发明专利技术中导电涂层和金属基材表面之间的表面接触度得到增强。

【技术实现步骤摘要】
包含烷基取代聚（3,4-乙烯二氧噻吩）的湿式电容器阴极相关申请本申请要求2012年3月16日申请的美国临时申请61/611,724的优先权，该临时申请通过引用而整体结合在本申请中。
技术介绍
由于其体积效率、可靠性和工艺兼容性良好，湿式电容器在电路设计中的应用日益增加。与某些其它类型的电容器相比，湿式电容器每单位体积的电容通常更大，使其在高电流、高功率和低频率的电路中非常重要。已经开发的一种湿式电容器是湿式电解电容器，它包括阀金属阳极、阴极和液体电解质。由于在阳极表面上形成了一层介质金属氧化物膜，这种电容器的单位电池电压通常较高。包含阀金属介质的湿式电解电容器较好地结合了高电容和低漏电流的特点。另一种湿式电容器是其中阳极和阴极具有类似结构和组成的湿式对称电容器。由于在高电压时，电解质不可避免会发生分解，因此，这种电容器的单元电池电压通常较低。然而，不管是电解电容器或对称电容器，湿式电容器的阴极通常都包括金属基材和防止受液体电解质影响的导电涂层。导电涂层的电容通过感应电流（如电化学过程）测定或通过非感应机理（如双电层结构）来测定。传统的涂层包括活性炭、金属氧化物（例如，二氧化铌）等。然而，遗憾的是，这些涂层成本高昂，而且在某些条件下很容易剥离。因此，需要提供一种具有良好的热性能、机械强度和电气性能的湿式电解电容器。
技术实现思路
根据本专利技术的一个实施例，公开了一种湿式电解电容器，包括阳极、阴极、与阳极和一与阴极联系的液体工作电解质。所述阳极包括一涂覆电介质的烧结多孔阳极体。所述阴极包括金属基材，在金属基材上沉积有导电聚合物涂层。所述导电聚合物涂层包含具有下述结构通式的烷基取代聚（3,4-乙烯二氧噻吩）：其中，n是1–2,000；y是1–10；及R是线性或支链的任选取代C1-C18烷基、任选取代C5-C12环烷基、任选取代C6-C14芳基、任选取代C7-C18芳烷基、任选取代C1-C4羟烷基、羟基，或它们的组合。根据本专利技术的另一个实施例，公开了一种包括阳极的湿式电解电容器，其包括含有通常呈圆柱形且涂覆电介质的烧结多孔阳极体的阳极，所述阳极体包含钽。所述阳极进一步包括从阳极近端沿纵向引出的阳极引线。所述电容器还包括液体工作电解质和通常呈圆柱形的金属外壳，在所述金属外壳内容纳有所述阳极和所述液体电解质。在所述金属外壳上沉积有导电聚合物涂层，从而所述涂层与所述液体电解质连接。所述导电聚合物涂层包含具有下述结构通式的烷基取代聚（3,4-乙烯二氧噻吩）：根据本专利技术的又一个实施例，公开了一种形成湿式电容器阴极的方法。所述方法包括在金属基材上涂覆胶态悬浮体，其中所述胶态悬浮体包括烷基取代3,4-乙烯二氧噻吩前体单体、表面活性剂和溶剂。所述前体单体是具有下述结构通式的烷基取代3,4-乙烯二氧噻吩：将电极与所述金属基材接触，并向电极提供电流，引导前体单体的电解和氧化聚合，从而形成包含烷基取代聚（3,4-乙烯二氧噻吩）的导电聚合物涂层。本专利技术的其它特点和方面将在下文进行更详细的说明。附图说明本专利技术的完整和具体说明，包括对于本领域技术人员而言的最佳实施例，结合附图和附图标记在具体实施方式中作进一步描述，在本说明书和附图中，同一附图标记表示相同或者相似部件。附图说明如下：图1是本专利技术湿式电解电容器一个实施例的剖视图。图2是湿式电解电容器中所用阳极的一个实施例的透视图；图3是图2所述阳极的侧视图；及图4是图2所述阳极的顶部视图；图5是本专利技术湿式电解电容器中所用阳极的另一个实施例的顶部视图。具体实施方式应该理解，对于本领域技术人员来说，下面的内容仅作为本专利技术的示范性实施例的描述，并不是对本专利技术更广泛保护范围的限制，本专利技术更广泛保护范围在示范性结构中得到体现。本专利技术通常涉及一种湿式电解电容器，包含阳极氧化多孔阳极体、含有涂覆导电涂层的金属基材的阴极，及润湿阳极上电介质的工作电解质。所述导电涂层包含具有某种结构的烷基取代聚（3,4-乙烯二氧噻吩）。本专利技术人惊奇地发现，采用这种聚合物，得到比许多传统涂层材料得到的电容更高。此外，由于这种聚合物通常是半结晶的或无定形的，它们还会消散和/或吸收与高电压有关的热量。这反过来可以防止在界面处发生液体电解质相变（从液相转向气相）。通过选择性控制导电涂层形成的方式，本专利技术中导电涂层和金属基材表面之间的表面接触度得到增强。下面将更为详细地说明本专利技术的各种实施例。I.阴极A.金属基材所述基材可以包括金属，例如钽、铌、铝、镍、铪、钛、铜、银、钢（如不锈钢）及它们的合金（如导电氧化物）、复合物（如涂覆导电氧化物的金属）等。钛和钽及它们的合金尤其适合用于本专利技术。正如本领域技术人员所熟悉的那样，基材的几何结构通常可以变化，例如可以是容器、罐、箔、片、筛和网等形状。例如，在一个实施例中，金属基材形成一个大致圆柱形的外壳。然而，应该理解的是，本专利技术可以采用任何几何结构，如D-形、矩形、三角形、棱形等。外壳任选包括一个盖住阳极和电解质的盖子，盖子可采用与外壳相同或不同的材料制造。如果需要的话，所述基材可进行粗化，以增大其表面积且增加导电聚合物粘附到其上的程度。例如，在一个实施例中，对金属基材表面进行化学蚀刻，如在表面涂上腐蚀性物质的溶液（如盐酸）。该表面还可以进行电化学蚀刻，如对腐蚀性物质的溶液施加电压，使其进行电解。将电压升到足够高，以在基材表面产生“火花”，人们认为，“火花”会产生足够高的局部表面温度，将基材腐蚀。这种方法在Dreissig等人的美国专利申请公开文件2010/0142124中进行了更为详细的描述。除化学或电化学粗化方法之外，还可以采用机械粗化。例如，在一个实施例中，通过向至少部分基材喷射一股磨料（如砂）而对金属基材表面进行喷砂处理。B.导电涂层如上所述，所述导电涂层包含烷基取代聚（3,4-乙烯二氧噻吩）。这种烷基取代聚合物可以形成均聚物，或者是共聚物的一种聚合物组分，所述共聚物包含一种或多种其它类型的聚合物组分。不管怎样，所述烷基取代聚（3,4-乙烯二氧噻吩）具有下述结构通式：其中，n是1-2,000，在一些实施例中，n是2-500，在一些实施例中，n是4-350；y是1至10，在一些实施例中，y是1至5，在一些实施例中，y是1至3，在一些实施例中，y是1至2（如2）；及R是线性或支链的任选取代C1-C18烷基（例如，甲基、乙基、正丙基或异丙基、正丁基、异丁基、仲丁基或叔丁基、正戊基、1-甲基丁基、2-甲基丁基、3-甲基丁基、1-乙基丙基、1,1-二甲基丙基、1,2-二甲基丙基、2,2-二甲基丙基、正己基、正庚基、正辛基、2-乙基己基、正壬基、正癸基、正十一烷基、正十二烷基、正十三烷基、正十四烷基、正十六烷基、正十八烷基等）；任选取代C5-C12环烷基（如环戊基、环己基、环庚基、环辛基、环壬基、环癸基等）；任选取代C6-C14芳基（如苯基、萘基等）；任选取代C7-C18芳烷基（如苄基，邻、间、对-甲苯基、2,3-、2,4-、2,5-、2,6、3,4-、3,5-二甲苯基、三甲苯基等）；任选取代C1-C4羟烷基；羟基；或它们的组合。“R”的取代基实例包括，例如，羟基、烷基、环烷基、芳基、芳烷基、烷氧基、卤基、醚、硫醚、二硫化物、亚砜、砜、磺酸酯、氨基、醛、酮、羧酸酯、羧酸、碳酸酯、羧酸盐、氰基、烷基本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种湿式电解电容器，包括：阳极，所述阳极包括涂覆电介质的烧结多孔阳极体；阴极，所述阴极包括沉积有导电聚合物涂层的金属基材，其中所述导电聚合物涂层包含具有下述结构通式的烷基取代聚（3,4?乙烯二氧噻吩）：其中，n是1–2,000；y是1–10；及R是线性或支链的任选取代C1?C18烷基、任选取代C5?C12环烷基、任选取代C6?C14芳基、任选取代C7?C18芳烷基、任选取代C1?C4羟烷基、羟基，或它们的组合；及液体工作电解质，所述液体工作电解质与所述阳极和所述阴极联系。FDA00002908194000011.jpg

【技术特征摘要】
2012.03.16 US 61/611,7241.一种湿式电解电容器，包括：阳极，所述阳极包括涂覆电介质的烧结多孔阳极体；阴极，所述阴极包括沉积有导电聚合物涂层的金属基材，其中所述导电聚合物涂层包含具有下述结构通式的烷基取代聚(3,4-乙烯二氧噻吩)：其中，n是1–2,000；y是1–10；及R是线性或支链的任选取代C1-C18烷基、任选取代C5-C12环烷基、任选取代C6-C14芳基、任选取代C7-C18芳烷基、任选取代C1-C4羟烷基、羟基，或它们的组合；及液体工作电解质，所述液体工作电解质与所述阳极和所述阴极联系。2.根据权利要求1所述的湿式电解电容器，其中y是从1至3。3.根据权利要求1或2所述的湿式电解电容器，其中R是羟基、烷基、环烷基、芳基、芳烷基、烷氧基、卤素、醚、硫醚、二硫化物、亚砜、砜、磺酸酯、氨基、醛、酮、羧酸酯、羧酸、碳酸酯、羧酸盐、氰基、烷基硅烷、烷氧基硅烷、羧酰胺，或它们的组合。4.根据权利要求1所述的湿式电解电容器，其中所述烷基取代聚(3,4-乙烯二氧噻吩)具有下述结构通式：式中，R2是氢或烷基。5.根据权利要求1所述的湿式电解电容器，其中所述导电涂层包含羟乙基化聚(3,4-乙烯二氧噻吩)、羟甲基化聚(3,4-乙烯二氧噻吩)或它们的组合。6.根据权利要求1所述的湿式电解电容器，其中所述金属基材包括钛或钽。7.根据权利要求1所述的湿式电解电容器，其中所述金属基材具有圆柱形。8.根据权利要求1所述的湿式电解电容器，其中所述烧结多孔阳极体由钽粉形成。9.根据权利要求1所述的湿式电解电容器，其中所述液体电解质是水溶液。10.根据权利要求1所述的湿式电解电容器，其中所述液体电解质包括硫酸。11.根据权利要求1所述的湿式电解电容器，其中所述基材是外壳形式，在外壳内容纳有所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·比乐，
申请(专利权)人：AVX公司，
类型：发明
国别省市：