JP7273946B2 - Method for forming electrolytic capacitors with high capacitance recovery and low ESR - Google Patents
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[関連出願の相互参照]
本出願は、2016年12月15日に出願された係属中の米国特許出願第15/379,729号の一部継続出願であり、この出願はまた、2015年12月15日に出願された期間が満了している米国特許出願第62/267,707号に対する優先権を主張するものである。米国特許出願第15/379,729号は、2015年6月18日に出願された米国特許出願第14/743,195号(現在は、2018年4月10日に付与された米国特許第9,941,055号)の一部継続出願であり、この出願はまた、2013年2月26日に出願された米国特許出願第13/777,769号(現在は、2016年4月12日に付与された米国特許第9,312,074号)の一部継続出願であり、この出願はまた、2012年2月26日に出願された期間が満了している米国仮特許出願第61/603,635号に対する優先権を主張するものである。これら全ての出願は引用することにより本明細書の一部をなす。また、本出願は、2017年5月15日に出願された係属中の米国特許出願第15/595,137号の一部継続出願であり、2016年5月19日に出願された期間が満了している米国仮特許出願第62/338,778号に対する優先権を主張するものである。これら双方の出願は引用することにより本明細書の一部をなす。
[Cross reference to related applications]
This application is a continuation-in-part of pending U.S. patent application Ser. Priority is claimed to expired US patent application Ser. No. 62/267,707. U.S. patent application Ser. No. 15/379,729 is based on U.S. patent application Ser. , 941,055), which is also a continuation-in-part of U.S. Patent Application Serial No. 13/777,769, filed February 26, 2013 (now filed April 12, 2016). Granted U.S. Patent No. 9,312,074), which is also a continuation-in-part of U.S. Provisional Patent Application No. 61/603, filed February 26, 2012. , 635. All these applications are incorporated herein by reference. This application is also a continuation-in-part of pending U.S. patent application Ser. This application claims priority to U.S. Provisional Patent Application No. 62/338,778. Both of these applications are incorporated herein by reference.
本発明は、固体電解コンデンサを形成する改良された方法、及び該方法によって形成される改良されたコンデンサに関する。より詳細には、本発明は、改良された導電性ポリマースラリー、及び改良された導電性ポリマースラリーを用いて固体電解コンデンサの静電容量及び等価直列抵抗(ESR)を向上させる方法に関する。 The present invention relates to an improved method of forming solid electrolytic capacitors, and improved capacitors formed by the method. More particularly, the present invention relates to improved conductive polymer slurries and methods of using the improved conductive polymer slurries to improve the capacitance and equivalent series resistance (ESR) of solid electrolytic capacitors.
固体電解コンデンサの構造と製造は、よく報告されている。固体電解コンデンサの構造においては、金属、好ましくは弁金属がアノードとして働く。アノード体は、高純度粉末をプレスして焼結することにより形成される多孔質ペレットであってもよいし、又はエッチングしてアノード表面積を大きくした箔であってもよい。電気分解により弁金属酸化物を形成して、アノードの全表面を被覆させるが、これがコンデンサの誘電体として働く。固体カソード電解質は、典型的には、二酸化マンガン、又はポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、及びこれらの誘導体等の導電性有機材料を含む非常に限定された材料群から選ばれる。カソード材料として本質的に導電性のポリマーを含む固体電解コンデンサは、有利な低等価直列抵抗(ESR)と、「非燃焼/非発火」故障モードに起因して、エレクトロニクス産業において広く使用されてきた。導電性ポリマーカソードの場合、導電性ポリマーを、典型的には、化学的酸化重合技術、電気化学的酸化重合技術、又は噴霧技術のいずれかによって適用するが、他のあまり望ましくない技術も報告されている。 The structure and fabrication of solid electrolytic capacitors are well documented. In the construction of solid electrolytic capacitors, a metal, preferably a valve metal, serves as the anode. The anode body may be a porous pellet formed by pressing and sintering a high purity powder, or a foil etched to increase the anode surface area. A valve metal oxide is formed by electrolysis to coat the entire surface of the anode, which serves as the dielectric of the capacitor. Solid cathode electrolytes are typically selected from a very limited group of materials including manganese dioxide or conductive organic materials such as polyaniline, polypyrrole, polythiophene, and derivatives thereof. Solid electrolytic capacitors containing intrinsically conductive polymers as cathode materials have been widely used in the electronics industry due to their advantageous low equivalent series resistance (ESR) and "non-combustion/non-ignition" failure mode. . In the case of conducting polymer cathodes, conducting polymers are typically applied by either chemical oxidative polymerization techniques, electrochemical oxidative polymerization techniques, or spray techniques, although other less desirable techniques have also been reported. ing.
アノード体は、典型的には、多孔質構造体である。これは、多孔質であると表面積が大きくなり、所定の体積に対する静電容量が高くなるためである。導電性カソード層は、導電性ポリマー等の導電性材料と、端子との接続のためのカーボン層及び銀層とを含むことが多い。多孔質アノード表面が、導電性カソード層によって十分に被覆されており、導電性カソード層と密着していることが極めて重要であり、導電性カソード層を完全に空孔に含浸させて、目的の静電容量を達成することが特に好ましい。導電性ポリマー系弁金属コンデンサを製造する方法においては、タンタル等の弁金属粉末を機械的にプレスしてアノードにし、続いてこれを焼結することにより多孔質体を形成する。アノードを、液体電解質中で所定の電圧まで陽極酸化して誘電体層を形成し、導電性ポリマーのカソード層をその上に形成する。次いで、導電性ポリマーをグラファイト及び金属層で被覆し、完成品デバイスへと組み立て、成形する。 The anode body is typically a porous structure. This is because the porous material has a large surface area and a high capacitance for a given volume. Conductive cathode layers often include a conductive material, such as a conductive polymer, and carbon and silver layers for connection to terminals. It is very important that the porous anode surface is sufficiently covered and in intimate contact with the conductive cathode layer so that the conductive cathode layer is completely impregnated with the pores to achieve the desired performance. Achieving capacitance is particularly preferred. In a method of making a conductive polymer-based valve metal capacitor, a valve metal powder such as tantalum is mechanically pressed into an anode, which is subsequently sintered to form a porous body. The anode is anodized to a predetermined voltage in a liquid electrolyte to form a dielectric layer and a cathode layer of conducting polymer is formed thereon. The conductive polymer is then coated with graphite and metal layers and assembled and molded into a finished device.
導電性ポリマーコンデンサの主な欠点は、採用する導電性ポリマーの種類に関わらず、その相手部材であるMnO2に比べて、作用電圧が相対的に低いことである。定格電圧が25Vを超えると、ポリマーコンデンサの信頼性に様々な程度で問題が起こる。これは、「自己修復」能力が低く、相対的に貧弱な誘電体-ポリマー界面によるものであるものと考えられている。高電圧に耐える能力は、コンデンサの破壊電圧(BDV)によって最も特徴付けることができる。BDVが高い程、より高い信頼性を有することになる。理由はまだ解明されていないが、導電性ポリマーを含むコンデンサの破壊電圧は、約55Vまでに制限されており、これによりコンデンサは、約25Vの定格でしか使用できない。この制限により、導電性ポリマーをより広く使用する取り組みが妨げられてきた。 A major drawback of conductive polymer capacitors is their relatively low working voltage compared to their MnO 2 counterparts, regardless of the type of conductive polymer employed. When the rated voltage exceeds 25V, the reliability of polymer capacitors becomes problematic to varying degrees. This is believed to be due to relatively poor dielectric-polymer interfaces with low "self-healing" capabilities. The ability to withstand high voltages can best be characterized by the breakdown voltage (BDV) of the capacitor. The higher the BDV, the higher the reliability. For reasons not yet understood, the breakdown voltage of capacitors containing conductive polymers is limited to about 55V, which allows capacitors to be used only at ratings of about 25V. This limitation has hampered efforts to use conductive polymers more widely.
導電性ポリマーカソードを備えたタンタルコンデンサは、低ESRと自己修復性のため、商業的に成功を収めてきた。これらのコンデンサは、少なくとも2つのポリマー層、すなわち、アノード体の内部の空孔を充填する内部ポリマー層と、続いて形成するカーボン層及び銀層から外側の誘電体を保護する外部ポリマー層とで構成されることが多い。内部導電性ポリマー層は、利用可能な誘電体表面のほとんどと直接接触しており、静電容量に影響する主な要因である。内部導電性ポリマー層は、in situ重合で形成してもよいし、又は事前に形成したポリマー分散液若しくはポリマー溶液を塗布することによって形成してもよい。in situ重合法は、より高い静電容量と、より低いESRをもたらすことが多い。しかしながら、誘電体上で化学反応を行うのはプロセスが複雑で、誘電体を損傷する可能性がある。また、in situ重合での残存金属塩が、高い漏れ及び低破壊電圧等の望ましくない性能損失を引き起こす恐れがある。in situ重合は、アノード体の空孔を充填するため、複数のサイクルで行うことが多いが、サイクル数が多くなると、誘電体に与える損傷がより大きくなるため、in situ重合のサイクル数をできるだけ減らし、害の少ないプロセスに置き換えることが望ましい。 Tantalum capacitors with conducting polymer cathodes have been commercially successful due to their low ESR and self-healing properties. These capacitors consist of at least two polymer layers, an inner polymer layer that fills the internal pores of the anode body and an outer polymer layer that protects the outer dielectric from subsequently formed carbon and silver layers. often configured. The internal conductive polymer layer is in direct contact with most of the available dielectric surfaces and is the primary factor affecting capacitance. The internal conductive polymer layer may be formed by in situ polymerization or by applying a preformed polymer dispersion or solution. In situ polymerization methods often result in higher capacitance and lower ESR. However, performing chemical reactions on the dielectric is a complicated process and can damage the dielectric. Also, residual metal salts from in situ polymerization can cause undesirable performance losses such as high leakage and low breakdown voltage. In situ polymerization is often carried out in a plurality of cycles to fill the pores of the anode body. should be reduced and replaced with less harmful processes.
高圧用途に使用されるコンデンサでは、事前に形成したポリマーを用いる方法がより好ましい。事前に形成したポリマーを適用すると、漏れが低減され、破壊電圧が向上するが、これらはトレードオフの関係にある。PEDOTと、対イオンとしてポリスチレンスルホン酸(PSSA)を利用した、最も成功した事前形成ポリマーは、粒子を含む分散液である。粒子のサイズによっては、特にアノード体の空孔が小さい場合には、空孔全てを含浸させるのは困難であることが多く、静電容量が不完全含浸の影響を受ける。特許文献1には、1nm~100nmの平均粒径を有する導電性ポリマー分散液が教示されている。より平均粒子サイズの小さい導電性ポリマー分散液、又は更には、完全可溶性導電性ポリマー溶液を調製するために多くの努力がなされてきたが、これらの分散液/溶液は、寿命に問題があるか、又は一旦適用すると、熱処理下又は化学処理下で安定でないことが多い。既存の可溶性導電性ポリマーは、典型的には、導電率が非常に低く、これはコンデンサのESRがより高くなることを意味する。 For capacitors used in high voltage applications, the preformed polymer approach is more preferred. Application of pre-formed polymer reduces leakage and improves breakdown voltage, but these are trade-offs. The most successful pre-formed polymers utilizing PEDOT and polystyrene sulfonic acid (PSSA) as counterions are dispersions containing particles. Depending on the size of the particles, it is often difficult to impregnate all the pores, especially if the pores of the anode body are small, and the capacitance is affected by incomplete impregnation. US Pat. No. 5,300,002 teaches conductive polymer dispersions having an average particle size of 1 nm to 100 nm. Many efforts have been made to prepare conductive polymer dispersions with smaller average particle sizes, or even fully soluble conductive polymer solutions, but do these dispersions/solutions suffer from longevity problems? or, once applied, are often not stable under thermal or chemical treatments. Existing soluble conductive polymers typically have very low electrical conductivity, which means that the ESR of the capacitor will be higher.
事前に形成した導電性ポリマーは、in situ法で作製した導電性ポリマーに比べて、導電性がはるかに低いことが多い。例えば、特許文献2では、DMSOを添加した場合でも、導電性ポリマーの導電率は、わずか483S/cmであることが教示されている。分散液の導電率がこのように高い場合でも、最終的なESRは、in situで3,4-ポリエチレンジオキシチオフェン(PEDOT)を用いた比較例よりもまだ高くなる。in situでのPEDOTの導電率は、数千ジーメンス/cm(S/cm)と高くなる可能性がある。ポリマー系コンデンサのESRは、カソード層の導電率に直接関連していると考えられるため、導電性ポリマー分散液は、通常、より高い導電率を有することが望ましい。 Pre-formed conductive polymers are often much less conductive than conductive polymers made by in situ methods. For example, US Pat. No. 6,200,000 teaches that the conductivity of the conductive polymer is only 483 S/cm even with the addition of DMSO. Even with such high dispersion conductivity, the final ESR is still higher than the comparative example with 3,4-polyethylenedioxythiophene (PEDOT) in situ. The conductivity of PEDOT in situ can be as high as thousands of Siemens/cm (S/cm). Since the ESR of polymer-based capacitors is believed to be directly related to the conductivity of the cathode layer, it is usually desirable for the conductive polymer dispersion to have a higher conductivity.
鋭意研究にも関わらず、漏れ及びBDV等の他の側面に悪影響を及ぼすことなく、静電容量及びESRを向上させる材料及び方法が必要とされている。本明細書では、固体電解コンデンサにおけるカソード層形成の進歩を提供する。 Despite intense research, there is a need for materials and methods that improve capacitance and ESR without adversely affecting other aspects such as leakage and BDV. Provided herein are advances in cathode layer formation in solid electrolytic capacitors.
本発明は、改良された固体電解コンデンサを提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide an improved solid electrolytic capacitor.
また、本発明は、静電容量及びESRが向上した固体電解カソードコンデンサを製造する改良された方法を提供することを他の目的とする。 It is another object of the present invention to provide an improved method for manufacturing solid electrolytic cathode capacitors with improved capacitance and ESR.
実現されるこれらの利点及びその他の利点は、理解されるように、電解コンデンサを形成する方法であって、
アノードを準備すること、ここで、該アノードは、その上に誘電体を備え、焼結粉末を含み、該粉末が少なくとも45000μFV/gの粉末電荷を有し、及び、
第1のスラリーを適用する(apply)ことによって、前記誘電体の少なくとも一部を覆う(encase)第1の導電性ポリマー層を形成すること、ここで、該第1のスラリーは、ポリアニオンと導電性ポリマーとを含み、該ポリアニオンと該導電性ポリマーとの重量比が3超であり、前記導電性ポリマーと前記ポリアニオンとが、20nm以下の平均粒子サイズを有する導電性粒子を形成する、
を含む、方法において提供される。
These and other advantages that are realized are, as will be appreciated, a method of forming an electrolytic capacitor comprising:
preparing an anode, wherein the anode has a dielectric thereon and comprises a sintered powder, the powder having a powder charge of at least 45000 μFV/g; and
forming a first conductive polymer layer encasing at least a portion of the dielectric by applying a first slurry, wherein the first slurry comprises polyanions and conductive wherein the weight ratio of said polyanion to said conductive polymer is greater than 3, said conductive polymer and said polyanion forming conductive particles having an average particle size of 20 nm or less;
A method is provided comprising:
更に別の実施の形態は、電解コンデンサにおいて提供される。電解コンデンサは、その上に誘電体を備えたアノードを含む。アノードは、焼結粉末を含み、該粉末が少なくとも45000μFV/gの粉末電荷を有する。第1の導電性ポリマー層が、誘電体の少なくとも一部を覆い、第1の導電性ポリマーが、ポリアニオンと導電性ポリマーとを含む。ポリアニオンと導電性ポリマーとの重量比は3超であり、導電性ポリマーとポリアニオンとが、20nm以下の平均粒子サイズを有する導電性粒子となる。 Yet another embodiment is provided in an electrolytic capacitor. An electrolytic capacitor includes an anode with a dielectric thereon. The anode comprises a sintered powder having a powder charge of at least 45000 μFV/g. A first conductive polymer layer covers at least a portion of the dielectric, the first conductive polymer comprising a polyanion and a conductive polymer. The weight ratio of polyanion to conductive polymer is greater than 3, and the conductive polymer and polyanion result in conductive particles having an average particle size of 20 nm or less.
本発明は、固体電解コンデンサを作製する方法、及び該方法によって作製された固体電解コンデンサに特化している。より詳細には、本発明は、導電性ポリマーに対するポリアニオンの重量比が3超であり、粒子サイズが20nm以下のスラリーを使用することによって達成される、静電容量及びESRが向上した固体電解コンデンサに特化している。このスラリーを、45000μFV/g超の電荷を有する粉末から製造したアノードに適用する。驚くべきことに、導電性ポリマーに対するポリアニオンの比が大きいと、スラリーの導電率が低下し、これは当該技術分野では電気的性質にとって有害であることが示唆されている。高電荷粉末と、小平均粒子サイズとによって実現される相乗効果によって、当該技術分野における予測に反して、静電容量及びESRの向上が得られる。 The present invention is directed to a method of making solid electrolytic capacitors, and solid electrolytic capacitors made by the method. More particularly, the present invention provides solid electrolytic capacitors with improved capacitance and ESR achieved by using a slurry having a polyanion to conductive polymer weight ratio of greater than 3 and a particle size of 20 nm or less. is specialized in This slurry is applied to anodes made from powders with a charge greater than 45000 μFV/g. Surprisingly, a high ratio of polyanion to conducting polymer reduces the conductivity of the slurry, which has been suggested in the art to be detrimental to electrical properties. The synergistic effect realized by high charge powders and small average particle size results in improved capacitance and ESR, contrary to expectations in the art.
ここで、少なくとも45000μFV/gの比電荷を有する焼結粉末を含むタンタルアノードでは、導電性ポリマーとポリアニオンとを、導電性ポリマーに対するポリアニオンの重量比が3超となるように含み、20nm以下の平均粒子サイズを有する第1のスラリーを使用することによって、より良好な静電容量及びESRが達成され得ることが分かった。ポリアニオンの比がより高いことは、導電率にとって有害であるとされているため、コンデンサの電気的性質、特にESRの向上は、当該技術分野における予測に反している。当該技術分野では、重量比をより低くして、スラリーの導電率を高めることが必要であると教示されている。米国特許出願公開第2015/0279503号では、静電容量を向上させるためには、導電性ポリマーに対するポリアニオンの重量比を2未満とすることが重要であると教示されている。ここで、驚くべきことに、高比電荷と、小粒子サイズと、導電性ポリマーに対するポリアニオンの高重量比とによって、高電荷粉末から形成されるアノードと共に利用される場合には、当該技術分野における予測に反して、200S/cm未満の導電率が好ましいことが分かる。 Here, a tantalum anode comprising a sintered powder having a specific charge of at least 45000 μFV/g comprises a conductive polymer and a polyanion such that the weight ratio of polyanion to conductive polymer is greater than 3 and has an average of 20 nm or less. It has been found that better capacitance and ESR can be achieved by using a first slurry having a particle size. Higher polyanion ratios have been shown to be detrimental to electrical conductivity, so improvements in capacitor electrical properties, particularly ESR, have run counter to expectations in the art. The art teaches that a lower weight ratio is necessary to increase the conductivity of the slurry. US Patent Application Publication No. 2015/0279503 teaches that a polyanion to conductive polymer weight ratio of less than 2 is important to improve capacitance. Surprisingly, however, the high specific charge, small particle size, and high weight ratio of polyanion to conductive polymer, when utilized with anodes formed from highly charged powders, have resulted in Contrary to expectations, it turns out that a conductivity of less than 200 S/cm is preferred.
様々な図面を参照して本発明を説明するが、これらの図面は、本開示の不可欠で非限定的な構成要素を成している。本開示を通して、同様の要素は、同じ符号を付す。 The invention will be described with reference to the various drawings, which form an integral and non-limiting component of the disclosure. Like elements are numbered the same throughout this disclosure.
図1は、本発明の実施形態を模式的に示す側面断面図である。図1中、概して符号10で示されるコンデンサが、陽極酸化アノード12と、陽極酸化アノード12から延びるか、又は陽極酸化アノード12に取り付けられたアノードリード線14とを含む。アノードリード線は、アノードリード16と電気的に接触していることが好ましい。好ましくはin situ形成された任意の前駆体導電層15が、陽極酸化アノード上に形成され、前駆体導電層は、陽極酸化アノードの誘電体の一部を少なくとも部分的に覆うことが好ましい。代替的には、前駆体導電層は、可溶性導電性ポリマー溶液を塗布及び硬化させることによって形成される。カソード層としての第1の導電性ポリマー層18及び後続の(subsequent)導電性ポリマー層20(複数の場合もある)は、前駆体導電層上に順次形成され、第1の導電層の少なくとも一部を少なくとも部分的に覆って、誘電体の少なくとも一部の周囲に覆いを形成する。当業者であれば分かるだろうが、完成品コンデンサにおいて、カソードとアノードとは、直接電気的に接触していない。カソードリード22が、カソード層と電気的に接触している。ポリマーカソードにリードフレーム又は外部端子を半田付けするのは困難であることがよく理解されている。そのため、当該技術分野では、半田接着を可能とする導電性中間層23を設けるのが通例となっている。多くの実施形態においては、非導電性樹脂24中でコンデンサを覆って、回路基板への取り付けのために、アノードリード及びカソードリードの少なくとも一部を露出させることが好ましい。これは、当業者であれば容易に理解できるだろう。
FIG. 1 is a side cross-sectional view schematically showing an embodiment of the present invention. A capacitor, generally designated 10 in FIG. The anode lead wire is preferably in electrical contact with
任意の前駆体導電層は、好ましくはin situ重合によって形成されるか、又は可溶性導電性ポリマーの塗布及び硬化によって形成される導電性ポリマーを含む。in situ形成された導電性ポリマーは、多孔質陽極酸化アノードの隙間部分により効果的に入り、これにより、改良されたコンデンサが形成されると考えられる。後続の層は、事前に重合した導電性ポリマーと、追加の添加剤とを含むスラリーへの浸漬によって形成されることが好ましく、本明細書でより詳細に説明する。可溶性導電性ポリマーは、典型的な粒子サイズ検出限界より小さいと考えられる約1nm未満の検出可能粒子を存在させずに、溶媒又は溶媒混合物に完全に溶解する導電性ポリマーである。可溶性導電性ポリマー用の溶媒は、水、又は有機溶媒、又は水と、アルコール等の混和性溶媒、及びジメチルスルホキシド(DMSO)、ジメチルホルムアミド(DMF)、ジメチルアセトアミド(DMAc)等の非ヒドロキシ極性溶媒との混合物とすることができる。導電性ポリマー溶液は、潜在的に、in situ法によって形成された導電性ポリマーと同じくらい効果的に、また検出可能粒子を有する導電性ポリマー分散液よりも良好に、アノードの空孔を含浸させることができる。in situ導電性ポリマーも、可溶性導電性ポリマーも、ポリスチレンスルホン酸等のポリアニオンドーパントを含まない。多くの場合、可溶性導電性ポリマーは自己ドープ機能性を有しており、可溶性導電性ポリマーの例としては、各々置換されていてもよいポリアニリン、ポリピロール、及びポリチオフェンの導電性ポリマーが挙げられる。 The optional precursor conductive layer preferably comprises a conductive polymer formed by in situ polymerization or by application and curing of a soluble conductive polymer. It is believed that the in situ formed conductive polymer enters the interstices of the porous anodized anode more effectively, thereby forming an improved capacitor. Subsequent layers are preferably formed by dipping into a slurry containing pre-polymerized conductive polymer and additional additives, as described in more detail herein. A soluble conductive polymer is a conductive polymer that dissolves completely in a solvent or solvent mixture without the presence of detectable particles less than about 1 nm, which is considered below the typical particle size detection limit. Solvents for soluble conductive polymers include water or organic solvents, or water and miscible solvents such as alcohols, and non-hydroxy polar solvents such as dimethylsulfoxide (DMSO), dimethylformamide (DMF), dimethylacetamide (DMAc). can be a mixture of Conducting polymer solutions potentially impregnate the anode pores as effectively as conducting polymers formed by in situ methods and better than conducting polymer dispersions with detectable particles. be able to. Neither the in situ conductive polymer nor the soluble conductive polymer contain polyanionic dopants such as polystyrene sulfonic acid. In many cases, soluble conductive polymers have self-doping functionality, and examples of soluble conductive polymers include conductive polymers of polyaniline, polypyrrole, and polythiophene, each of which may be substituted.
特に好ましい導電性ポリマーとして、ポリ(3,4-エチレンジオキシチオフェン)、ポリ(4-(2,3-ジヒドロチエノ-[3,4-b][1,4]ジオキシン-2-イル)メトキシ)-1-ブタン-スルホン酸、塩)、ポリ(4-(2,3-ジヒドロチエノ-[3,4-b][1,4]ジオキシン-2-イル)メトキシ)-1-プロパン-スルホン酸、塩)、ポリ(4-(2,3-ジヒドロチエノ-[3,4-b][1,4]ジオキシン-2-イル)メトキシ)-1-メチル-1-プロパン-スルホン酸、塩)、ポリ(4-(2,3-ジヒドロチエノ-[3,4-b][1,4]ジオキシン-2-イル)メトキシアルコール、ポリ(N-メチルピロール)、ポリ(3-メチルピロール)、ポリ(3-オクチルピロール)、ポリ(3-デシルピロール)、ポリ(3-ドデシルピロール)、ポリ(3,4-ジメチルピロール)、ポリ(3,4-ジブチルピロール)、ポリ(3-カルボキシピロール)、ポリ(3-メチル-4-カルボキシピロール)、ポリ(3-メチル-4-カルボキシエチルピロール)、ポリ(3-メチル-4-カルボキシブチルピロール)、ポリ(3-ヒドロキシピロール)、ポリ(3-メトキシピロール)、ポリチオフェン、ポリ(3-メチルチオフェン)、ポリ(3-ヘキシルチオフェン)、ポリ(3-ヘプチルチオフェン)、ポリ(3-オクチルチオフェン)、ポリ(3-デシルチオフェン)、ポリ(3-ドデシルチオフェン)、ポリ(3-オクタデシルチオフェン)、ポリ(3-ブロモチオフェン)、ポリ(3,4-ジメチルチオフェン)、ポリ(3,4-ジブチルチオフェン)、ポリ(3-ヒドロキシチオフェン)、ポリ(3-メトキシチオフェン)、ポリ(3-エトキシチオフェン)、ポリ(3-ブトキシチオフェン)、ポリ(3-ヘキシルオキシチオフェン)、ポリ(3-ヘプチルオキシチオフェン)、ポリ(3-オクチルオキシチオフェン)、ポリ(3-デシルオキシチオフェン)、ポリ(3-ドデシルオキシチオフェン)、ポリ(3-オクタデシルオキシチオフェン)、ポリ(3,4-ジヒドロキシチオフェン)、ポリ(3,4-ジメトキシチオフェン)、ポリ(3,4-エチレンジオキシチオフェン)、ポリ(3,4-プロピレンジオキシチオフェン)、ポリ(3,4-ブテンジオキシチオフェン)、ポリ(3-カルボキシチオフェン)、ポリ(3-メチル-4-カルボキシチオフェン)、ポリ(3-メチル-4-カルボキシエチルチオフェン)、ポリ(3-メチル-4-カルボキシブチルチオフェン)、ポリアニリン、ポリ(2-メチルアニリン)、ポリ(3-イソブチルアニリン)、ポリ(2-アニリンスルホネート)、ポリ(3-アニリンスルホネート)等が挙げられる。 Particularly preferred conductive polymers include poly(3,4-ethylenedioxythiophene), poly(4-(2,3-dihydrothieno-[3,4-b][1,4]dioxin-2-yl)methoxy) -1-butane-sulfonic acid, salt), poly(4-(2,3-dihydrothieno-[3,4-b][1,4]dioxin-2-yl)methoxy)-1-propane-sulfonic acid, salt), poly(4-(2,3-dihydrothieno-[3,4-b][1,4]dioxin-2-yl)methoxy)-1-methyl-1-propane-sulfonic acid, salt), poly (4-(2,3-dihydrothieno-[3,4-b][1,4]dioxin-2-yl)methoxyalcohol, poly(N-methylpyrrole), poly(3-methylpyrrole), poly(3 -octylpyrrole), poly(3-decylpyrrole), poly(3-dodecylpyrrole), poly(3,4-dimethylpyrrole), poly(3,4-dibutylpyrrole), poly(3-carboxypyrrole), poly (3-methyl-4-carboxypyrrole), poly(3-methyl-4-carboxyethylpyrrole), poly(3-methyl-4-carboxybutylpyrrole), poly(3-hydroxypyrrole), poly(3-methoxy pyrrole), polythiophene, poly(3-methylthiophene), poly(3-hexylthiophene), poly(3-heptylthiophene), poly(3-octylthiophene), poly(3-decylthiophene), poly(3-dodecyl thiophene), poly(3-octadecylthiophene), poly(3-bromothiophene), poly(3,4-dimethylthiophene), poly(3,4-dibutylthiophene), poly(3-hydroxythiophene), poly(3 -methoxythiophene), poly(3-ethoxythiophene), poly(3-butoxythiophene), poly(3-hexyloxythiophene), poly(3-heptyloxythiophene), poly(3-octyloxythiophene), poly( 3-decyloxythiophene), poly(3-dodecyloxythiophene), poly(3-octadecyloxythiophene), poly(3,4-dihydroxythiophene), poly(3,4-dimethoxythiophene), poly(3,4 -ethylenedioxythiophene), poly(3,4-propylenedioxythiophene), poly(3,4-butenedioxythiophene), poly(3-carboxythiophene), poly(3-methyl-4-carboxythiophene) , poly(3-methyl-4-carboxyethylthiophene), poly(3-methyl-4-carboxybutylthiophene), polyaniline, poly(2-methylaniline), poly(3-isobutylaniline), poly(2-aniline) sulfonate), poly(3-aniline sulfonate), and the like.
第1の導電性ポリマー層は第1のスラリーを、好ましくは浸漬によって適用することによって形成される。ここで、第1のスラリーは、ポリアニオンと導電性ポリマーとを、導電性ポリマーに対するポリアニオンの重量比が3超~好ましくは10以下となるように含む。理論に縛られるものではないが、ポリアニオンリッチな第1のスラリーによって、被膜が改良され、そのため最終品コンデンサのESRが向上すると考えられる。重量比は、3超~6超であることがより好ましい。第1の導電性ポリマー層は、同じスラリーを多段適用することによって適用してもよい。本開示の目的のため、第1の導電性ポリマー層は、第1のスラリーから形成された層であり、後続の導電性ポリマー層は、第2のスラリーから形成された層であり、後続の層は、各々、組成が同じであっても異なってもよい。 A first conductive polymer layer is formed by applying a first slurry, preferably by dipping. Here, the first slurry contains the polyanion and the conductive polymer such that the weight ratio of the polyanion to the conductive polymer is greater than 3 to preferably 10 or less. While not wishing to be bound by theory, it is believed that the polyanion-rich first slurry improves the coating and thus the ESR of the final capacitor. More preferably, the weight ratio is greater than 3 to greater than 6. The first conductive polymer layer may be applied by multiple applications of the same slurry. For purposes of this disclosure, a first conductive polymer layer is a layer formed from a first slurry; a subsequent conductive polymer layer is a layer formed from a second slurry; The layers may each have the same or different composition.
後続の導電性ポリマー層は、第2のスラリーを、好ましくは浸漬によって適用することによって形成される。ここで、第2のスラリーは、ポリアニオンと導電性ポリマーと含むが、ポリアニオンと導電性ポリマーとの重量比は特に限定されない。後続の導電性ポリマー層は、導電性ポリマーに対するポリアニオンの重量比が3未満であることが好ましい。導電性ポリマーに対するポリアニオンの重量比が3未満であるスラリーは、導電率がより高いが、これは、第1の導電性ポリマー層を除く全てに対して好ましい。 Subsequent conductive polymer layers are formed by applying a second slurry, preferably by dipping. Here, the second slurry contains a polyanion and a conductive polymer, but the weight ratio of the polyanion and the conductive polymer is not particularly limited. Subsequent conductive polymer layers preferably have a polyanion to conductive polymer weight ratio of less than three. Slurries with a polyanion to conductive polymer weight ratio of less than 3 have higher conductivity, which is preferred for all but the first conductive polymer layer.
図2は、本発明の実施形態をフローチャートの形態で示す図である。図2に、本発明の固体電解コンデンサを形成する方法を示す。図2中、32で陽極酸化アノードを準備する。任意の前駆体導電性ポリマー層を34で形成する。ここで、前駆体導電性ポリマーは、導電性ポリマーを含み、ポリアニオンを含まないことが好ましい。この前駆体導電性ポリマーは、好ましくはin situ重合によって、又は可溶性導電性ポリマー溶液を塗布及び硬化させることによって形成される。第1の導電性ポリマー層は、第1のスラリーを多段適用することにより形成することができる。好ましくは上述の第1のスラリーに浸漬することによって、前駆体導電層が存在する場合は前駆体導電層上に、第1の導電性ポリマー層を36で形成する。第1の導電性ポリマー層を形成し、好ましくは硬化させた後、第1の導電性ポリマー層上に後続の導電性ポリマー層を形成する。ここで、後続の導電性ポリマー層は、上で定義した第2のスラリー由来のポリアニオンと導電性ポリマーとを含む。後続の導電性ポリマー層は、任意で、架橋剤、特にアミン架橋剤を含む。追加の後続のポリマー層は、必要に応じて、適用することができる。少なくとも1層のカーボン含有層と少なくとも1層の金属含有層とを、最終導電性カーボン層上に40で適用することが好ましい。その後、アノードリード及びカソードリードを、各々、アノード及びカソードに取り付け、コンデンサを、任意で、しかし好ましくは、42で覆い、試験する。一実施形態においては、ポリアニオンはポリスチレンスルホン酸塩であることが好ましい。 FIG. 2 illustrates an embodiment of the present invention in flow chart form. FIG. 2 illustrates a method of forming the solid electrolytic capacitor of the present invention. At 32 in FIG. 2, an anodized anode is provided. An optional precursor conductive polymer layer is formed at 34 . Here, the precursor conductive polymer preferably contains a conductive polymer and does not contain a polyanion. This precursor conductive polymer is preferably formed by in situ polymerization or by applying and curing a soluble conductive polymer solution. The first conductive polymer layer can be formed by applying the first slurry in multiple stages. A first conductive polymer layer is formed at 36 on the precursor conductive layer, if present, preferably by dipping into the first slurry described above. After forming and preferably curing the first conductive polymer layer, subsequent conductive polymer layers are formed over the first conductive polymer layer. Here, the subsequent conductive polymer layer comprises polyanions and a conductive polymer from the second slurry as defined above. A subsequent conductive polymer layer optionally includes a cross-linking agent, especially an amine cross-linking agent. Additional subsequent polymer layers can be applied as needed. At least one carbon-containing layer and at least one metal-containing layer are preferably applied at 40 onto the final conductive carbon layer. Anode and cathode leads are then attached to the anode and cathode, respectively, and the capacitor is optionally, but preferably, covered at 42 and tested. In one embodiment, the polyanion is preferably polystyrene sulfonate.
一実施形態においては、ポリアニオンは、ポリスチレンスルホン酸塩とポリスチレンとのコポリマーであることが好ましい。 In one embodiment, the polyanion is preferably a copolymer of polystyrene sulfonate and polystyrene.
一実施形態においてポリアニオンは、式A:
AxByCz
式A
〔式中、
Aは、ポリスチレンスルホン酸又はポリスチレンスルホン酸塩であり、
B及びCは、個別に、
-カルボキシル基、
-C(O)OR6
(ここで、R6は、
ヒドロキシル、カルボキシル、アミン、エポキシ、シラン、アミド、イミド、チオール、アルケン、アルキン、アジド、ホスフェート、アクリレート、無水物からなる群から選択される官能基で任意に置換された炭素数1~20のアルキル、及び、
-(CHR7CH2O)b-R8
からなる群から選択され、
R7は、水素又は炭素数1~7のアルキルから選択され、好ましくは水素又はメチルであり、
bは、1から-CHR7CH2O-基に関して最大200000の分子量を与えるのに十分な数までの整数であり、かつ、
R8は、水素、シラン、ホスフェート、アクリレート;
ヒドロキシル、カルボキシル、アミン、エポキシ、シラン、アミド、イミド、チオール、アルケン、アルキン、ホスフェート、アジド、アクリレート及び無水物からなる群から選択される官能基で任意に置換された炭素数1~9のアルキル
からなる群から選択される)、
-C(O)-NHR9
(ここで、R9は、
水素、又は、
ヒドロキシル、カルボキシル、アミン、エポキシ、シラン、アミド、イミド、チオール、アルケン、アルキン、ホスフェート、アジド、アクリレート及び無水物からなる群から選択される官能基で任意に置換された炭素数1~20のアルキルである)、
-C6H4-R10
(ここで、R10は、
水素、又は、
ヒドロキシル、カルボキシル、アミン、エポキシ、シラン、アミド、イミド、チオール、アルケン、アルキン、ホスフェート、アジド、アクリレート及び無水物からなる群から選択される官能基で任意に置換されたアルキル、
ヒドロキシル、カルボキシル、アミン、エポキシ、シラン、イミド、アミド、チオール、アルケン、アルキン、ホスフェート、アジド、アクリレート、無水物からなる群から選択される反応性基、並びに、
-(O(CHR11CH2O)d-R12
から選択され、
R11は、水素又は炭素数1~7のアルキル、好ましくは水素又はメチルであり、
dは、1から-CHR11CH2O-基に関して最大200000の分子量を与えるのに十分な数までの整数であり、
R12は、水素、
ヒドロキシル、カルボキシル、アミン、エポキシ、シラン、アミド、イミド、チオール、アルケン、アルキン、ホスフェート、アジド、アクリレート及び無水物からなる群から選択される官能基で任意に置換された炭素数1~9のアルキル
からなる群から選択される)、
-C6H4-O-R13
(ここで、R13は、
水素、又は、
ヒドロキシル、カルボキシル、アミン、エポキシ、シラン、アミド、イミド、チオール、アルケン、アルキン、アジド、アクリレート、ホスフェート及び無水物からなる群から選択される反応性基で任意に置換されたアルキル、
エポキシ、シラン、アルケン、アルキン、アクリレート、ホスフェートからなる群から選択される反応性基、並びに、
-(CHR14CH2O)e-R15
から選択され、
R14は、水素又は炭素数1~7のアルキル、好ましくは水素又はメチルであり、
eは、1から-CHR14CH2O-基に関して最大200000の分子量を与えるのに十分な数までの整数であり、かつ、
R15は、水素、及び、
ヒドロキシル、カルボキシル、アミン、エポキシ、シラン、アミド、イミド、チオール、アルケン、アルキン、アジド、アクリレート、ホスフェート及び無水物からなる群から選択される官能基で任意に置換された炭素数1~9のアルキル
からなる群から選択される)、
から選択される基で置換された重合単位を表し;及び
x、y及びzが合わさって、少なくとも100から500000以下の分子量を有するポリアニオンを形成するのに十分であり、かつy/xは、0.01~100であり、zは、0から100以下のz/x比までであり;より好ましくは、xは、x+y+zの総和の50%~99%を表し、yは、x+y+zの総和の1%~50%を表し、かつzは、x+y+zの総和の0%~49%を表し;更により好ましくは、xは、x+y+zの総和の70%~90%を表し、yは、x+y+zの総和の10%~30%を表し、かつzは、x+y+zの総和の0%~20%を表す〕
の比率により表される基A、基B及び基Cを含むランダムコポリマーであるのが好ましい。
In one embodiment the polyanion has the formula A:
A x B y C z
Formula A
[In the formula,
A is polystyrene sulfonic acid or polystyrene sulfonate,
B and C are individually
- a carboxyl group,
-C(O)OR 6
(where R6 is
C1-C20 alkyl optionally substituted with a functional group selected from the group consisting of hydroxyl, carboxyl, amine, epoxy, silane, amide, imide, thiol, alkene, alkyne, azide, phosphate, acrylate and anhydride ,as well as,
—(CHR 7 CH 2 O) b —R 8
is selected from the group consisting of
R 7 is selected from hydrogen or C 1 -C 7 alkyl, preferably hydrogen or methyl,
b is an integer from 1 to a number sufficient to give a molecular weight of up to 200,000 for the -CHR 7 CH 2 O- group, and
R 8 is hydrogen, silane, phosphate, acrylate;
C1-C9 alkyl optionally substituted with a functional group selected from the group consisting of hydroxyl, carboxyl, amine, epoxy, silane, amide, imide, thiol, alkene, alkyne, phosphate, azide, acrylate and anhydride selected from the group consisting of),
—C(O)—NHR 9
(where R9 is
hydrogen, or
C1-C20 alkyl optionally substituted with a functional group selected from the group consisting of hydroxyl, carboxyl, amine, epoxy, silane, amide, imide, thiol, alkene, alkyne, phosphate, azide, acrylate and anhydride is),
-C6H4 - R10
(where R 10 is
hydrogen, or
alkyl optionally substituted with functional groups selected from the group consisting of hydroxyl, carboxyl, amine, epoxy, silane, amide, imide, thiol, alkene, alkyne, phosphate, azide, acrylate and anhydride;
reactive groups selected from the group consisting of hydroxyl, carboxyl, amine, epoxy, silane, imide, amide, thiol, alkene, alkyne, phosphate, azide, acrylate, anhydride, and
—(O(CHR 11 CH 2 O) d —R 12
is selected from
R 11 is hydrogen or alkyl having 1 to 7 carbon atoms, preferably hydrogen or methyl,
d is an integer from 1 to a number sufficient to give a molecular weight of up to 200,000 for the -CHR 11 CH 2 O- group;
R 12 is hydrogen;
C1-C9 alkyl optionally substituted with a functional group selected from the group consisting of hydroxyl, carboxyl, amine, epoxy, silane, amide, imide, thiol, alkene, alkyne, phosphate, azide, acrylate and anhydride selected from the group consisting of),
—C 6 H 4 —OR 13
(where R 13 is
hydrogen, or
alkyl optionally substituted with reactive groups selected from the group consisting of hydroxyl, carboxyl, amine, epoxy, silane, amide, imide, thiol, alkene, alkyne, azide, acrylate, phosphate and anhydride;
reactive groups selected from the group consisting of epoxies, silanes, alkenes, alkynes, acrylates, phosphates; and
—(CHR 14 CH 2 O) e —R 15
is selected from
R 14 is hydrogen or alkyl having 1 to 7 carbon atoms, preferably hydrogen or methyl,
e is an integer from 1 to a number sufficient to give a molecular weight of up to 200,000 for the -CHR CH 2 O- group; and
R 15 is hydrogen, and
C1-C9 alkyl optionally substituted with a functional group selected from the group consisting of hydroxyl, carboxyl, amine, epoxy, silane, amide, imide, thiol, alkene, alkyne, azide, acrylate, phosphate and anhydride selected from the group consisting of),
and x, y and z taken together are sufficient to form a polyanion having a molecular weight of at least 100 up to 500,000, and y/x is 0 more preferably x represents 50% to 99% of the sum of x+y+z and y is 1 of the sum of x+y+z % to 50%, and z represents 0% to 49% of the sum of x + y + z; even more preferably x represents 70% to 90% of the sum of x + y + z, and y represents represents 10% to 30%, and z represents 0% to 20% of the sum of x + y + z]
It is preferably a random copolymer comprising groups A, B and C represented by the ratio of
一実施形態においては、ポリアニオンは、不十分なポリスチレンスルホン酸基と共に塗布助剤として機能し、導電性ポリマーに対する効率的な対イオンとして働く。この場合、式Aで表されるポリアニオンにおいて、x+y+zの総和のうち、xが1%~40%を表し、yが60%~99%を表し、zが0%~39%を表すことが好ましく、x+y+zの総和のうち、xが5%~40%を表し、yが60%~95%を表し、zが0%~35%を表すことが更に好ましい。 In one embodiment, the polyanion functions as a coating aid with insufficient polystyrene sulfonate groups and serves as an efficient counterion to the conductive polymer. In this case, in the polyanion represented by formula A, it is preferable that x represents 1% to 40%, y represents 60% to 99%, and z represents 0% to 39% of the sum of x + y + z. , x+y+z, x represents 5% to 40%, y represents 60% to 95%, and z represents 0% to 35%.
特に好ましいポリアニオンとしては、
ポリアニオンコポリマーは、フリーラジカル重合法によって合成することが好ましい。非限定的な例によると、式Aの成分Aを形成するための様々な割合でのスチレンスルホン酸塩と、式Aの成分B及び成分Cを形成するための適切なモノマーとを、不活性雰囲気条件下、高温で、好ましくは25℃~150℃の範囲で、フリーラジカル開始剤の存在下で重合する。 Polyanionic copolymers are preferably synthesized by free radical polymerization methods. By way of non-limiting example, various proportions of styrene sulfonate to form component A of formula A and appropriate monomers to form component B and component C of formula A are combined with an inert Polymerize under ambient conditions at elevated temperatures, preferably in the range of 25°C to 150°C, in the presence of a free radical initiator.
モノマー(複数の場合もある)を溶解させる溶媒は、水であることが好ましい。水溶性溶媒を使用してもよく、又は水と水溶性溶媒との混合物を使用してもよい。水溶性溶媒は特に限定されないが、この溶媒の例としては、アセトン、テトラヒドロフラン、メタノール、エタノール、イソプロパノール、及びN-メチル-2-ピロリドンが挙げられる。 The solvent in which the monomer(s) are dissolved is preferably water. Water-soluble solvents may be used, or mixtures of water and water-soluble solvents may be used. The water-soluble solvent is not particularly limited, but examples of this solvent include acetone, tetrahydrofuran, methanol, ethanol, isopropanol, and N-methyl-2-pyrrolidone.
重合開始剤は特に限定されず、例えば、過酸化物又はアゾ化合物とすることができる。過酸化物の例としては、過硫酸アンモニウム、過硫酸カリウム、過酸化水素、クメンヒドロペルオキシド、及びジ-t-ブチルペルオキシドが挙げられる。アゾ化合物の例としては、2,2’-アゾビス(4-メトキシ-2,4-ジメチルバレロニトリル)、2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)、及び2,2’-アゾビスイソブチロニトリルが挙げられる。ポリアニオンコポリマーは、更に精製することなく、導電性ポリマー分散液の調製に直接使用することができる。そして、ポリアニオンコポリマーは、導電性ポリマー分散液の調製に先立ち、好ましくは透析、析出、限外濾過、又はイオン交換法によって精製することができる。 The polymerization initiator is not particularly limited and can be, for example, a peroxide or an azo compound. Examples of peroxides include ammonium persulfate, potassium persulfate, hydrogen peroxide, cumene hydroperoxide, and di-t-butyl peroxide. Examples of azo compounds include 2,2′-azobis(4-methoxy-2,4-dimethylvaleronitrile), 2,2′-azobis(2,4-dimethylvaleronitrile), and 2,2′-azo Bisisobutyronitrile may be mentioned. Polyanionic copolymers can be used directly for the preparation of conductive polymer dispersions without further purification. The polyanionic copolymer can then be purified, preferably by dialysis, precipitation, ultrafiltration, or ion exchange methods prior to preparation of the conductive polymer dispersion.
導電性ポリマー分散液は、引用することにより本明細書の一部をなす米国特許第9,030,806号に従って調製することが好ましい。好ましい重合法としては、ステータスクリーンを使用するものが挙げられる。これにより、均一な液滴サイズが得られ、約20nm未満の好ましい平均ポリマー粒子サイズが得られる。 The conductive polymer dispersion is preferably prepared according to US Pat. No. 9,030,806, incorporated herein by reference. Preferred polymerization methods include those using a status screen. This results in a uniform droplet size and a preferred average polymer particle size of less than about 20 nm.
本発明の導電性ポリマー分散液は、様々な技術によって調製することができる。従来のインペラ混合、ロータ/ステータ高剪断混合、超音波混合、音響混合、及び他の混合技術の全てを、各々独自の利点と共に用いることができる。本発明の導電性ポリマー分散液を、更に処理して、平均径を好ましくは20nm未満へと低減する。例えば、分散液を、高圧ホモジナイザー、高剪断モホジナイザー、超音波装置、音響ミキサー等による様々な方法によって更に均質化することができる。また、分散液を、透析及び限外濾過等により精製及び分離して、非錯化/非ドープポリアニオンを除去し、分散液から異なる平均粒子サイズ及び異なる画分を分離することもできる。これらの後処理工程によって、静電容量、動力サイクル静電容量安定性、ESR、インピーダンス、及び他の性質を向上させることができる。 The conductive polymer dispersions of the present invention can be prepared by various techniques. Conventional impeller mixing, rotor/stator high shear mixing, ultrasonic mixing, acoustic mixing, and other mixing techniques can all be used with their own advantages. The conductive polymer dispersions of the present invention are further processed to reduce the average diameter, preferably below 20 nm. For example, the dispersion can be further homogenized by a variety of methods such as high pressure homogenizers, high shear homogenizers, ultrasonic devices, acoustic mixers, and the like. The dispersion can also be purified and separated, such as by dialysis and ultrafiltration, to remove uncomplexed/undoped polyanions and separate different average particle sizes and different fractions from the dispersion. These post-treatment steps can improve capacitance, power cycle capacitance stability, ESR, impedance, and other properties.
好ましくは約6mm未満の孔径を有する有孔スクリーンステータを備えたロータ/ステータ混合システムを用いて重合を行うと、追加の処理工程を経なくても、該重合において、制御可能なより小さい平均粒子サイズを有する導電性ポリマー分散液を調製することができる。分散液を、より小さい粒子サイズへと更に処理又は均質化してもよい。 Conducting the polymerization using a mixed rotor/stator system with a perforated screen stator, preferably with a pore size of less than about 6 mm, results in controllable smaller average particles in the polymerization without additional processing steps. A conductive polymer dispersion having a size can be prepared. The dispersion may be further processed or homogenized to smaller particle sizes.
本発明の導電性ポリマー分散液を、様々な添加剤と混合することにより配合して、性能を向上させることもできる。シランカップリング剤、架橋性化合物、特にエポキシ架橋性化合物及びカルボキシル架橋性化合物、糖、アルコール、非イオン性ポリオール、又はイオン性液体等の添加剤を、導電性ポリマー分散液に添加してもよく、又は導電性ポリマー分散液の後に別の層として適用してもよい。導電性ポリマー分散液に添加剤として添加する場合は、これらの非導電性添加剤分子は、導電性ポリマーと錯体を形成し得る。この導電性ポリマー錯体、すなわち粒子は、導電性ポリマー粒子において、余剰の化合物の絶縁層からなり得る。これらの絶縁性添加剤からなる導電性ポリマー粒子が有し得る利点としては、隣接層に対する接着性がより良好であること、下層の誘電体層の修復がより良好であること、及びカソード層の仕事関数を低下させ、静電容量、ESR、漏れ、破壊電圧、及び特異な電荷挙動に役立つことが挙げられる。添加剤は、導電性ポリマー分散液に、多段浸漬サイクルの全てにおいて添加してもよいし、又は浸漬サイクルの幾つかにおいて添加してもよい。 The conductive polymer dispersions of the present invention can also be formulated by mixing with various additives to improve performance. Additives such as silane coupling agents, cross-linking compounds, especially epoxy and carboxyl cross-linking compounds, sugars, alcohols, non-ionic polyols, or ionic liquids may be added to the conductive polymer dispersion. or as a separate layer after the conductive polymer dispersion. When added as additives to the conductive polymer dispersion, these non-conductive additive molecules can form complexes with the conductive polymer. The conductive polymer complex, or particle, may consist of an insulating layer of excess compound on the conductive polymer particle. Advantages that conductive polymer particles made from these insulating additives may have include better adhesion to adjacent layers, better repair of the underlying dielectric layer, and better repair of the cathode layer. It lowers the work function and helps with capacitance, ESR, leakage, breakdown voltage, and peculiar charge behavior. Additives may be added to the conductive polymer dispersion in all of the multiple dipping cycles or in some of the dipping cycles.
本発明は、各々置換されていてもよいポリアニリン、ポリピロール、及びポリチオフェンの導電性ポリマーの形成における使用に特に好適であるが、これに限定されるものではない。重合に好ましいモノマーは、式B:
R1及びR2は、独立して、直鎖状若しくは分岐状のC1~C16アルキル若しくはC2~C18アルコキシアルキルを表す、又はR1及びR2は、非置換若しくはC1~C6アルキル、C1~C6アルコキシ、ハロゲン若しくはOR3により置換されたC3~C8シクロアルキル、フェニル若しくはベンジルである、又はR1とR2とは一緒になって、非置換若しくはC1~C6アルキル、C1~C6アルコキシ、ハロゲン、C3~C8シクロアルキル、フェニル、ベンジル、C1~C4アルキルフェニル、C1~C4アルコキシフェニル、ハロフェニル、C1~C4アルキルベンジル、C1~C4アルコキシベンジル若しくはハロベンジルにより置換された直鎖状のC1~C6アルキレン、2個の酸素元素を含む5員、6員若しくは7員のヘテロ環式構造であり、R3は、好ましくは、水素、直鎖状若しくは分岐状のC1~C16アルキル若しくはC2~C18アルコキシアルキルを表す、又はR3は、非置換若しくはC1~C6アルキルにより置換されたC3~C8シクロアルキル、フェニル若しくはベンジルであり;
Xは、S、N又はOであり、最も好ましくは、Xは、Sであり;
式BのR1及びR2は、好ましくは、環のβ位での重合を禁止するように選択され、というのも、α位の重合だけを進行させることが最も好ましいからであり;R1及びR2が水素ではないことがより好ましく、より好ましくは、R1及びR2はα配向体(directors)であり、その際、アルキル結合よりもエーテル結合の方が好ましく;R1及びR2が小さくて立体障害が避けられることが最も好ましい。
The present invention is particularly suitable, but not limited, for use in forming conductive polymers of polyaniline, polypyrrole, and polythiophene, each of which may be substituted. Preferred monomers for polymerization are those of Formula B:
R 1 and R 2 independently represent linear or branched C 1 -C 16 alkyl or C 2 -C 18 alkoxyalkyl, or R 1 and R 2 are unsubstituted or C 1 -C 6 alkyl, C 1 -C 6 alkoxy , C 3 -C 8 cycloalkyl substituted by halogen or OR 3, phenyl or benzyl, or R 1 and R 2 together are unsubstituted or C 1 -C6 alkyl, C1 - C6 alkoxy, halogen, C3 - C8 cycloalkyl, phenyl , benzyl, C1 - C4 alkylphenyl, C1- C4 alkoxyphenyl, halophenyl, C1 - C4 alkyl linear C 1 -C 6 alkylene substituted by benzyl, C 1 -C 4 alkoxybenzyl or halobenzyl, 5-, 6- or 7-membered heterocyclic structure containing two oxygen atoms; 3 preferably represents hydrogen, linear or branched C 1 -C 16 alkyl or C 2 -C 18 alkoxyalkyl, or R 3 is unsubstituted or substituted by C 1 -C 6 alkyl is C 3 -C 8 cycloalkyl, phenyl or benzyl;
X is S, N or O, most preferably X is S;
R 1 and R 2 of Formula B are preferably selected to inhibit polymerization at the β-position of the ring, since it is most preferred to allow polymerization only at the α-position; R 1 and R 2 are not hydrogen, more preferably R 1 and R 2 are α directors, wherein ether linkages are preferred over alkyl linkages; R 1 and R 2 is most preferably small to avoid steric hindrance.
特に好ましい実施形態では、式BのR1及びR2は一緒になって、-O-(CHR4)n-O-を表し、ここで、
nは1~5の整数、最も好ましくは2であり、
R4は、独立して、水素、カルボン酸、ヒドロキシル、アミン、置換アミン、アルケン、アクリレート、チオール、アルキン、アジド、スルフェート、スルホネート、スルホン酸、イミド、アミド、エポキシ、無水物、シラン及びホスフェートから選択される官能基で任意に置換された直鎖状若しくは分岐状のC1~C18アルキル基、C5~C12シクロアルキル基、C6~C14アリール基、C7~C18アラルキル基若しくはC1~C4ヒドロキシアルキル基、ヒドロキシル基から選択される、又はR4は、-(CHR5)a-R16、-O(CHR5)aR16、-CH2O(CHR5)aR16、-CH2O(CH2CHR5O)aR16から選択される、又は、
R4は、ヒドロキシル、カルボキシル、アミン、エポキシ、アミド、イミド、無水物、ヒドロキシメチル、アルケン、チオール、アルキン、アジド、スルホン酸、ベンゼンスルホン酸、スルフェート、SO3M、無水物、シラン、アクリレート及びホスフェートからなる群から選択される官能基であり、
R5は、H又はカルボン酸、ヒドロキシル、アミン、アルケン、チオール、アルキン、アジド、エポキシ、アクリレート及び無水物から選択される官能基で任意に置換された炭素数1~5のアルキル鎖であり、
R16は、H又はSO3M又はカルボン酸、ヒドロキシル、アミン、置換アミン、アルケン、チオール、アルキン、アジド、アミド、イミド、スルフェート、SO3M、アミド、エポキシ、無水物、シラン、アクリレート及びホスフェートから選択される官能基で任意に置換された炭素数1~5のアルキル鎖であり、
aは、0~10の整数であり、かつ、
Mは、H又は好ましくはアンモニア、ナトリウム又はカリウムから選択されるカチオンである。
In a particularly preferred embodiment, R 1 and R 2 of Formula B together represent —O—(CHR 4 ) n —O—, wherein
n is an integer from 1 to 5, most preferably 2;
R4 is independently hydrogen, carboxylic acid, hydroxyl, amine, substituted amine, alkene, acrylate, thiol, alkyne, azide, sulfate, sulfonate, sulfonic acid, imide, amide, epoxy, anhydride, silane and phosphate; Linear or branched C 1 -C 18 alkyl groups, C 5 -C 12 cycloalkyl groups, C 6 -C 14 aryl groups, C 7 -C 18 aralkyl groups optionally substituted with selected functional groups or is selected from C 1 -C 4 hydroxyalkyl groups, hydroxyl groups, or R 4 is —(CHR 5 ) a —R 16 , —O(CHR 5 ) a R 16 , —CH 2 O(CHR 5 ) a R 16 , —CH 2 O(CH 2 CHR 5 O) a R 16 , or
R4 is hydroxyl, carboxyl, amine, epoxy, amide, imide, anhydride, hydroxymethyl, alkene, thiol, alkyne, azide, sulfonic acid, benzenesulfonic acid, sulfate, SO3M , anhydride, silane, acrylate and a functional group selected from the group consisting of phosphate;
R 5 is H or an alkyl chain of 1 to 5 carbon atoms optionally substituted with a functional group selected from carboxylic acid, hydroxyl, amine, alkene, thiol, alkyne, azide, epoxy, acrylate and anhydride;
R 16 is H or SO 3 M or carboxylic acids, hydroxyls, amines, substituted amines, alkenes, thiols, alkynes, azides, amides, imides, sulfates, SO 3 M, amides, epoxies, anhydrides, silanes, acrylates and phosphates An alkyl chain having 1 to 5 carbon atoms optionally substituted with a functional group selected from
a is an integer from 0 to 10, and
M is H or a cation preferably selected from ammonia, sodium or potassium.
導電性ポリマーは、ポリピロール、ポリアニリン、ポリチオフェン、及び式Bの繰り返し単位を含むポリマーから選ばれることが好ましく、特に、有機スルホン酸塩と併用される。特に好ましいポリマーは、3,4-ポリエチレンジオキシチオフェン(PEDOT)である。 The conductive polymer is preferably selected from polypyrrole, polyaniline, polythiophene and polymers containing repeating units of formula B, especially in combination with organic sulfonates. A particularly preferred polymer is 3,4-polyethylenedioxythiophene (PEDOT).
特に好ましい導電性ポリマーとして、ポリ(3,4-エチレンジオキシチオフェン)、ポリ(4-(2,3-ジヒドロチエノ-[3,4-b][1,4]ジオキシン-2-イル)メトキシ)-1-ブタン-スルホン酸、塩)、ポリ(4-(2,3-ジヒドロチエノ-[3,4-b][1,4]ジオキシン-2-イル)メトキシ)-1-プロパン-スルホン酸、塩)、ポリ(4-(2,3-ジヒドロチエノ-[3,4-b][1,4]ジオキシン-2-イル)メトキシ)-1-メチル-1-プロパン-スルホン酸、塩)、ポリ(4-(2,3-ジヒドロチエノ-[3,4-b][1,4]ジオキシン-2-イル)メトキシアルコール、ポリ(N-メチルピロール)、ポリ(3-メチルピロール)、ポリ(3-オクチルピロール)、ポリ(3-デシルピロール)、ポリ(3-ドデシルピロール)、ポリ(3,4-ジメチルピロール)、ポリ(3,4-ジブチルピロール)、ポリ(3-カルボキシピロール)、ポリ(3-メチル-4-カルボキシピロール)、ポリ(3-メチル-4-カルボキシエチルピロール)、ポリ(3-メチル-4-カルボキシブチルピロール)、ポリ(3-ヒドロキシピロール)、ポリ(3-メトキシピロール)、ポリチオフェン、ポリ(3-メチルチオフェン)、ポリ(3-ヘキシルチオフェン)、ポリ(3-ヘプチルチオフェン)、ポリ(3-オクチルチオフェン)、ポリ(3-デシルチオフェン)、ポリ(3-ドデシルチオフェン)、ポリ(3-オクタデシルチオフェン)、ポリ(3-ブロモチオフェン)、ポリ(3,4-ジメチルチオフェン)、ポリ(3,4-ジブチルチオフェン)、ポリ(3-ヒドロキシチオフェン)、ポリ(3-メトキシチオフェン)、ポリ(3-エトキシチオフェン)、ポリ(3-ブトキシチオフェン)、ポリ(3-ヘキシルオキシチオフェン)、ポリ(3-ヘプチルオキシチオフェン)、ポリ(3-オクチルオキシチオフェン)、ポリ(3-デシルオキシチオフェン)、ポリ(3-ドデシルオキシチオフェン)、ポリ(3-オクタデシルオキシチオフェン)、ポリ(3,4-ジヒドロキシチオフェン)、ポリ(3,4-ジメトキシチオフェン)、ポリ(3,4-エチレンジオキシチオフェン)、ポリ(3,4-プロピレンジオキシチオフェン)、ポリ(3,4-ブテンジオキシチオフェン)、ポリ(3-カルボキシチオフェン)、ポリ(3-メチル-4-カルボキシチオフェン)、ポリ(3-メチル-4-カルボキシエチルチオフェン)、ポリ(3-メチル-4-カルボキシブチルチオフェン)、ポリアニリン、ポリ(2-メチルアニリン)、ポリ(3-イソブチルアニリン)、ポリ(2-アニリンスルホネート)、ポリ(3-アニリンスルホネート)等が挙げられる。 Particularly preferred conductive polymers include poly(3,4-ethylenedioxythiophene), poly(4-(2,3-dihydrothieno-[3,4-b][1,4]dioxin-2-yl)methoxy) -1-butane-sulfonic acid, salt), poly(4-(2,3-dihydrothieno-[3,4-b][1,4]dioxin-2-yl)methoxy)-1-propane-sulfonic acid, salt), poly(4-(2,3-dihydrothieno-[3,4-b][1,4]dioxin-2-yl)methoxy)-1-methyl-1-propane-sulfonic acid, salt), poly (4-(2,3-dihydrothieno-[3,4-b][1,4]dioxin-2-yl)methoxyalcohol, poly(N-methylpyrrole), poly(3-methylpyrrole), poly(3 -octylpyrrole), poly(3-decylpyrrole), poly(3-dodecylpyrrole), poly(3,4-dimethylpyrrole), poly(3,4-dibutylpyrrole), poly(3-carboxypyrrole), poly (3-methyl-4-carboxypyrrole), poly(3-methyl-4-carboxyethylpyrrole), poly(3-methyl-4-carboxybutylpyrrole), poly(3-hydroxypyrrole), poly(3-methoxy pyrrole), polythiophene, poly(3-methylthiophene), poly(3-hexylthiophene), poly(3-heptylthiophene), poly(3-octylthiophene), poly(3-decylthiophene), poly(3-dodecyl thiophene), poly(3-octadecylthiophene), poly(3-bromothiophene), poly(3,4-dimethylthiophene), poly(3,4-dibutylthiophene), poly(3-hydroxythiophene), poly(3 -methoxythiophene), poly(3-ethoxythiophene), poly(3-butoxythiophene), poly(3-hexyloxythiophene), poly(3-heptyloxythiophene), poly(3-octyloxythiophene), poly( 3-decyloxythiophene), poly(3-dodecyloxythiophene), poly(3-octadecyloxythiophene), poly(3,4-dihydroxythiophene), poly(3,4-dimethoxythiophene), poly(3,4 -ethylenedioxythiophene), poly(3,4-propylenedioxythiophene), poly(3,4-butenedioxythiophene), poly(3-carboxythiophene), poly(3-methyl-4-carboxythiophene) , poly(3-methyl-4-carboxyethylthiophene), poly(3-methyl-4-carboxybutylthiophene), polyaniline, poly(2-methylaniline), poly(3-isobutylaniline), poly(2-aniline) sulfonate), poly(3-aniline sulfonate), and the like.
特に好適なポリマー又はコポリマーは、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリ(4-(2,3-ジヒドロチエノ-[3,4-b][1,4]ジオキシン-2-イル)メトキシ)-1-ブタン-スルホン酸、塩)、ポリ(4-(2,3-ジヒドロチエノ-[3,4-b][1,4]ジオキシン-2-イル)メトキシ)-1-メチル-1-プロパン-スルホン酸、塩)、ポリ(N-メチルピロール)、ポリ(3-メチルチオフェン)、ポリ(3-メトキシチオフェン)、及びポリ(3,4-エチレンジオキシチオフェン)からなる群から選択される。 Particularly preferred polymers or copolymers are polypyrrole, polythiophene, poly(4-(2,3-dihydrothieno-[3,4-b][1,4]dioxin-2-yl)methoxy)-1-butane-sulfonic acid , salt), poly(4-(2,3-dihydrothieno-[3,4-b][1,4]dioxin-2-yl)methoxy)-1-methyl-1-propane-sulfonic acid, salt), selected from the group consisting of poly(N-methylpyrrole), poly(3-methylthiophene), poly(3-methoxythiophene), and poly(3,4-ethylenedioxythiophene);
式Aのポリアニオンコポリマーは、式Bの繰り返し単位を含むポリチオフェンの対イオンとして使用することができる。ポリアニオンの分子量は、少なくとも約100~約500000以下であることが好ましい。分子量が約100未満であると、膜の一体性に影響を及ぼし得る。分子量が約500000を超えると、導電率及び粘度に悪影響を及ぼし得る。 Polyanionic copolymers of Formula A can be used as counterions for polythiophenes containing repeating units of Formula B. It is preferred that the polyanion have a molecular weight of at least about 100 to no more than about 500,000. Molecular weights less than about 100 can affect film integrity. Molecular weights above about 500,000 can adversely affect conductivity and viscosity.
重合後かつ均質化前の各ポリマー分散液の粘度は、周囲温度で、20RPMで少なくとも200cP~20RPMで4000cP以下であることが好ましく、周囲温度で、20RPMで少なくとも600cP~20RPMで2000cP以下であることが好ましい。分散液は、1重量%~5重量%以下の固形分割合を有することが好ましい。ポリマー分散液は、少なくとも2重量%~3.5重量%以下の固形分割合を有することがより好ましい。均質化後の本発明のポリマー分散液の粘度は、100RPMで100cPs未満であることが好ましく、100RPMで50cPs未満であることがより好ましい。 Preferably, the viscosity of each polymer dispersion after polymerization and before homogenization is at least 200 cP at 20 RPM to no more than 4000 cP at 20 RPM at ambient temperature and at least 600 cP at 20 RPM to no more than 2000 cP at 20 RPM at ambient temperature. is preferred. The dispersion preferably has a solids content of 1% to 5% by weight or less. More preferably, the polymer dispersion has a solids percentage of at least 2 wt% to 3.5 wt% or less. The viscosity of the polymer dispersion of the present invention after homogenization is preferably less than 100 cPs at 100 RPM, more preferably less than 50 cPs at 100 RPM.
分散及び重合は、少なくとも約15℃~約35℃以下の温度で行うことが好ましい。約15℃未満の温度では、重合速度が非常に遅く、約35℃を超えると、導電率及び粘度に悪影響を及ぼし得る。 Dispersion and polymerization are preferably carried out at a temperature of at least about 15°C to no more than about 35°C. At temperatures below about 15°C, the rate of polymerization is very slow, and above about 35°C, conductivity and viscosity can be adversely affected.
導電性ポリマーとポリアニオンとを含む第1の導電性ポリマー分散液又は第2の導電性ポリマー分散液は、重合中又は重合後に、ポリマー立体安定化剤によって更に安定化することができる。立体安定化システムによって、電解質濃度の変動及び増加に対する感度が低くなるため、凝固又はゲル形成が著しく低下する。また、立体安定化剤の安定化効果が高いため、この方法で高固体分散液を製造することができる。 A first conductive polymer dispersion or a second conductive polymer dispersion comprising a conductive polymer and a polyanion can be further stabilized by a polymeric steric stabilizer during or after polymerization. The steric stabilization system makes it less sensitive to fluctuations and increases in electrolyte concentration, thus significantly reducing clotting or gel formation. Moreover, since the stabilizing effect of the steric stabilizer is high, a high solid dispersion can be produced by this method.
導電性ポリマー分散液重合用のポリマー立体安定化剤の基準としては、低pH重合条件下で安定でなければならないこと、酸化剤に対して安定でなければならないこと、及びモノマーの重合を邪魔しないことが挙げられる。立体安定化剤の例としては、高分子量ポリエチレンオキシドとそのコポリマーが挙げられ、これらは低pH反応条件下で安定であるため、立体安定化剤として好ましい。また、立体安定化剤の他の例としては、ポリジメチルシロキサン-ポリエチレンオキシド(PDMS-PEO)ブロックコポリマーが挙げられる。PDMS-PEOコポリマーは、PDMSブロックが、立体安定化だけではなく、耐湿性も与え得るという利点を有する。 Criteria for polymeric steric stabilizers for conductive polymer dispersion polymerization are that they should be stable under low pH polymerization conditions, should be stable to oxidizing agents, and should not interfere with monomer polymerization. Things are mentioned. Examples of steric stabilizers include high molecular weight polyethylene oxides and copolymers thereof, which are preferred as steric stabilizers because they are stable under low pH reaction conditions. Also, other examples of steric stabilizers include polydimethylsiloxane-polyethylene oxide (PDMS-PEO) block copolymers. PDMS-PEO copolymers have the advantage that the PDMS block can provide not only steric stabilization but also moisture resistance.
特に好ましいポリマー立体安定化剤は、被膜層形成の際に、架橋して連結マトリクスを提供する連結基を含む。連結マトリクスは、バインダーとして機能し、これにより、好適な構造一体性を有する被膜層を提供する。反応性官能基を有する立体安定化剤は、ポリアニオンとの重合後の架橋に採用することができる。重合反応の際に安定な反応性官能基を有する反応性立体安定化剤であれば、任意の立体安定化剤を使用することができる。かかる反応性安定化剤の例としては、ヒドロキシル及びジヒドロキシ末端封止ポリブタジエンが挙げられる。反応性立体安定化剤の前駆体を、立体安定化剤反応性基の重合後の活性化に採用することもできる。立体安定化剤は、水、又はジメチルスルホキシド、エチレングリコール、N-メチルピロリドン等の他の極性溶媒中で溶液として、重合反応の際に添加することが好ましい。 Particularly preferred polymeric steric stabilizers contain linking groups that crosslink to provide a linking matrix during coating layer formation. The connecting matrix functions as a binder, thereby providing the coating layer with suitable structural integrity. Steric stabilizers with reactive functional groups can be employed for post-polymerization cross-linking with polyanions. Any reactive steric stabilizer can be used as long as it has a reactive functional group that is stable during the polymerization reaction. Examples of such reactive stabilizers include hydroxyl- and dihydroxy-terminated polybutadiene. Precursors of reactive steric stabilizers can also be employed for post-polymerization activation of steric stabilizer reactive groups. The steric stabilizer is preferably added during the polymerization reaction as a solution in water or other polar solvents such as dimethylsulfoxide, ethylene glycol, N-methylpyrrolidone and the like.
本明細書中で使用する場合、用語「立体安定化剤」は、分散液のポリマー粒子及び各粒子の周りの保護層に吸着して、粒子の凝集を防ぐ化合物を指す。 As used herein, the term "steric stabilizer" refers to a compound that adsorbs to the polymer particles of the dispersion and to the protective layer around each particle to prevent the particles from agglomerating.
好適な立体安定化剤としては、例えば、保護コロイド、及び親水親油バランス(HLB)が約10超の非イオン性界面活性剤が挙げられる。親水親油バランスは、材料の親水性又は親油性の程度を示す指標である。 Suitable steric stabilizers include, for example, protective colloids and nonionic surfactants with a hydrophilic-lipophilic balance (HLB) greater than about 10. Hydrophilic-lipophilic balance is a measure of the degree of hydrophilicity or lipophilicity of a material.
好適な保護コロイドとしては、ポリエチレンオキシド、完全加水分解ポリビニルアルコール、部分加水分解ポリ(ビニルアルコール)、ポリ(ビニルピロリドン)、ヒドロキシエチルセルロース、ポリエチレンオキシドコポリマー、及びこれらの誘導体、並びにこれらの混合物が挙げられる。ポリエチレンオキシドが好ましい。 Suitable protective colloids include polyethylene oxide, fully hydrolyzed polyvinyl alcohol, partially hydrolyzed poly(vinyl alcohol), poly(vinylpyrrolidone), hydroxyethylcellulose, polyethylene oxide copolymers, and derivatives thereof, and mixtures thereof. . Polyethylene oxide is preferred.
第1の導電性ポリマー層又は後続の導電性ポリマー層は、独立して、表面活性物質等の物質、例えば、イオン性界面活性剤及び/又は非イオン性界面活性剤を含んでもよい。好適な非イオン性界面活性剤としては、エトキシ化アルキルフェノール、エトキシ化アセチレンジオール、ポリエチレンオキシド-プロピレンオキシドブロックコポリマー、及びこれらの混合物が挙げられる。 A first conductive polymer layer or subsequent conductive polymer layers may independently include materials such as surface active agents, eg, ionic surfactants and/or nonionic surfactants. Suitable nonionic surfactants include ethoxylated alkylphenols, ethoxylated acetylenediols, polyethylene oxide-propylene oxide block copolymers, and mixtures thereof.
第1の導電性ポリマースラリー又は第2の導電性ポリマースラリーは、更に架橋剤を含んでもよい。架橋は、少なくとも2つの架橋性官能基を含む材料の使用を含む。ここで、1つの架橋性官能基が第1の結合を形成し、第2の架橋性官能基が第2の結合を形成することにより、ポリマーの2つの部分の間に架橋分子のブリッジを形成する。架橋性官能基は、共有結合を形成してもよいし、又はイオン結合を形成してもよい。架橋によって、分子、オリゴマー、又はポリマーに、層内又は層間で架橋可能な官能基が提供され、層の一体性及び表面被覆率が向上することによって、ESR安定性を向上するプロセスが提供される。典型的には熱硬化である硬化条件下に曝露すると、架橋性分子が反応し、これにより強く結合された共有結合及びイオン結合の相互侵入網目構造が形成される。架橋性官能基と架橋剤との反応は、昇温下で行い、コンデンサ製造の通常処理工程において行う。 The first conductive polymer slurry or the second conductive polymer slurry may further contain a cross-linking agent. Crosslinking involves the use of materials containing at least two crosslinkable functional groups. Here, one crosslinkable functional group forms a first bond and a second crosslinkable functional group forms a second bond, thereby forming a crosslink molecular bridge between two parts of the polymer. do. The crosslinkable functional groups may form covalent bonds or ionic bonds. Crosslinking provides a molecule, oligomer, or polymer with crosslinkable functional groups within or between layers, providing a process that improves layer integrity and surface coverage, thereby improving ESR stability. . Upon exposure to curing conditions, typically heat curing, the crosslinkable molecules react to form an interpenetrating network of strongly bound covalent and ionic bonds. The reaction between the cross-linkable functional group and the cross-linking agent is carried out at an elevated temperature and is carried out in the normal processing steps of capacitor manufacture.
架橋性材料は、2つの成分を含むことが好ましい。ここで、1つの成分は、多官能反応性基又は複数の反応性基を有する化合物、オリゴマー、又はポリマーであることが好ましい。第2の成分は、好ましくは、カルボキシリック(carboxylic)、ヒドロキシル、アミン、エポキシ、無水物、イソシアネート、イミド、アミド、カルボキシル、カルボン酸無水物、シラン、オキサゾリン、(メタ)アクリレート、ビニル、マレイン酸塩、マレイミド、イタコン酸塩、アリルアルコールエステル、ジシクロペンタジエン系不飽和基、不飽和C12~C22脂肪酸エステル又はアミド、カルボン酸塩又は第4級アンモニウム塩からなる群から選ばれる架橋性官能基を有する分子であることが好ましい。 Preferably, the crosslinkable material comprises two components. Here, one component is preferably a compound, oligomer or polymer having a multifunctional reactive group or multiple reactive groups. The second component is preferably carboxylic, hydroxyl, amine, epoxy, anhydride, isocyanate, imide, amide, carboxyl, carboxylic anhydride, silane, oxazoline, (meth)acrylate, vinyl, maleic Crosslinking functionalities selected from the group consisting of salts, maleimides, itaconates, allyl alcohol esters, dicyclopentadiene unsaturated groups, unsaturated C 12 -C 22 fatty acid esters or amides, carboxylates or quaternary ammonium salts. A molecule having a group is preferred.
一実施形態としては、架橋性材料系を含む固体電解コンデンサが挙げられる。ここで、オリゴマー又はポリマーは、ポリエステル、ポリウレタン、ポリアミド、ポリアミン、ポリイミド、シリコーンポリエステル、ヒドロキシル官能シリコーン、ヒドロキシエチルセルロース、ポリビニルアルコール、フェノール、エポキシ、ブチラール、これらの多官能性ポリマーのコポリマー又は混合物からなる群から選ばれる多官能性反応性基を含む。コポリマー又は混合物としては、エポキシ/アミン、エポキシ/無水物、イソシアネート/アミン、イソシアネート/アルコール、不飽和ポリエステル、ビニルエステル、不飽和ポリエステルとビニルエステルとのブレンド、不飽和ポリエステル/ウレタンハイブリッド樹脂、ポリウレタン-尿素、反応性ジシクロペンタジエン樹脂、又は反応性ポリアミドが挙げられる。多官能性反応性基又は複数の反応性基を有するオリゴマー又はポリマーは、少なくとも1つのカルボン酸基と、少なくとも1つのヒドロキシル官能基とを含むことが好ましい。多官能性反応性基を有するオリゴマー又はポリマーは、特に好ましくは、カルボキシル官能基とヒドロキシル官能基とを含有するポリエステルである。オリゴマー又はポリマーに加えて、表面官能基を有する粒子も架橋に加わることができる。カルボキシリック、ヒドロキシル、アミン、エポキシ、無水物、イソシアネート、イミド、アミド、カルボキシル、カルボン酸無水物、シラン、オキサゾリン、(メタ)アクリレート、ビニル、マレイン酸塩、マレイミド、イタコン酸塩、アリルアルコールエステル、ジシクロペンタジエン系不飽和基、不飽和C12~C22脂肪酸エステル又はアミド、カルボン酸塩又は第4級アンモニウム塩から選ばれる官能基を有する粒子が好ましい。粒子は、ナノ粒子又はマイクロ粒子とすることができる。官能性ナノ粒子の一例としては、有機変性ナノクレーが挙げられる。 One embodiment includes a solid electrolytic capacitor that includes a crosslinkable material system. Here, oligomers or polymers are the group consisting of polyesters, polyurethanes, polyamides, polyamines, polyimides, silicone polyesters, hydroxyl-functional silicones, hydroxyethylcellulose, polyvinyl alcohol, phenols, epoxies, butyrals, copolymers or mixtures of these polyfunctional polymers. containing polyfunctional reactive groups selected from Copolymers or mixtures include epoxy/amines, epoxy/anhydrides, isocyanates/amines, isocyanates/alcohols, unsaturated polyesters, vinyl esters, blends of unsaturated polyesters and vinyl esters, unsaturated polyester/urethane hybrid resins, polyurethane- Urea, reactive dicyclopentadiene resins, or reactive polyamides may be mentioned. Oligomers or polymers with multifunctional reactive groups or multiple reactive groups preferably comprise at least one carboxylic acid group and at least one hydroxyl functional group. Oligomers or polymers with multifunctional reactive groups are particularly preferably polyesters containing carboxyl and hydroxyl functional groups. In addition to oligomers or polymers, particles with surface functional groups can also participate in cross-linking. Carboxylic, hydroxyl, amine, epoxy, anhydride, isocyanate, imide, amide, carboxyl, carboxylic anhydride, silane, oxazoline, (meth)acrylate, vinyl, maleate, maleimide, itaconate, allyl alcohol ester, Particles with functional groups selected from dicyclopentadiene-based unsaturated groups, unsaturated C 12 -C 22 fatty acid esters or amides, carboxylates or quaternary ammonium salts are preferred. The particles can be nanoparticles or microparticles. One example of functionalized nanoparticles includes organo-modified nanoclays.
一実施形態においては、少なくとも1つの導電層が、反応性官能基を有する有機若しくは無機の粒子若しくは繊維、又はカーボン粒子充填ポリマー、金属粒子充填ポリマー、及び導電性粒子充填ポリマー、又は反応性官能基若しくは架橋性基を有する繊維の粒子を更に含む。 In one embodiment, at least one conductive layer comprises organic or inorganic particles or fibers with reactive functional groups, or carbon particle-filled polymers, metal particle-filled polymers, and conductive particle-filled polymers, or reactive functional groups. Alternatively, it further contains particles of fibers having crosslinkable groups.
第1の導電性ポリマー層又は後続の導電性ポリマー層は、独立して、導電率を高める添加剤、例えば、テトラヒドロフラン等のエーテル基含有化合物、γ-ブチロラクトン、γ-バレロラクトン等のラクトン基含有化合物、カプロラクタム、N-メチルカプロラクタム、N,N-ジメチルアセトアミド、N-メチル-アセトアミド、N,N-ジメチルホルムアミド(DMF)、N-メチル-ホルムアミド、N-メチルホルムアニリド、N-メチルピロリドン(NMP)、N-オクチルピロリドン、ピロリドン等のアミド基又はラクタム基含有化合物、スルホラン(テトラメチレンスルホン)、ジメチルスルホキシド(DMSO)等のスルホン及びスルホキシド、スクロース、グルコース、フルクトース、ラクトース等の糖又は糖誘導体、ソルビトール、マンニトール等の糖アルコール、スクシンイミド又はマレイミド等のイミド、2-フランカルボン酸、3-フランカルボン酸等のフラン誘導体、及び/又は、エチレングリコール、グリセロール、又はジエチレングリコール若しくはトリエチレングリコール等のジアルコール又はポリアルコールを含むことができる。導電率を高める添加剤として、エチレングリコール、ジメチルスルホキシド、グリセロール、又はソルビトールを用いることが好ましい。 The first conductive polymer layer or subsequent conductive polymer layers independently contain additives that enhance conductivity, such as ether group-containing compounds such as tetrahydrofuran, lactone group-containing compounds such as γ-butyrolactone, γ-valerolactone, and the like. compounds, caprolactam, N-methylcaprolactam, N,N-dimethylacetamide, N-methyl-acetamide, N,N-dimethylformamide (DMF), N-methyl-formamide, N-methylformanilide, N-methylpyrrolidone (NMP ), amide group- or lactam group-containing compounds such as N-octylpyrrolidone and pyrrolidone, sulfones and sulfoxides such as sulfolane (tetramethylene sulfone) and dimethylsulfoxide (DMSO), sugars or sugar derivatives such as sucrose, glucose, fructose and lactose, Sugar alcohols such as sorbitol and mannitol, imides such as succinimide or maleimide, furan derivatives such as 2-furancarboxylic acid and 3-furancarboxylic acid, and/or dialcohols such as ethylene glycol, glycerol, or diethylene glycol or triethylene glycol. or may contain polyalcohols. Ethylene glycol, dimethyl sulfoxide, glycerol or sorbitol are preferably used as conductivity enhancing additives.
第1又は第2のスラリーは、好ましくは、被膜を乾燥させるとポリマー被膜強度を改善することができる被膜形成剤として機能し得る反応性モノマーを含む。反応性モノマー又はオリゴマーは、イオン系界面活性剤/非イオン系界面活性剤の使用により水中又は有機溶剤中で可溶性となり得る、又は水中で分散性となり得る。反応性モノマーは、少なくとも2、好ましくはそれより大きな平均官能価を有し得る。モノマーの硬化過程は、熱、放射線又は化学的触媒作用により触媒され得る。2つ以上のエポキシ基を有する化合物等のモノマーの例として、エチレングリコールジグリシジルエーテル(EGDGE)、プロピレングリコールジグリシジルエーテル(PGDGE)、1,4-ブタンジオールジグリシジルエーテル(BDDGE)、ペンチレングリコールジグリシジルエーテル、ヘキシレングリコールジグリシジルエーテル、シクロヘキサンジメタノールジグリシジルエーテル、レゾルシノールグリシジルエーテル、グリセロールジグリシジルエーテル(GDGE)、グリセロールポリグリシジルエーテル、ジグリセロールポリグリシジルエーテル、トリメチロールプロパンポリグリシジルエーテル、ソルビトールジグリシジルエーテル(ソルビトール-DGE)、ソルビトールポリグリシジルエーテル、ポリエチレングリコールジグリシジルエーテル(PEGDGE)、ポリプロピレングリコールジグリシジルエーテル、ポリテトラメチレングリコールジグリシジルエーテル、ジ(2,3-エポキシプロピル)エーテル、1,3-ブタジエンジエポキシド、1,5-ヘキサジエンジエポキシド、1,2,7,8-ジエポキシオクタン、1,2,5,6-ジエポキシシクロオクタン、4-ビニルシクロヘキセンジエポキシド、ビスフェノールAジグリシジルエーテル、マレイミド-エポキシ化合物、ジグリシジルエーテル、グリシジルアクリレート、グリシジルメタクリレート、ビスフェノールAエポキシ樹脂、エポキシ化ビスフェノールAノボラック修飾エポキシ樹脂、ウレタン修飾ビスフェノールAエポキシ樹脂、エポキシ化o-クレゾールノボラック樹脂等のエポキシ樹脂の水性分散液等が挙げられる。 The first or second slurry preferably contains reactive monomers that can function as film-forming agents that can improve polymer film strength upon drying of the film. Reactive monomers or oligomers can be made soluble in water or organic solvents or dispersible in water through the use of ionic/nonionic surfactants. Reactive monomers may have an average functionality of at least 2 and preferably greater. The monomer curing process can be catalyzed by heat, radiation or chemical catalysis. Examples of monomers such as compounds having two or more epoxy groups include ethylene glycol diglycidyl ether (EGDGE), propylene glycol diglycidyl ether (PGDGE), 1,4-butanediol diglycidyl ether (BDDGE), pentylene glycol. Diglycidyl ether, hexylene glycol diglycidyl ether, cyclohexanedimethanol diglycidyl ether, resorcinol glycidyl ether, glycerol diglycidyl ether (GDGE), glycerol polyglycidyl ether, diglycerol polyglycidyl ether, trimethylolpropane polyglycidyl ether, sorbitol di glycidyl ether (sorbitol-DGE), sorbitol polyglycidyl ether, polyethylene glycol diglycidyl ether (PEGDGE), polypropylene glycol diglycidyl ether, polytetramethylene glycol diglycidyl ether, di(2,3-epoxypropyl) ether, 1,3 -butadiene diepoxide, 1,5-hexadiene diepoxide, 1,2,7,8-diepoxyoctane, 1,2,5,6-diepoxycyclooctane, 4-vinylcyclohexene diepoxide, bisphenol A diglycidyl ether , maleimide-epoxy compounds, diglycidyl ether, glycidyl acrylate, glycidyl methacrylate, bisphenol A epoxy resin, epoxidized bisphenol A novolak-modified epoxy resin, urethane-modified bisphenol A epoxy resin, epoxidized o-cresol novolac resin, and other epoxy resins. Dispersion liquid etc. are mentioned.
酸性基を含有する他の好適なモノマーの例として、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ドデカン二酸、フタル酸、マレイン酸、ムコン酸、クエン酸、トリメシン酸、ポリアクリル酸等が挙げられる。特に好ましい有機酸は、フタル酸等の芳香族酸、特にオルトフタル酸である。 Examples of other suitable monomers containing acidic groups include oxalic acid, malonic acid, succinic acid, glutaric acid, adipic acid, pimelic acid, suberic acid, azelaic acid, sebacic acid, dodecanedioic acid, phthalic acid, maleic acid. , muconic acid, citric acid, trimesic acid, polyacrylic acid and the like. Particularly preferred organic acids are aromatic acids such as phthalic acid, especially orthophthalic acid.
アルコール/アクリレート基を含有する好適なモノマーの例として、ジエチレングリコール、ペンタエリトリトール、トリエチレングリコール、オリゴ/ポリエチレングリコール、トリエチレングリコールモノクロロヒドリン、ジエチレングリコールモノクロロヒドリン、オリゴエチレングリコールモノクロロヒドリン、トリエチレングリコールモノブロモヒドリン、ジエチレングリコールモノブロモヒドリン、オリゴエチレングリコールモノブロモヒドリン、ポリエチレングリコール、ポリエーテル、ポリエチレンオキシド、トリエチレングリコール-ジメチルエーテル、テトラエチレングリコール-ジメチルエーテル、ジエチレングリコール-ジメチルエーテル、ジエチレングリコール-ジエチルエーテル-ジエチレングリコール-ジブチルエーテル、ジプロピレングリコール、トリプロピレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリプロピレンジオキシド、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレングリセリン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレン脂肪酸アミド、2-ヒドロキシエチルメタクリレート、2-ヒドロキシプロピルメタクリレート、n-ブトキシエチルメタクリレート、n-ブトキシエチレングリコールメタクリレート、メトキシトリエチレングリコールメタクリレート、メトキシポリエチレングリコールメタクリレート、2-ヒドロキシエチルアクリレート、2-ヒドロキシプロピルアクリレート、n-ブトキシエチルアクリレート、n-ブトキシエチレングリコールアクリレート、メトキシトリエチレングリコールアクリレート、メトキシポリエチレングリコールアクリレート等;二官能性(メタ)アクリレート化合物、例えばエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ジエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート、グリセリンジ(メタ)アクリレート等;グリシジルエーテル、例えばエチレングリコールジグリシジルエーテル、グリシジルエーテル、ジエチレングリコールジグリシジルエーテル、トリエチレングリコールジグリシジルエーテル、ポリエチレングリコールジグリシジルエーテル、プロピレングリシジルエーテル、トリプロピレングリシジルエーテル、ポリプロピレングリシジルエーテル、グリセリンジグリシジルエーテル等;グリシジルメタクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、エチレンオキシド修飾トリメチロールプロパントリアクリレート、エチレンオキシド修飾ペンタエリトリトールトリアクリレート、エチレンオキシド修飾ペンタエリトリトールテトラアクリレート等が挙げられる。 Examples of suitable monomers containing alcohol/acrylate groups include diethylene glycol, pentaerythritol, triethylene glycol, oligo/polyethylene glycol, triethylene glycol monochlorohydrin, diethylene glycol monochlorohydrin, oligoethylene glycol monochlorohydrin, triethylene glycol. monobromohydrin, diethylene glycol monobromohydrin, oligoethylene glycol monobromohydrin, polyethylene glycol, polyether, polyethylene oxide, triethylene glycol-dimethyl ether, tetraethylene glycol-dimethyl ether, diethylene glycol-dimethyl ether, diethylene glycol-diethyl ether-diethylene glycol-dibutyl ether , dipropylene glycol, tripropylene glycol, polypropylene glycol, polypropylene dioxide, polyoxyethylene alkyl ether, polyoxyethylene glycerin fatty acid ester, polyoxyethylene fatty acid amide, 2-hydroxyethyl methacrylate, 2-hydroxypropyl methacrylate, n-butoxy Ethyl methacrylate, n-butoxyethylene glycol methacrylate, methoxytriethylene glycol methacrylate, methoxypolyethylene glycol methacrylate, 2-hydroxyethyl acrylate, 2-hydroxypropyl acrylate, n-butoxyethyl acrylate, n-butoxyethylene glycol acrylate, methoxytriethylene glycol acrylates, methoxypolyethylene glycol acrylate, etc.; bifunctional (meth)acrylate compounds such as ethylene glycol di(meth)acrylate, diethylene glycol di(meth)acrylate, triethylene glycol di(meth)acrylate, polyethylene glycol di(meth)acrylate, neopentyl glycol di(meth)acrylate, glycerin di(meth)acrylate, etc.; glycidyl ethers such as ethylene glycol diglycidyl ether, glycidyl ether, diethylene glycol diglycidyl ether, triethylene glycol diglycidyl ether, polyethylene glycol diglycidyl ether, propylene glycidyl ether, tripropylene glycidyl ether, polypropylene glycidyl ether, glycerin diglycidyl ether, etc.; be done.
第1の導電性ポリマー層又は後続の導電性ポリマー層はまた、独立して反応性基、例えばエポキシ、アルコール、シラン、ホスフェート、アミン、アルケン、チオール、アルキン、アジドカルボン酸を含有するポリアニオンを含んでもよい。 The first conductive polymer layer or subsequent conductive polymer layers also independently contain polyanions containing reactive groups such as epoxies, alcohols, silanes, phosphates, amines, alkenes, thiols, alkynes, azidocarboxylic acids. It's okay.
第1の導電性ポリマー層又は後続の導電性ポリマー層はまた、独立して、米国特許第9,378,898号に開示される鎖状-超分岐型ポリマー(linear hyperbranched polymers)を含み得る。第1の導電性ポリマー層又は後続の導電性ポリマー層は、鎖状ブロックがヒドロキシル基、アミノ基、エポキシ、アクリレート、酸等から選択される少なくとも2つの反応性末端官能基を有し、超分岐ブロックがポリエーテル-エポキシ、ポリエステル-エポキシ、ポリエステル-シラノール、ポリエステル-酸、ポリエーテル-アルコール、ポリアミド-酸、ポリエーテル-アクリレート、ポリエーテル-シラノール及びポリエステル-アミンペンダント基を含む鎖状-超分岐型ポリマーを含んでもよい。 A first conductive polymer layer or subsequent conductive polymer layers may also independently comprise linear hyperbranched polymers disclosed in US Pat. No. 9,378,898. The first conductive polymer layer or the subsequent conductive polymer layer has at least two reactive terminal functional groups selected from hydroxyl groups, amino groups, epoxies, acrylates, acids, etc. in the chain blocks, and is hyperbranched. Linear-hyperbranched block containing polyether-epoxy, polyester-epoxy, polyester-silanol, polyester-acid, polyether-alcohol, polyamide-acid, polyether-acrylate, polyether-silanol and polyester-amine pendant groups type polymer.
第1の導電性ポリマー層又は後続の導電性ポリマー層は、独立して、米国特許出願公開第20150348715号に開示される仕事関数改変剤(work function modifiers)を更に含み得る。仕事関数改変剤の例として、ジ-アルコキシアシルチタン酸塩、トリ-アルコキシアシルチタン酸塩、アルコキシトリアシルチタン酸塩、アルコキシチタン酸塩、ネオアルコキシチタン酸塩、チタンIV2,2(ビス2-プロペノラトメチル)ブタノラト、トリスネオデカノアト-O;チタンIV2,2(ビス2-プロペノラトメチル)ブタノラト、iris(ドデシル)ベンゼンスルホナト-O;チタンIV2,2(ビス2-プロペノラトメチル)ブタノラト、トリス(ジオクチル)ホスファト-O;チタンIV2,2(ビス2-プロペノラトメチル)トリス(ジオクチル)ピロホスファトブタノラト-O;チタンIV2,2(ビス2-プロペノラトメチル)ブタノラト、トリス(2-エチレンジアミノ)エチラト;及びチタンIV2,2(ビス2-プロペノラトメチル)ブタノラト、トリス(3-アミノ)フェニラト(代表的なネオアルコキシチタン酸塩である)並びにそれらの誘導体からなる群から選択される有機チタン酸塩誘導体が挙げられる。さらに、仕事関数改変剤は、脂環式エポキシ樹脂、エチレングリコールジグリシジルエーテル、ビスフェノールAエポキシ樹脂、ビスフェノールFエポキシ樹脂、ビスフェノールSエポキシ樹脂、ノボラックエポキシ樹脂、脂肪族エポキシ樹脂、グリシジルアミンエポキシ樹脂、エチレングリコールジグリシジルエーテル(EGDGE)、プロピレングリコールジグリシジルエーテル(PGDGE)、1,4-ブタンジオールジグリシジルエーテル(BDDGE)、ペンチレングリコールジグリシジルエーテル、ヘキシレングリコールジグリシジルエーテル、シクロヘキサンジメタノールジグリシジルエーテル、レゾルシノールグリシジルエーテル、グリセロールジグリシジルエーテル(GDGE)、グリセロールポリグリシジルエーテル、ジグリセロールポリグリシジルエーテル、トリメチロールプロパンポリグリシジルエーテル、ソルビトールジグリシジルエーテル(ソルビトール-DGE)、ソルビトールポリグリシジルエーテル、ポリエチレングリコールジグリシジルエーテル(PEGDGE)、ポリプロピレングリコールジグリシジルエーテル、ポリテトラメチレングリコールジグリシジルエーテル、ジ(2,3-エポキシプロピル)エーテル、1,3-ブタジエンジエポキシド、1,5-ヘキサジエンジエポキシド、1,2,7,8-ジエポキシオクタン、1,2,5,6-ジエポキシシクロオクタン、4-ビニルシクロヘキセンジエポキシド、ビスフェノールAジグリシジルエーテル、マレイミド-エポキシ化合物、及びそれらの誘導体からなる化合物であり得る。
The first conductive polymer layer or subsequent conductive polymer layers may independently further comprise work function modifiers disclosed in US Patent Application Publication No. 20150348715. Examples of work function modifiers include di-alkoxyacyl titanates, tri-alkoxyacyl titanates, alkoxytriacyl titanates, alkoxy titanates, neoalkoxy titanates, titanium IV2,2 (bis 2- propenolatomethyl)butanolate, trisneodecanato-O;
第1の導電性ポリマー層又は後続の導電性ポリマー層は、独立して、ヒドロキシ官能性非イオン性ポリマー等の非イオン性ポリマーを更に含み得る。「ヒドロキシ官能性」という用語は一般的に、化合物が少なくとも1個のヒドロキシル官能基を有することを意味する。ヒドロキシ官能性ポリマーの分子量は、約100g/mol~10000g/mol、幾つかの実施形態では、約200~2000、幾つかの実施形態では、約300~約1200、幾つかの実施形態では、約400~約800であり得る。 A first conductive polymer layer or subsequent conductive polymer layers may independently further comprise a nonionic polymer, such as a hydroxy-functional nonionic polymer. The term "hydroxy-functional" generally means that the compound has at least one hydroxyl functional group. The molecular weight of the hydroxy functional polymer is from about 100 g/mol to 10000 g/mol, in some embodiments from about 200 to 2000, in some embodiments from about 300 to about 1200, in some embodiments from about It can be from 400 to about 800.
様々なヒドロキシ官能性非イオン性ポリマーのいずれかが一般的に使用され得る。一実施形態では、例えば、ヒドロキシ官能性ポリマーは、ポリアルキレンエーテルである。ポリアルキレンエーテルとして、ポリアルキレングリコール(例えばポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレングリコール、ポリエピクロロヒドリン等)、ポリオキセタン、ポリフェニレンエーテル、ポリエーテルケトン等が挙げられ得る。ポリアルキレンエーテルは典型的にはほぼ鎖状の、末端ヒドロキシ基を有する非イオン性ポリマーである。特に、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール及びポリテトラメチレングリコール(ポリテトラヒドロフラン)が好適である。ジオール成分は、特に、飽和又は不飽和の、分岐鎖又は非分岐鎖の、炭素数5~36の脂肪族ジヒドロキシ化合物、又は芳香族ジヒドロキシ化合物、例えばペンタン-1,5-ジオール、ヘキサン-1,6-ジオール、ネオペンチルグリコール、ビス-(ヒドロキシメチル)-シクロヘキサン、ビスフェノールA、二量体ジオール、水素化二量体ジオール、又は更には上述のジオールの混合物から選択され得る。 Any of a variety of hydroxy-functional nonionic polymers can generally be used. In one embodiment, for example, the hydroxy-functional polymer is a polyalkylene ether. Polyalkylene ethers may include polyalkylene glycols (eg, polyethylene glycol, polypropylene glycol, polytetramethylene glycol, polyepichlorohydrin, etc.), polyoxetanes, polyphenylene ethers, polyether ketones, and the like. Polyalkylene ethers are typically mostly linear, nonionic polymers with terminal hydroxy groups. Particularly preferred are polyethylene glycol, polypropylene glycol and polytetramethylene glycol (polytetrahydrofuran). The diol component is especially It may be selected from 6-diols, neopentyl glycol, bis-(hydroxymethyl)-cyclohexane, bisphenol A, dimer diols, hydrogenated dimer diols, or even mixtures of the aforementioned diols.
上記に加えて、他のヒドロキシ官能性非イオン性ポリマーも使用され得る。かかるポリマーの幾つかの例として、例えば、エトキシ化アルキルフェノール;エトキシ化又はプロポキシ化C6~C24脂肪族アルコール;一般式CH3-(CH2)10~16-(O-C2H4)1~25-OHを有するポリオキシエチレングリコールアルキルエーテル(例えばオクタエチレングリコールモノドデシルエーテル及びペンタエチレングリコールモノドデシルエーテル);一般式CH3-(CH2)10~16-(O-C3H6)1~25-OHを有するポリオキシプロピレングリコールアルキルエーテル;下記の一般式C8-H17-(C6H4)-(O-C2H4)1~25-OHを有するポリオキシエチレングリコールオクチルフェノールエーテル(例えばTriton(商標)X-100);下記の一般式C9-H19-(C6H4)-(O-C2H4)1~25-OHを有するポリオキシエチレングリコールアルキルフェノールエーテル(例えばノノキシノール-9);C8~C24脂肪酸のポリオキシエチレングリコールエステル、例えばポリオキシエチレングリコールソルビタンアルキルエステル(例えば、ポリオキシエチレン(20)ソルビタンモノラウレート、ポリオキシエチレン(20)ソルビタンモノパルミテート、ポリオキシエチレン(20)ソルビタンモノステアレート、ポリオキシエチレン(20)ソルビタンモノオレエート、PEG-20メチルグルコースジステアレート、PEG-20メチルグルコースセスキステアリン酸、PEG-80ヒマシ油、及びPEG-20ヒマシ油、PEG-3ヒマシ油、PEG600ジオレート、及びPEG400ジオレート)及びポリオキシエチレングリセロールアルキルエステル(例えば、ポリオキシエチレン-23グリセロールラウリン酸及びポリオキシエチレン-20グリセロールステアリン酸);C8~C24脂肪酸のポリオキシエチレングリコールエーテル(例えば、ポリオキシエチレン-10セチルエーテル、ポリオキシエチレン-10ステアリルエーテル、ポリオキシエチレン-20セチルエーテル、ポリオキシエチレン-10オレイルエーテル、ポリオキシエチレン-20オレイルエーテル、ポリオキシエチレン-20イソヘキサデシルエーテル、ポリオキシエチレン-15トリデシルエーテル、及びポリオキシエチレン-6トリデシルエーテル);ポリエチレングリコールのブロックコポリマー等が挙げられる。 In addition to the above, other hydroxy-functional nonionic polymers may also be used. Some examples of such polymers include, for example, ethoxylated alkylphenols; ethoxylated or propoxylated C6 - C24 fatty alcohols; general formula CH3- ( CH2 ) 10-16- (O- C2H4 ) . Polyoxyethylene glycol alkyl ethers (eg octaethylene glycol monododecyl ether and pentaethylene glycol monododecyl ether) having 1-25 —OH; general formula CH 3 —(CH 2 ) 10-16 —(O—C 3 H 6 ) polyoxypropylene glycol alkyl ether having 1-25 -OH; polyoxyethylene having the following general formula C 8 -H 17 -(C 6 H 4 )-(O-C 2 H 4 ) 1-25 -OH Glycol octylphenol ethers (such as Triton™ X-100); polyoxyethylene glycols having the general formula C 9 —H 19 —(C 6 H 4 )—(O—C 2 H 4 ) 1-25 —OH below. Alkylphenol ethers (eg nonoxynol-9); polyoxyethylene glycol esters of C8 - C24 fatty acids such as polyoxyethylene glycol sorbitan alkyl esters (eg polyoxyethylene (20) sorbitan monolaurate, polyoxyethylene (20) Sorbitan Monopalmitate, Polyoxyethylene (20) Sorbitan Monostearate, Polyoxyethylene (20) Sorbitan Monooleate, PEG-20 Methyl Glucose Distearate, PEG-20 Methyl Glucose Sesquistearate, PEG-80 Castor Oil , and PEG-20 castor oil, PEG-3 castor oil, PEG600 diolate, and PEG400 diolate) and polyoxyethylene glycerol alkyl esters (e.g., polyoxyethylene-23 glycerol laurate and polyoxyethylene-20 glycerol stearate); Polyoxyethylene glycol ethers of C8 - C24 fatty acids (e.g. polyoxyethylene-10 cetyl ether, polyoxyethylene-10 stearyl ether, polyoxyethylene-20 cetyl ether, polyoxyethylene-10 oleyl ether, polyoxyethylene -20 oleyl ether, polyoxyethylene-20 isohexadecyl ether, polyoxyethylene-15 tridecyl ether, and polyoxyethylene-6 tridecyl ether); block copolymers of polyethylene glycol;
第1のスラリー又は第2のスラリーは、ポリ(イオン性液体)(PIL)を含むイオン性液体を含むことができる。イオン性液体は、導電性ポリマー分散液の前又は後に、別の層として適用することもできる。イオン性液体(IL)は、通常、100℃未満の融点を有する有機塩/無機塩として定義され、化学的及び電気化学的安定性が良好であり、低可燃性であり、蒸気圧が無視できる程度であり、イオン伝導率が高い。液体状態で蒸気圧が無視できる程度であると、イオン性液体は、通常、工業生産用の環境調和型溶媒であると考えられる。イオン性液体は、イオンがあまり配位結合しておらず、100℃未満、又は室温でも溶融する有機塩である。イオン性液体は、電気化学的操作窓が広く、室温で比較的高いマトリクス流動性を有する。イオン性液体は、その全体がイオンから構成されるため、通常の塩溶液に比べて電荷密度がはるかに高い。コンデンサへの適用では、イオン性液体に特有の電荷構造により、荷電カチオンと荷電アニオンとを有する導電性ポリマーと錯体を形成し得る。これが、導電性ポリマー粒子の含浸挙動に影響を及ぼし得る。イオン性液体は、電場において誘電体の修復にも影響を及ぼす可能性があり、そのため、コンデンサの漏れ及び破壊電圧にプラスに働く可能性がある。イオン性液体は、カチオン成分とアニオン成分とから構成される。カチオン成分の例としては、アンモニウム、イミダゾリニウム、ピリジニウム、ピロリジニウム、ピロリニウム、ピラジニウム、ピリミジニウム、トリアゾニウム、トリアジニウム、トリアジン、キノリニウム、イソキノリニウム、インドリニウム、キノキサリニウム、ピペラジニウム、オキサゾリニウム、チアゾリニウム、モルホリニウム、ピペラジン、スルホニウム、及びこれらの誘導体が挙げられる。カチオンは、脂肪族、脂環式、又は芳香族炭化水素、ヒドロキシ、アミノ、カルボン酸、エステル、エーテル、アシル、及びアクリル官能基等の官能基で置換されていてもよい。カチオン成分は、アンモニウム又はイミダゾリウムであることが好ましい。アニオン成分の例としては、BF4 -、PF6 -、CF3BF3 -、C2F5BF3 -、CH2CHBF3 -、nC3H7BF3 -、nC4H9BF3 -、CF3CO2 -、CF3SO3 -、CHF2CF2CF2CF2CH2OSO3 -、CHF2CF2CF2CF2CH2SO3 -、(CF3SO2)2N-、(CF3SO2)3C-、(COCF3)(SO2CF3)N-等のフッ素含有アニオン、及びB(CN)4 -、N(CN)2 -、C(CN)3 -、SCN-、SeCN-、AlCl4 -、OH-、CH3SO3 -、CH3OSO3 -、(CH3CH2)PO4 -等のフッ素非含有アニオン、並びにこれらの誘導体が挙げられる。 The first slurry or the second slurry can comprise an ionic liquid, including poly(ionic liquid) (PIL). The ionic liquid can also be applied as a separate layer before or after the conductive polymer dispersion. Ionic liquids (ILs) are usually defined as organic/inorganic salts with a melting point below 100° C., good chemical and electrochemical stability, low flammability and negligible vapor pressure. and high ionic conductivity. With negligible vapor pressure in the liquid state, ionic liquids are usually considered environmentally friendly solvents for industrial production. Ionic liquids are organic salts that do not have much coordinated ions and that melt below 100° C. or even at room temperature. Ionic liquids have a wide electrochemical operation window and relatively high matrix fluidity at room temperature. Because ionic liquids are composed entirely of ions, they have a much higher charge density than ordinary salt solutions. In capacitor applications, the unique charge structure of ionic liquids allows them to form complexes with conducting polymers having charged cations and charged anions. This can affect the impregnation behavior of the conductive polymer particles. Ionic liquids can also affect the healing of dielectrics in an electric field and thus can have a positive effect on capacitor leakage and breakdown voltage. Ionic liquids are composed of a cationic component and an anionic component. Examples of cationic moieties include ammonium, imidazolinium, pyridinium, pyrrolidinium, pyrrolinium, pyrazinium, pyrimidinium, triazonium, triazinium, triazine, quinolinium, isoquinolinium, indolinium, quinoxalinium, piperazinium, oxazolinium, thiazolinium, morpholinium, piperazine, sulfonium, and derivatives thereof. The cations may be substituted with functional groups such as aliphatic, cycloaliphatic, or aromatic hydrocarbon, hydroxy, amino, carboxylic acid, ester, ether, acyl, and acrylic functionalities. Preferably, the cationic component is ammonium or imidazolium. Examples of anionic components include BF 4 − , PF 6 − , CF 3 BF 3 − , C 2 F 5 BF 3 − , CH 2 CHBF 3 − , nC 3 H 7 BF 3 − , nC 4 H 9 BF 3 − , CF 3 CO 2 − , CF 3 SO 3 − , CHF 2 CF 2 CF 2 CF 2 CH 2 OSO 3 − , CHF 2 CF 2 CF 2 CF 2 CH 2 SO 3 − , (CF 3 SO 2 ) 2 N − , (CF 3 SO 2 ) 3 C − , (COCF 3 )(SO 2 CF 3 )N − , and fluorine-containing anions such as B(CN) 4 − , N(CN) 2 − , C(CN) 3 − , SCN − , SeCN − , AlCl 4 − , OH − , CH 3 SO 3 − , CH 3 OSO 3 − , (CH 3 CH 2 )PO 4 − , and derivatives thereof.
ポリ(イオン性液体)(PIL)は、Progress in Polymer Science Volume 38, Issue 7, July 2013, Pages 1009-1036に記載されているような、各モノマー繰り返し単位において、イオン性液体種がポリマー骨格を介して結合し、マクロ分子構造を形成していることを特徴とする高分子電解質のサブクラスを指す。イオン性液体特有の幾つかの性質は、ポリマー鎖に組み込まれ、新しい高分子材料のクラスを生み出す。ポリマーイオン性液体は、イオン性液体及び通常の高分子電解質の性質と用途を拡大する。イオン性液体種は、溶媒に依存せずにイオン化状態となるため、ポリマーイオン性液体は、永続的で強力な高分子電解質である。水を吸収する特徴的特性は、イオン性液体とポリイオン性液体とに共通する特徴である。
Poly(ionic liquids) (PILs) are defined in Progress in
ポリイオン性液体の例は、
第1のスラリー又は第2のスラリーは、25℃でpHを測定して、1~14のpHを有し得て、1~10のpHが好ましく、1~8のpHが特に好ましい。pHの調整のために、溶液又は分散液に、例えば塩基又は酸が添加され得る。使用される塩基は無機塩基、例えば水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム若しくはアンモニア、又は有機塩基、例えばエチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン、プロピルアミン、ジプロピルアミン、トリプロピルアミン、イソプロピルアミン、ジイソプロピルアミン、ブチルアミン、ジブチルアミン、トリブチルアミン、イソブチルアミン、ジイソブチルアミン、トリイソブチルアミン、1-メチルプロピルアミン、メチルエチルアミン、ビス(1-メチル)プロピルアミン、1,1-ジメチルエチルアミン、ペンチルアミン、ジペンチルアミン、トリペンチルアミン、2-ペンチルアミン、3-ペンチルアミン、2-メチル-ブチルアミン、3-メチルブチルアミン、ビス(3-メチル-ブチルアミン)、トリス(3-メチルブチルアミン)、ヘキシルアミン、オクチルアミン、2-エチルヘキシルアミン、デシルアミン、N-メチル-ブチルアミン、N-エチルブチルアミン、N,N-ジメチルエチルアミン、N,N-ジメチルプロピル、N-エチルジイソプロピルアミン、アリルアミン、ジアリルアミン、エタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、メチルエタノールアミン、メチル-ジエタノールアミン、ジメチルエタノールアミン、ジエチル-エタノールアミン、N-ブチルエタノールアミン、N-ブチルジエタノール-アミン、ジブチルエタノールアミン、シクロヘキシルエタノールアミン、シクロヘキシルジエタノールアミン、N-エチルエタノールアミン、N-プロピルエタノールアミン、tert-ブチルエタノールアミン、tert-ブチル-ジエタノールアミン、プロパノールアミン、ジプロパノールアミン、トリプロパノールアミン若しくはベンジルアミン、二官能性、三官能性、若しくは四官能性アミンでもよい。使用される酸は無機酸、例えば硫酸、リン酸若しくは硝酸でもよく、又は有機酸、例えばカルボン酸若しくはスルホン酸でもよい。 The first slurry or the second slurry may have a pH of 1-14, with a pH of 1-10 being preferred, and a pH of 1-8 being particularly preferred, as measured at 25°C. Bases or acids, for example, can be added to the solutions or dispersions to adjust the pH. The bases used are inorganic bases such as sodium hydroxide, potassium hydroxide, calcium hydroxide or ammonia, or organic bases such as ethylamine, diethylamine, triethylamine, propylamine, dipropylamine, tripropylamine, isopropylamine, diisopropylamine. , butylamine, dibutylamine, tributylamine, isobutylamine, diisobutylamine, triisobutylamine, 1-methylpropylamine, methylethylamine, bis(1-methyl)propylamine, 1,1-dimethylethylamine, pentylamine, dipentylamine, tripentylamine, 2-pentylamine, 3-pentylamine, 2-methyl-butylamine, 3-methylbutylamine, bis(3-methyl-butylamine), tris(3-methylbutylamine), hexylamine, octylamine, 2- ethylhexylamine, decylamine, N-methyl-butylamine, N-ethylbutylamine, N,N-dimethylethylamine, N,N-dimethylpropyl, N-ethyldiisopropylamine, allylamine, diallylamine, ethanolamine, diethanolamine, triethanolamine, methyl ethanolamine, methyl-diethanolamine, dimethylethanolamine, diethyl-ethanolamine, N-butylethanolamine, N-butyldiethanol-amine, dibutylethanolamine, cyclohexylethanolamine, cyclohexyldiethanolamine, N-ethylethanolamine, N-propylethanol It may be an amine, tert-butylethanolamine, tert-butyl-diethanolamine, propanolamine, dipropanolamine, tripropanolamine or benzylamine, a difunctional, trifunctional or tetrafunctional amine. The acid used may be an inorganic acid such as sulfuric acid, phosphoric acid or nitric acid, or an organic acid such as a carboxylic acid or a sulfonic acid.
本明細書中、アノード材料は限定されない。アノードは、好ましくは、金属又は導電性金属酸化物から選ばれる導体である。特に好ましいアノード材料は金属であり、特に好ましい金属は、弁金属又は導電性弁金属酸化物である。アノードは、好ましくはAl、W、Ta、Nb、Ti、Zr、及びHfから選ばれる弁金属の混合物、合金、又は導電性酸化物を含むことがより好ましい。アノードは、ニオブ、アルミニウム、タンタル、及びNbOを含むことが特に好ましいが、これに限定されるものではない。本質的にTaからなるアノードが最も好ましい。 The anode material is not limited herein. The anode is preferably a conductor selected from metals or conductive metal oxides. Particularly preferred anode materials are metals, particularly preferred metals are valve metals or conductive valve metal oxides. More preferably, the anode comprises mixtures, alloys or conductive oxides of valve metals, preferably selected from Al, W, Ta, Nb, Ti, Zr, and Hf. Particularly preferred anodes include, but are not limited to, niobium, aluminum, tantalum, and NbO. Anodes consisting essentially of Ta are most preferred.
誘電体は、非導電層であるが、本明細書中これに特に限定されるものではない。誘電体は、金属酸化物又はセラミック材料とすることができる。誘電体は、形成が簡易であり、使用が容易であるため、非導電性金属アノード酸化物であることが特に好ましい。誘電体は、電気化学的変換を伴う陽極酸化溶液中にアノードを浸漬することによって形成されることが好ましい。代替的には、噴霧又は印刷によって誘電体前駆体を適用し、次いで焼結して層を形成することもできる。誘電体がアノード材料酸化物である場合は、浸漬が好ましい方法であるが、セラミック等の別の材料である場合は、噴霧技術又は塗布技術が好ましい。 A dielectric is a non-conductive layer, but is not specifically limited herein. The dielectric can be a metal oxide or ceramic material. It is particularly preferred that the dielectric be a non-conducting metal anodic oxide because of its simplicity of formation and ease of use. The dielectric is preferably formed by immersing the anode in an anodizing solution that accompanies electrochemical conversion. Alternatively, the dielectric precursor can be applied by spraying or printing and then sintered to form the layer. Immersion is the preferred method when the dielectric is an anode material oxide, while spraying or painting techniques are preferred when it is another material such as a ceramic.
アノードリード線は、抵抗率が低く、アノード材料と合うように選ばれる。アノードリード線は、アノード材料と同じ組成を有してもよく、又はその導電性酸化物であってもよい。特に好ましいアノードリード線としては、Ta、Nb、及びNbOが挙げられる。アノードリード線の形状は特に限定されない。好ましい形状としては、円形、楕円形、長方形、及びこれらの組み合わせが挙げられる。アノードリード線の形状は、最終的なコンデンサに最適な電気的性質に合わせて選択される。 The anode lead is chosen to have low resistivity and match the anode material. The anode lead may have the same composition as the anode material or may be a conductive oxide thereof. Particularly preferred anode leads include Ta, Nb, and NbO. The shape of the anode lead wire is not particularly limited. Preferred shapes include circular, oval, rectangular, and combinations thereof. The shape of the anode lead is chosen for optimum electrical properties in the final capacitor.
本明細書全体を通して、用語「スラリー」と用語「分散液」は交換可能に使用される。 Throughout this specification, the terms "slurry" and "dispersion" are used interchangeably.
本明細書全体を通して、「アルキル」、「アリール」、「アルキルアリール」、「アリールアルキル」等の用語は、非置換基又は置換された基を指し、「アルキルアルコール」のように既に置換されて記載される場合に、更に置換されていない又は更に置換されていてよい基を指す。 Throughout this specification, terms such as "alkyl", "aryl", "alkylaryl", "arylalkyl" refer to unsubstituted or substituted groups, including already substituted groups such as "alkylalcohol". Where indicated, it refers to groups that are unsubstituted or may be further substituted.
試験
静電容量回復率(%)は、カソード層の適用前の封止部品の静電容量の、液体電解質中で試験した封止部品の静電容量に対するパーセント比である。ESRは、封止コンデンサの等価直列抵抗である。DCLは、封止コンデンサの漏れ電流である。BDVは、封止コンデンサの破壊電圧である。Vfは、誘電体層を形成するためにアノードに印加した化成電圧(formation voltage)である。動力サイクル試験は、周囲室温で、定格電圧を5秒間オンにし、次いで5秒間オフにすることにより行った。電圧のオン/オフサイクルを60000回繰り返した。部品の静電容量は、動力サイクルの前後に試験し、静電容量変化(%)を算出する。
Test Capacitance Recovery (%) is the percent ratio of the capacitance of the sealing component before application of the cathode layer to the capacitance of the sealing component tested in the liquid electrolyte. ESR is the equivalent series resistance of the encapsulation capacitor. DCL is the leakage current of the encapsulation capacitor. BDV is the breakdown voltage of the sealed capacitor. Vf is the formation voltage applied to the anode to form the dielectric layer. A power cycle test was performed at ambient room temperature by turning the rated voltage on for 5 seconds and then off for 5 seconds. The voltage on/off cycle was repeated 60000 times. The capacitance of the part is tested before and after power cycling and the percent capacitance change is calculated.
調製例1
PSSAとPEDOTとを重量比2となるように含む分散液を調製した。冷却ジャケットを備えた4Lプラスチックジャーに、まず、71.76gのポリスチレンスルホン酸(PSSA)30%水溶液、1669gの脱イオン(DI)水、27.27gの1%硫酸鉄(III)、及び20.57gのペルオキソ二硫酸ナトリウムを入れた。丸穴径1.6mmの有孔ステータスクリーンを備えたロータ/ステータ混合システムを用いて内容物を混合した。続いて、10.76gの3,4-エチレンジオキシチオフェン(EDOT)を滴加した。反応混合物を、このロータ/ステータ混合システムで、4200RPMの剪断速度で更に23時間連続的に剪断した。この分散液を、カチオン交換樹脂及びアニオン交換樹脂で処理し、濾過して、PEDOT-PSSA系スラリーを得た。PEDOT-PSSA系スラリーを、超音波装置で更に均質化した。DMSO添加剤を用いて試験した分散液の導電率は、259S/cmであり、D50は18.1nmであった。
Preparation example 1
A dispersion containing PSSA and PEDOT in a weight ratio of 2 was prepared. Into a 4 L plastic jar equipped with a cooling jacket, first, 71.76 g of polystyrene sulfonic acid (PSSA) 30% aqueous solution, 1669 g of deionized (DI) water, 27.27 g of 1% iron(III) sulfate, and 20. 57 g of sodium peroxodisulfate were charged. The contents were mixed using a rotor/stator mixing system equipped with a perforated stator screen with a round hole diameter of 1.6 mm. Subsequently, 10.76 g of 3,4-ethylenedioxythiophene (EDOT) was added dropwise. The reaction mixture was continuously sheared in this rotor/stator mixing system at a shear rate of 4200 RPM for an additional 23 hours. This dispersion was treated with a cation exchange resin and an anion exchange resin and filtered to obtain a PEDOT-PSSA based slurry. The PEDOT-PSSA based slurry was further homogenized with an ultrasonic device. The conductivity of the dispersion tested with the DMSO additive was 259 S/cm and the D50 was 18.1 nm.
調製例2
PSSA/PEDOTスラリーを、重量比が3.3となるように調製した。冷却ジャケットを備えた4Lプラスチックジャーに、まず、125gのポリスチレンスルホン酸(PSSA)30%水溶液、2531gのDI水、28.5gの1%硫酸鉄(III)、及び21.5gのペルオキソ二硫酸ナトリウムを入れた。丸穴径1.6mmの有孔ステータスクリーンを備えたロータ/ステータ混合システムを用いて内容物を混合した。続いて、11.25gの3,4-エチレンジオキシチオフェン(EDOT)を滴加した。反応混合物を、このロータ/ステータ混合システムで、8000RPMの剪断速度で更に23時間連続的に剪断した。この分散液を、カチオン交換樹脂及びアニオン交換樹脂で処理し、濾過して、PEDOT-PSSA系スラリーを得た。PEDOT-PSSA系スラリーを、超音波装置で更に均質化した。DMSO添加剤を用いて試験した分散液の導電率は、210S/cmであり、D50は15.0nmであった。
Preparation example 2
A PSSA/PEDOT slurry was prepared with a weight ratio of 3.3. In a 4 L plastic jar equipped with a cooling jacket, first, 125 g of polystyrene sulfonic acid (PSSA) 30% aqueous solution, 2531 g of DI water, 28.5 g of 1% iron(III) sulfate, and 21.5 g of sodium peroxodisulfate I put The contents were mixed using a rotor/stator mixing system equipped with a perforated stator screen with a round hole diameter of 1.6 mm. Subsequently, 11.25 g of 3,4-ethylenedioxythiophene (EDOT) was added dropwise. The reaction mixture was continuously sheared in this rotor/stator mixing system at a shear rate of 8000 RPM for an additional 23 hours. This dispersion was treated with a cation exchange resin and an anion exchange resin and filtered to obtain a PEDOT-PSSA based slurry. The PEDOT-PSSA based slurry was further homogenized with an ultrasonic device. The conductivity of the dispersion tested with the DMSO additive was 210 S/cm and the D50 was 15.0 nm.
調製例3
PSSA/PEDOTスラリーを、重量比が3.3となるように調製した。冷却ジャケットを備えた4Lプラスチックジャーに、まず、92.00gのポリスチレンスルホン酸(PSSA)30%水溶液(混合前に2時間超音波処理した)、1863gのDI水、20.98gの1%硫酸鉄(III)、及び15.82gのペルオキソ二硫酸ナトリウムを入れた。丸穴径1.6mmの有孔ステータスクリーンを備えたロータ/ステータ混合システムを用いて内容物を混合した。続いて、8.28gの3,4-エチレンジオキシチオフェン(EDOT)を滴加した。反応混合物を、このロータ/ステータ混合システムで、4200RPMの剪断速度で更に23時間連続的に剪断した。この分散液を、カチオン交換樹脂及びアニオン交換樹脂で処理し、濾過して、PEDOT-PSSA系スラリーを得た。PEDOT-PSSA系スラリーを、超音波装置で更に均質化した。DMSO添加剤を用いて試験した分散液の導電率は、257S/cmであり、D50は13.8nmであった。
Preparation example 3
A PSSA/PEDOT slurry was prepared with a weight ratio of 3.3. In a 4 L plastic jar equipped with a cooling jacket, first, 92.00 g of polystyrene sulfonic acid (PSSA) 30% aqueous solution (sonicated for 2 hours before mixing), 1863 g of DI water, 20.98 g of 1% iron sulfate (III), and 15.82 g of sodium peroxodisulfate were charged. The contents were mixed using a rotor/stator mixing system equipped with a perforated stator screen with a round hole diameter of 1.6 mm. Subsequently, 8.28 g of 3,4-ethylenedioxythiophene (EDOT) was added dropwise. The reaction mixture was continuously sheared in this rotor/stator mixing system at a shear rate of 4200 RPM for an additional 23 hours. This dispersion was treated with a cation exchange resin and an anion exchange resin and filtered to obtain a PEDOT-PSSA based slurry. The PEDOT-PSSA based slurry was further homogenized with an ultrasonic device. The conductivity of the dispersion tested with the DMSO additive was 257 S/cm and the D50 was 13.8 nm.
調製例4
PSSA/PEDOTスラリーを、重量比が5.0となるように調製した。冷却ジャケットを備えた4Lプラスチックジャーに、まず、54.82gのポリスチレンスルホン酸(PSSA)30%水溶液、1028gのDI水、6.80gの1%硫酸鉄(III)、及び6.29gのペルオキソ二硫酸ナトリウムを入れた。丸穴径1.6mmの有孔ステータスクリーンを備えたロータ/ステータ混合システムを用いて内容物を混合した。続いて、3.29gの3,4-エチレンジオキシチオフェン(EDOT)を滴加した。反応混合物を、このロータ/ステータ混合システムで、5000RPMの剪断速度で更に23時間連続的に剪断した。この分散液を、カチオン交換樹脂及びアニオン交換樹脂で処理し、濾過して、PEDOT-PSSA系スラリーを得た。PEDOT-PSSA系スラリーを、超音波装置で更に均質化した。DMSO添加剤を用いて試験した分散液の導電率は、162S/cmであり、D50は14.7nmであった。
Preparation example 4
A PSSA/PEDOT slurry was prepared with a weight ratio of 5.0. In a 4 L plastic jar equipped with a cooling jacket, first 54.82 g of polystyrene sulfonic acid (PSSA) 30% aqueous solution, 1028 g of DI water, 6.80 g of 1% iron(III) sulfate, and 6.29 g of peroxodisulfate. Added sodium sulfate. The contents were mixed using a rotor/stator mixing system equipped with a perforated stator screen with a round hole diameter of 1.6 mm. Subsequently, 3.29 g of 3,4-ethylenedioxythiophene (EDOT) was added dropwise. The reaction mixture was continuously sheared in this rotor/stator mixing system at a shear rate of 5000 RPM for an additional 23 hours. This dispersion was treated with a cation exchange resin and an anion exchange resin and filtered to obtain a PEDOT-PSSA based slurry. The PEDOT-PSSA based slurry was further homogenized with an ultrasonic device. The conductivity of the dispersion tested with the DMSO additive was 162 S/cm and the D50 was 14.7 nm.
調製例5
ST/PEDOTスラリーを、重量比が1.5となるように調製した。冷却ジャケットを備えた4Lプラスチックジャーに、まず、55.81gのポリスチレン-ポリスチレンスルホン酸ナトリウムコポリマー(ST)20%水溶液、1290gのDI水、2.98gの濃硫酸、31.54gの1%硫酸鉄(III)、及び14.58gのペルオキソ二硫酸ナトリウムを入れた。丸穴径1.6mmの有孔ステータスクリーンを備えたロータ/ステータ混合システムを用いて内容物を混合した。続いて、7.63gの3,4-エチレンジオキシチオフェン(EDOT)を滴加した。反応混合物を、このロータ/ステータ混合システムで、6000RPMの剪断速度で更に23時間連続的に剪断した。この分散液を、カチオン交換樹脂及びアニオン交換樹脂で処理し、濾過して、PEDOT-PSSA系スラリーを得た。PEDOT-PSSA系スラリーを、超音波装置で更に均質化した。DMSO添加剤を用いて試験した分散液の導電率は、151S/cmであり、D50は16.1nmであった。
Preparation example 5
A ST/PEDOT slurry was prepared with a weight ratio of 1.5. In a 4 L plastic jar equipped with a cooling jacket, first, 55.81 g of polystyrene-sodium polystyrene sulfonate copolymer (ST) 20% aqueous solution, 1290 g of DI water, 2.98 g of concentrated sulfuric acid, 31.54 g of 1% iron sulfate (III), and 14.58 g of sodium peroxodisulfate. The contents were mixed using a rotor/stator mixing system equipped with a perforated stator screen with a round hole diameter of 1.6 mm. Subsequently, 7.63 g of 3,4-ethylenedioxythiophene (EDOT) was added dropwise. The reaction mixture was continuously sheared in this rotor/stator mixing system at a shear rate of 6000 RPM for an additional 23 hours. This dispersion was treated with a cation exchange resin and an anion exchange resin and filtered to obtain a PEDOT-PSSA based slurry. The PEDOT-PSSA based slurry was further homogenized with an ultrasonic device. The conductivity of the dispersion tested with the DMSO additive was 151 S/cm and the D50 was 16.1 nm.
調製例6
ST/PEDOTスラリーを、重量比が2.6となるように調製した。冷却ジャケットを備えた4Lプラスチックジャーに、まず、87.86gのポリスチレン-ポリスチレンスルホン酸ナトリウム(ST)コポリマー20%水溶液、1644gのDI水、4.70gの濃硫酸、28.59gの1%硫酸鉄(III)、及び13.22gのペルオキソ二硫酸ナトリウムを入れた。丸穴径1.6mmの有孔ステータスクリーンを備えたロータ/ステータ混合システムを用いて内容物を混合した。続いて、6.92gの3,4-エチレンジオキシチオフェン(EDOT)を滴加した。反応混合物を、このロータ/ステータ混合システムで、6000RPMの剪断速度で更に23時間連続的に剪断した。この分散液を、カチオン交換樹脂及びアニオン交換樹脂で処理し、濾過して、PEDOT-PSSA系スラリーを得た。PEDOT-PSSA系スラリーを、超音波装置で更に均質化した。DMSO添加剤を用いて試験した分散液の導電率は、125S/cmであり、D50は13.3nmであった。
Preparation example 6
A ST/PEDOT slurry was prepared with a weight ratio of 2.6. In a 4 L plastic jar equipped with a cooling jacket, first, 87.86 g of polystyrene-sodium polystyrene sulfonate (ST) copolymer 20% aqueous solution, 1644 g of DI water, 4.70 g of concentrated sulfuric acid, 28.59 g of 1% iron sulfate (III), and 13.22 g of sodium peroxodisulfate were charged. The contents were mixed using a rotor/stator mixing system equipped with a perforated stator screen with a round hole diameter of 1.6 mm. Subsequently, 6.92 g of 3,4-ethylenedioxythiophene (EDOT) was added dropwise. The reaction mixture was continuously sheared in this rotor/stator mixing system at a shear rate of 6000 RPM for an additional 23 hours. This dispersion was treated with a cation exchange resin and an anion exchange resin and filtered to obtain a PEDOT-PSSA based slurry. The PEDOT-PSSA based slurry was further homogenized with an ultrasonic device. The conductivity of the dispersion tested with the DMSO additive was 125 S/cm and the D50 was 13.3 nm.
調製例7
ST/PEDOTスラリーを、重量比が3.5となるように調製した。冷却ジャケットを備えた4Lプラスチックジャーに、まず、58.31gのポリスチレン-ポリスチレンスルホン酸ナトリウムコポリマー(ST)20%水溶液、1025gのDI水、3.12gの濃硫酸、7.12gの1%硫酸鉄(III)、及び6.59gのペルオキソ二硫酸ナトリウムを入れた。丸穴径1.6mmの有孔ステータスクリーンを備えたロータ/ステータ混合システムを用いて内容物を混合した。続いて、6.92gの3,4-エチレンジオキシチオフェン(EDOT)を滴加した。反応混合物を、このロータ/ステータ混合システムで、6000RPMの剪断速度で更に23時間連続的に剪断した。この分散液を、カチオン交換樹脂及びアニオン交換樹脂で処理し、濾過して、PEDOT-PSSA系スラリーを得た。PEDOT-PSSA系スラリーを、超音波装置で更に均質化した。DMSO添加剤を用いて試験した分散液の導電率は、94S/cmであり、D50は12.9nmであった。
Preparation example 7
A ST/PEDOT slurry was prepared with a weight ratio of 3.5. In a 4 L plastic jar equipped with a cooling jacket, first, 58.31 g of polystyrene-sodium polystyrene sulfonate copolymer (ST) 20% aqueous solution, 1025 g of DI water, 3.12 g of concentrated sulfuric acid, 7.12 g of 1% iron sulfate (III), and 6.59 g of sodium peroxodisulfate were added. The contents were mixed using a rotor/stator mixing system equipped with a perforated stator screen with a round hole diameter of 1.6 mm. Subsequently, 6.92 g of 3,4-ethylenedioxythiophene (EDOT) was added dropwise. The reaction mixture was continuously sheared in this rotor/stator mixing system at a shear rate of 6000 RPM for an additional 23 hours. This dispersion was treated with a cation exchange resin and an anion exchange resin and filtered to obtain a PEDOT-PSSA based slurry. The PEDOT-PSSA based slurry was further homogenized with an ultrasonic device. The conductivity of the dispersion tested with the DMSO additive was 94 S/cm and the D50 was 12.9 nm.
調製例8
可溶性導電性ポリマー(S1)を調製した。テトラヒドロフランに溶解した市販のヒドロキシメチル3,4-エチレンジオキシチオフェン(0.50g)を、窒素雰囲気下で、水素化ナトリウム(0.084g)に添加した。得られた混合物を1時間還流し、その後、テトラヒドロフラン(8ml)に溶解した1,4-ブタンスルトン(0.41g)をゆっくりと添加した。混合物を更に2時間撹拌し、次いで冷却した。激しく撹拌しながら、アセトン(45ml)を混合物に注いだ。この懸濁液を濾過し、熱アセトンで洗浄し、真空下で濃縮して、淡橙色のモノマー粉末を得た。
Preparation Example 8
A soluble conductive polymer (S1) was prepared. Commercially
0.2gのモノマーを水(5ml)に溶解したものを、0.9gのp-トルエンスルホン酸鉄(III)六水和物に添加した。得られた混合物を、室温、24時間窒素下で重合した。得られたS1ポリマーを、アセトン中で析出させることにより単離した。析出物を真空濾過により回収した。回収した析出物をDI水に溶解させ、イオン交換樹脂で6時間処理した。得られた導電性ポリマーS1の濃青色溶液を、真空濾過により単離した。S1の導電率を測定したところ、5S/cmであった。 A solution of 0.2 g of monomer in water (5 ml) was added to 0.9 g of iron(III) p-toluenesulfonate hexahydrate. The resulting mixture was polymerized under nitrogen at room temperature for 24 hours. The resulting S1 polymer was isolated by precipitation in acetone. The precipitate was collected by vacuum filtration. The collected precipitate was dissolved in DI water and treated with an ion exchange resin for 6 hours. The resulting dark blue solution of conductive polymer S1 was isolated by vacuum filtration. The conductivity of S1 was measured to be 5 S/cm.
調製例9
81gの調製例4に対し、9gの可溶性導電性ポリマー水溶液(S2)を添加した。
Preparation Example 9
9 g of the soluble conductive polymer aqueous solution (S2) was added to 81 g of Preparation Example 4.
調製例10
100gのClevios Knano LVに対し、0.4gの3-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン及び1.2gのポリエチレングリコールジグリシジルエーテルを添加した。D50を測定したところ、16.4nmであった。
Preparation Example 10
To 100 g of Clevios Knano LV was added 0.4 g of 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane and 1.2 g of polyethylene glycol diglycidyl ether. D50 was measured to be 16.4 nm.
実施例1(I-1)
133000μFV/gの比電荷を有する、47マイクロファラッド、16Vの一連のタンタルアノードを製造した。タンタルを陽極酸化して、タンタルアノード上に誘電体を形成した。このようにして形成したアノードを、調製例2に1分間浸漬し、オーブンで乾燥して水を除去した。十分な厚さが得られるまでこのプロセスを繰り返した。エポキシ化合物及びシラン化合物を含有する第2の導電性ポリマー分散液を適用して、後続のポリマー層を形成した。乾燥後、ジアミン塩と第2の導電性ポリマー分散液との交互層を適用し、更に4~5回繰り返した。導電性ポリマー層を備えたアノードを洗浄及び乾燥し、次いで、グラファイト層及び銀層を順次被覆させて、固体電解コンデンサを製造した。部品を組み立て、パッケージした。パッケージ部品の静電容量及びESRを測定した。
Example 1 (I-1)
A series of 47 microfarad, 16 V tantalum anodes with a specific charge of 133000 μFV/g were fabricated. The tantalum was anodized to form a dielectric on the tantalum anode. The anode thus formed was immersed in Preparative Example 2 for 1 minute and dried in an oven to remove water. This process was repeated until sufficient thickness was obtained. A second conductive polymer dispersion containing an epoxy compound and a silane compound was applied to form subsequent polymer layers. After drying, alternating layers of diamine salt and a second conductive polymer dispersion were applied and repeated 4-5 more times. A solid electrolytic capacitor was fabricated by washing and drying the anode with the conductive polymer layer and then sequentially coating the graphite layer and the silver layer. Assemble and package the parts. The capacitance and ESR of package parts were measured.
実施例2(I-2)
第1の導電性ポリマー分散液として調製例4を使用した以外は、実施例1において説明した通りに一連のタンタルコンデンサを製造した。
Example 2 (I-2)
A series of tantalum capacitors were fabricated as described in Example 1, except that Preparative Example 4 was used as the first conductive polymer dispersion.
比較例1(C-1)
第1の導電性ポリマー分散液として、Heraeus社から市販されているClevios Knano LV試料を使用した以外は、実施例1において説明した通りに一連のタンタルコンデンサを製造した。Knano LVは、ポリアニオン/EDOTの重量比が2.5であることが報告されている。
Comparative Example 1 (C-1)
A series of tantalum capacitors were prepared as described in Example 1, except that a Clevios Knano LV sample commercially available from Heraeus was used as the first conductive polymer dispersion. Knano LV is reported to have a polyanion/EDOT weight ratio of 2.5.
比較例2(C-2)
第1の導電性ポリマー分散液として調製例1を使用した以外は、実施例1において説明した通りに一連のタンタルコンデンサを製造した。
Comparative Example 2 (C-2)
A series of tantalum capacitors were fabricated as described in Example 1, except that Preparative Example 1 was used as the first conductive polymer dispersion.
比較例3(C-3)
第1の導電性ポリマー分散液として調製例3を使用した以外は、実施例1において説明した通りに一連のタンタルコンデンサを製造した。
Comparative Example 3 (C-3)
A series of tantalum capacitors were fabricated as described in Example 1, except that Preparative Example 3 was used as the first conductive polymer dispersion.
実施例3(I-3)
第1の導電性ポリマー分散液として調製例7を使用した以外は、実施例1において説明した通りに一連のタンタルコンデンサを製造した。
Example 3 (I-3)
A series of tantalum capacitors were fabricated as described in Example 1, except that Preparative Example 7 was used as the first conductive polymer dispersion.
比較例4(C-4)
第1の導電性ポリマー分散液として調製例5を使用した以外は、実施例1において説明した通りに一連のタンタルコンデンサを製造した。
Comparative Example 4 (C-4)
A series of tantalum capacitors were fabricated as described in Example 1, except that Preparative Example 5 was used as the first conductive polymer dispersion.
比較例5(C-5)
第1の導電性ポリマー分散液として調製例6を使用した以外は、実施例1において説明した通りに一連のタンタルコンデンサを製造した。
Comparative Example 5 (C-5)
A series of tantalum capacitors were fabricated as described in Example 1, except that Preparative Example 6 was used as the first conductive polymer dispersion.
実施例4(I-4)
一連のタンタルアノード(33マイクロファラッド、16V、65000μFV/gの比電荷を有する)を製造した。タンタルを陽極酸化して、タンタルアノード上に誘電体を形成した。このようにして形成したアノードを、調製例4に1分間浸漬し、オーブンで乾燥して水を除去した。十分な厚さが得られるまでこのプロセスを繰り返した。エポキシ化合物及びシラン化合物を含有する第2の導電性ポリマー分散液を適用して、後続のポリマー層を形成した。乾燥後、ジアミン塩と第2の導電性ポリマー分散液との交互層を適用し、更に4~5回繰り返した。導電性ポリマー層を備えたアノードを洗浄及び乾燥し、次いで、グラファイト層及び銀層を順次被覆させて、固体電解コンデンサを製造した。部品を組み立て、パッケージした。パッケージ部品の静電容量及びESRを測定した。
Example 4 (I-4)
A series of tantalum anodes (33 microfarads, 16V, with a specific charge of 65000 μFV/g) were fabricated. The tantalum was anodized to form a dielectric on the tantalum anode. The anode thus formed was immersed in Preparative Example 4 for 1 minute and dried in an oven to remove water. This process was repeated until sufficient thickness was obtained. A second conductive polymer dispersion containing an epoxy compound and a silane compound was applied to form subsequent polymer layers. After drying, alternating layers of diamine salt and a second conductive polymer dispersion were applied and repeated 4-5 more times. A solid electrolytic capacitor was fabricated by washing and drying the anode with the conductive polymer layer and then sequentially coating the graphite layer and the silver layer. Assemble and package the parts. The capacitance and ESR of package parts were measured.
比較例6(C-6)
第1の導電性ポリマー分散液として、Heraeus社から市販されているClevios Knano LV試料を使用した以外は、実施例4において説明した通りに一連のタンタルコンデンサを製造した。
Comparative Example 6 (C-6)
A series of tantalum capacitors were prepared as described in Example 4, except that the Clevios Knano LV sample commercially available from Heraeus was used as the first conductive polymer dispersion.
実施例5(I-5)
48000μFV/gの比電荷を有する、68マイクロファラッド、16Vの一連のタンタルアノードを製造した。タンタルを陽極酸化して、タンタルアノード上に誘電体を形成した。このようにして形成したアノードを、調製例2に1分間浸漬し、オーブンで乾燥して水を除去した。十分な厚さが得られるまでこのプロセスを繰り返した。エポキシ化合物及びシラン化合物を含有する第2の導電性ポリマー分散液を適用して、外部ポリマー層を形成した。乾燥後、ジアミン塩と第2の導電性ポリマー分散液との交互層を適用し、更に4~5回繰り返した。導電性ポリマー層を備えたアノードを洗浄及び乾燥し、次いで、グラファイト層及び銀層を順次被覆させて、固体電解コンデンサを製造した。部品を組み立て、パッケージした。パッケージ部品の静電容量及びESRを測定した。
Example 5 (I-5)
A series of 68 microfarad, 16 V tantalum anodes with a specific charge of 48000 μFV/g were fabricated. The tantalum was anodized to form a dielectric on the tantalum anode. The anode thus formed was immersed in Preparative Example 2 for 1 minute and dried in an oven to remove water. This process was repeated until sufficient thickness was obtained. A second conductive polymer dispersion containing an epoxy compound and a silane compound was applied to form an outer polymer layer. After drying, alternating layers of diamine salt and a second conductive polymer dispersion were applied and repeated 4-5 more times. A solid electrolytic capacitor was fabricated by washing and drying the anode with the conductive polymer layer and then sequentially coating the graphite layer and the silver layer. Assemble and package the parts. The capacitance and ESR of package parts were measured.
実施例6(I-6)
第1の導電性ポリマー分散液として調製例4を使用した以外は、実施例5において説明した通りに一連のタンタルコンデンサを製造した。
Example 6 (I-6)
A series of tantalum capacitors were fabricated as described in Example 5, except that Preparative Example 4 was used as the first conductive polymer dispersion.
比較例7(C-7)
第1の導電性ポリマー分散液として、Heraeus社から市販されているClevios Knano LV試料を使用した以外は、実施例5において説明した通りに一連のタンタルコンデンサを製造した。
Comparative Example 7 (C-7)
A series of tantalum capacitors were prepared as described in Example 5, except that the Clevios Knano LV sample commercially available from Heraeus was used as the first conductive polymer dispersion.
実施例7(I-7)
一連のタンタルアノード(4.7マイクロファラッド、63V、13000μFV/gの比電荷を有する)を製造した。タンタルを陽極酸化して、タンタルアノード上に誘電体を形成した。このようにして形成したアノードを、調製例4に1分間浸漬し、オーブンで乾燥して水を除去した。十分な厚さが得られるまでこのプロセスを繰り返した。エポキシ化合物及びシラン化合物を含有する第2の導電性ポリマー分散液を適用して、後続のポリマー層を形成した。乾燥後、ジアミン塩と第2の導電性ポリマー分散液との交互層を適用し、更に4~5回繰り返した。導電性ポリマー層を備えたアノードを洗浄及び乾燥し、次いで、グラファイト層及び銀層を順次被覆させて、固体電解コンデンサを製造した。部品を組み立て、パッケージした。パッケージ部品の静電容量及びESRを測定した。
Example 7 (I-7)
A series of tantalum anodes (4.7 microfarads, 63 V, with a specific charge of 13000 μFV/g) were fabricated. The tantalum was anodized to form a dielectric on the tantalum anode. The anode thus formed was immersed in Preparative Example 4 for 1 minute and dried in an oven to remove water. This process was repeated until sufficient thickness was obtained. A second conductive polymer dispersion containing an epoxy compound and a silane compound was applied to form subsequent polymer layers. After drying, alternating layers of diamine salt and a second conductive polymer dispersion were applied and repeated 4-5 more times. A solid electrolytic capacitor was fabricated by washing and drying the anode with the conductive polymer layer and then sequentially coating the graphite layer and the silver layer. Assemble and package the parts. The capacitance and ESR of package parts were measured.
比較例8(C-8)
第1の導電性ポリマー分散液として、Heraeus社から市販されているClevios Knano LV試料を使用した以外は、実施例7において説明した通りに一連のタンタルコンデンサを製造した。
Comparative Example 8 (C-8)
A series of tantalum capacitors were prepared as described in Example 7, except that the Clevios Knano LV sample commercially available from Heraeus was used as the first conductive polymer dispersion.
実施例8(I-8)
133000μFV/gの比電荷を有する、47マイクロファラッド、16Vの一連のタンタルアノードを製造した。タンタルを陽極酸化して、タンタルアノード上に誘電体を形成した。このようにして形成したアノードを、調製例8で得たS1に1分間浸漬し、オーブンで乾燥して水を除去した。もう一回このプロセスを繰り返した。次いで、このアノードを、調製例2に1分間浸漬し、オーブンで乾燥して水を除去した。十分な厚さが得られるまでこのプロセスを繰り返した。次いで、Heraeus社から市販されている導電性ポリマー分散液KV2を適用して、後続のポリマー層を形成した。乾燥後、ジアミン塩溶液と市販の導電性ポリマー分散液との交互層を適用し、更に4~5回繰り返した。導電性ポリマー層を備えたアノードを洗浄及び乾燥し、次いで、グラファイト層及び銀層を順次被覆させて、固体電解コンデンサを製造した。部品を組み立て、パッケージした。パッケージ部品の静電容量及びESRを測定した。
Example 8 (I-8)
A series of 47 microfarad, 16 V tantalum anodes with a specific charge of 133000 μFV/g were fabricated. The tantalum was anodized to form a dielectric on the tantalum anode. The anode thus formed was immersed in S1 obtained in Preparation Example 8 for 1 minute and dried in an oven to remove water. Repeated this process one more time. The anode was then immersed in Preparative Example 2 for 1 minute and dried in an oven to remove water. This process was repeated until sufficient thickness was obtained. Conductive polymer dispersion KV2, available from Heraeus, was then applied to form subsequent polymer layers. After drying, alternating layers of diamine salt solution and commercial conductive polymer dispersion were applied and repeated 4-5 more times. A solid electrolytic capacitor was fabricated by washing and drying the anode with the conductive polymer layer and then sequentially coating the graphite layer and the silver layer. Assemble and package the parts. The capacitance and ESR of package parts were measured.
実施例9(I-9)
調製例2の代わりに調製例4を用いたこと以外は、実施例8で説明した通りに、一連のタンタルコンデンサを製造した。
Example 9 (I-9)
A series of tantalum capacitors were fabricated as described in Example 8, except that Preparative Example 4 was used instead of Preparative Example 2.
比較例9(C-9)
調製例2の代わりにHeraeus社から市販されているClevios Knano LV試料を用いたこと以外は、実施例8で説明した通りに、一連のタンタルコンデンサを製造した。
Comparative Example 9 (C-9)
A series of tantalum capacitors were fabricated as described in Example 8, except that Clevios Knano LV samples commercially available from Heraeus were used in place of
比較例10(C-10)
調製例2の代わりに調製例8の可溶性PEDOT溶液S1を用いたこと以外は、実施例8で説明した通りに、一連のタンタルコンデンサを製造した。
Comparative Example 10 (C-10)
A series of tantalum capacitors were fabricated as described in Example 8, except that the soluble PEDOT solution S1 of Preparative Example 8 was used instead of Preparative Example 2.
実施例10(I-10)
調製例2の代わりに調製例9を用いたこと以外は、実施例1で説明した通りに、133000μFV/gの比電荷を有する、47マイクロファラッド、16Vの一連のタンタルアノードを製造した。
Example 10 (I-10)
A series of 47 microfarad, 16V tantalum anodes with a specific charge of 133000 μFV/g were fabricated as described in Example 1, except that Preparation 9 was used instead of
比較例11(C-11)
調製例2の代わりに可溶性導電性ポリマー水溶液(S2)を用いたこと以外は、実施例1で説明した通りに、133000μFV/gの比電荷を有する、47マイクロファラッド、16Vの一連のタンタルアノードを製造した。
Comparative Example 11 (C-11)
A series of 47 microfarad, 16 V tantalum anodes with a specific charge of 133000 μFV/g were fabricated as described in Example 1, except that an aqueous soluble conductive polymer solution (S2) was used in Preparation Example 2. bottom.
実施例11(I-11)
22000μFV/gの比電荷を有する、33マイクロファラッド、35Vの一連のタンタルアノードを製造した。タンタルを陽極酸化して、タンタルアノード上に誘電体を形成した。このようにして形成した陽極酸化アノードを、トルエンスルホン酸鉄(III)酸化剤溶液に1分間浸漬し、続いてエチルジオキシチオフェンモノマーに1分間浸漬した。60分間の重合が完了した後、このアノードを洗浄して余剰モノマー及び反応副生成物を除去した。これにより、陽極酸化アノードの誘電体上に導電性ポリマー(PEDOT)の薄層が形成された。このアノードを、Heraeus社から市販されている導電性ポリマー分散液Clevios Knano LVに1分間浸漬し、オーブンで乾燥して水を除去した。このプロセスを更に3回繰り返した。同じ浸漬乾燥プロセスを、調製例10の導電性ポリマー分散液を用いて3回繰り返した。次いで、Heraeus社から市販されている導電性ポリマー分散液KV2を適用して、外部ポリマー層を形成した。乾燥後、ジアミン塩溶液と市販の導電性ポリマー分散液との交互層を適用し、更に4~5回繰り返した。導電性ポリマー層を備えたアノードを洗浄及び乾燥し、次いで、グラファイト層及び銀層を順次被覆させて、固体電解コンデンサを製造した。部品を組み立て、パッケージした。パッケージ部品の静電容量、ESR、漏れ、及びBDVを測定した。
Example 11 (I-11)
A series of 33 microfarad, 35 V tantalum anodes with a specific charge of 22000 μFV/g were fabricated. The tantalum was anodized to form a dielectric on the tantalum anode. The anodized anode thus formed was immersed in an iron(III) toluenesulfonate oxidant solution for 1 minute followed by immersion in ethyldioxythiophene monomer for 1 minute. After 60 minutes of polymerization was completed, the anode was washed to remove excess monomer and reaction by-products. This formed a thin layer of conductive polymer (PEDOT) on the dielectric of the anodized anode. The anode was immersed in a conductive polymer dispersion, Clevios Knano LV, available from Heraeus, for 1 minute and dried in an oven to remove water. This process was repeated three more times. The same immersion drying process was repeated three times with the conductive polymer dispersion of Preparative Example 10. Conductive polymer dispersion KV2, available from Heraeus, was then applied to form the outer polymer layer. After drying, alternating layers of diamine salt solution and commercial conductive polymer dispersion were applied and repeated 4-5 more times. A solid electrolytic capacitor was fabricated by washing and drying the anode with the conductive polymer layer and then sequentially coating the graphite layer and the silver layer. Assemble and package the parts. The capacitance, ESR, leakage, and BDV of package parts were measured.
比較例12(C-12)
第1の導電性ポリマー分散液の7サイクル全てで市販の導電性ポリマー分散液Clevios Knano LVを用いたこと以外は、実施例13で説明した通りに、一連のタンタルコンデンサを製造した。
Comparative Example 12 (C-12)
A series of tantalum capacitors were prepared as described in Example 13, except that the commercially available conductive polymer dispersion Clevios Knano LV was used in all seven cycles of the first conductive polymer dispersion.
表1中、比は、導電性ポリマーに対するポリアニオンの重量比であり、D50は、平均粒子サイズである。より高電荷(133000μFV/g)の部品タイプを利用した実施例I-2では、PSSA試料のうち、スラリーの導電率が最も低かったが、静電容量回復率が最も高く、ESRが最も小さかった。静電容量の向上は、平均粒子サイズが小さいことだけに起因するわけではない。というのは、比較例C-3は更に平均粒子サイズが小さいが、実施例I-1に対する静電容量の向上は最小となっているからである。図4及び図5に示すように、ポリアニオン/PEDOTの重量比と静電容量及びESRとの相関性は、米国特許出願公開第2015/0279503号に示す当該技術分野における予想に相反している。また、図3に示すように、PSSA/PEDOTの重量比が大きくなるにつれて、導電率が低下する。より導電率の低い導電性ポリマー分散液によってより良好なESRが達成されることは、ESRと導電率との相関性に対する一般的な理解と矛盾している。 In Table 1, ratio is the weight ratio of polyanion to conductive polymer and D50 is the average particle size. Example I-2, which utilized the higher charge (133,000 μFV/g) part type, had the lowest slurry conductivity but the highest capacitance recovery and lowest ESR among the PSSA samples. . The improved capacitance is not solely due to the smaller average particle size. This is because although Comparative Example C-3 has a smaller average particle size, the improvement in capacitance over Example I-1 is minimal. As shown in FIGS. 4 and 5, the correlation between polyanion/PEDOT weight ratio and capacitance and ESR is contrary to expectations in the art as shown in US Patent Application Publication No. 2015/0279503. Also, as shown in FIG. 3, the conductivity decreases as the weight ratio of PSSA/PEDOT increases. Better ESR achieved with lower conductivity conductive polymer dispersions contradicts common understanding of the relationship between ESR and conductivity.
100000μFV/gを超える粉末電荷に対する静電容量回復率、すなわち、Cap回復率における特に有利な点は、少なくとも65%のCap回復率が達成できることである。65000μFV/aを超える粉末電荷では、少なくとも70%のCap回復率が達成できる。45000μFV/aを超える電荷では、75%超のCap回復率が達成できる。 A particular advantage in capacitance recovery, ie Cap recovery, for powder charges above 100,000 μFV/g is that Cap recovery of at least 65% can be achieved. At powder charges above 65000 μFV/a, Cap recovery of at least 70% can be achieved. For charges above 45000 μFV/a, Cap recovery rates above 75% can be achieved.
表4に示す結果に基づき、表2及び表3の場合に、S1又はS2等のin situでの又は可溶性導電性ポリマー前駆体を適用すると、Cap回復率をより高くすることが可能であった。 Based on the results shown in Table 4, in the cases of Tables 2 and 3, the application of in situ or soluble conductive polymer precursors such as S1 or S2 allowed for higher Cap recovery. .
ドーパントとして、ポリスチレン-ポリスチレンスルホン酸(ST)から形成した導電性ポリマー分散液を用いた場合にも同じ傾向が観察される。ポリアニオン/PEDOT比が最も高い分散液を用いた実施例I-3では、導電率がたった約94S/cmであったにも関わらず、最良の静電容量及びESRを有することが観察された。一方、より低電荷(13000μFV/g)の粉末を用いた実施例I-7では、比較例C-8に対して、静電容量及びESRがほんの少ししか向上しなかった。表1に示す結果から、導電性ポリマーに対するポリアニオンの重量比が3超であり、平均粒子サイズとして20nm未満の平均径(D50)を有する第1の導電性ポリマー層を、高電荷コンデンサに適用すると、電気的性質が向上することが分かる。 The same trend is observed when conducting polymer dispersions formed from polystyrene-polystyrene sulfonic acid (ST) are used as dopants. Example I-3, which used the dispersion with the highest polyanion/PEDOT ratio, was observed to have the best capacitance and ESR, even though the conductivity was only about 94 S/cm. On the other hand, Example I-7, which used the lower charge (13000 μFV/g) powder, showed only a small improvement in capacitance and ESR over Comparative Example C-8. From the results shown in Table 1, a first conductive polymer layer having a polyanion to conductive polymer weight ratio of greater than 3 and an average particle size of less than 20 nm average diameter (D50) is applied to a high charge capacitor. , the electrical properties are improved.
表2から、別のより高電荷(65000μFV/g)粉末を用いた場合に、1超の破壊電圧(BDV)/化成電圧(Vf)比を達成する能力を有する本発明の利点が分かる。 Table 2 shows the advantage of the present invention in its ability to achieve breakdown voltage (BDV)/formation voltage (Vf) ratios greater than 1 when using another higher charge (65000 μFV/g) powder.
表3に、48000μFV/gの充電電力に対する本発明を示す。PSSA/PEDOT比が高くても、C-7に比べて、わずかに良好なESR及び静電容量しか示さなかった。静電容量における利点はそれほど大きくなかったが、動力サイクルでの静電容量変化から、PSSA/EDOT比がより高い方が、初期静電容量の維持に有利であることが示された。表3に提示されたデータから分かるように、60000回の動力サイクルを行った後のCap低下として10%未満を達成することができ、更に好ましくは5%未満である。 Table 3 shows the invention for a charge power of 48000 μFV/g. Even with a higher PSSA/PEDOT ratio, it showed only slightly better ESR and capacitance compared to C-7. Although the advantage in capacitance was not as great, the change in capacitance with power cycling indicated that higher PSSA/EDOT ratios were beneficial in maintaining initial capacitance. As can be seen from the data presented in Table 3, a Cap reduction of less than 10% after 60000 power cycles can be achieved, and more preferably less than 5%.
表4に示す結果から、第1のスラリー及び第2のスラリーの前の前駆体導電性ポリマーとして、in situ PEDOT(ポリアニオンを含まない)及び可溶性PEDOT等の他の導電性ポリマー、又はポリアニオンを含まない他の導電性ポリマーを適用可能であることが分かる。表4中、第1のスラリーの前に、自己ドープPEDOT溶液(S1)を2層適用した。自己ドープ導電性ポリマー(S1)に続いて、導電性ポリマーに対するポリアニオンの重量比が約5である分散液を用いた場合に、最も高い静電容量及び最も低いESRが実現された。ポリアニオン/導電性ポリマー重量比が3超の導電性ポリマー分散液を、可溶性導電性ポリマー(S1)と併用すると、相乗効果が得られる。実施例I-10及び比較例C-11によって示されるように、別の導電性ポリマー溶液(S2)と、導電性ポリマーに対するポリアニオンの重量比が高い導電性ポリマー分散液とを混合しても、同様の利点が得られた。適用順序を逆にして、まず導電性ポリマー分散液に浸漬してから、導電性ポリマー溶液を適用しても、静電容量に対して同様の利点を得ることが可能であった。 From the results shown in Table 4, in situ PEDOT (without polyanions) and other conductive polymers such as soluble PEDOT, or with polyanions, were used as the precursor conductive polymer prior to the first and second slurries. It turns out that other conductive polymers are applicable. In Table 4, two layers of self-doped PEDOT solution (S1) were applied before the first slurry. Following the self-doped conductive polymer (S1), the highest capacitance and lowest ESR were achieved with a dispersion having a polyanion to conductive polymer weight ratio of about 5. A synergistic effect is obtained when a conductive polymer dispersion having a polyanion/conductive polymer weight ratio of greater than 3 is used in combination with the soluble conductive polymer (S1). Mixing another conductive polymer solution (S2) with a conductive polymer dispersion having a high polyanion to conductive polymer weight ratio, as shown by Example I-10 and Comparative Example C-11, Similar advantages were obtained. It was also possible to reverse the order of application, dipping first in the conductive polymer dispersion and then applying the conductive polymer solution, to obtain a similar benefit to capacitance.
表5に示す結果から、シランカップリング剤及びエポキシ化合物を、第1のスラリーに添加することによって、静電容量、漏れ、及び破壊電圧(BDV)を向上することができることが分かる。代替的には、添加剤を第1のスラリーとは別の溶液として適用してもよく、この場合にも、同様の性能向上が達成できる。理論に限定されるものではないが、エポキシ化合物が導電性ポリマー分散液と錯体を形成し、導電性コアの周囲により厚い絶縁層ができることによって、導電性粒子サイズが大きくなったと考えられる。これは、粒径D50が大きくなったことにより確認された。粒子サイズが大きくなったにも関わらず、絶縁性添加剤は、アノードの空孔の含浸及び被覆に対してプラスの効果を有していた。シランカップリング剤は、第1の導電性ポリマーと誘電体との接着性も高め得る。 From the results shown in Table 5, it can be seen that adding a silane coupling agent and an epoxy compound to the first slurry can improve capacitance, leakage, and breakdown voltage (BDV). Alternatively, the additive may be applied as a separate solution from the first slurry and similar performance enhancements can be achieved. While not wishing to be bound by theory, it is believed that the conductive particle size increased due to the epoxy compound forming a complex with the conductive polymer dispersion, creating a thicker insulating layer around the conductive core. This was confirmed by an increase in particle size D50. Despite the increased particle size, the insulating additive had a positive effect on the impregnation and coating of the anode pores. The silane coupling agent may also enhance adhesion between the first conductive polymer and the dielectric.
本発明を好ましい実施形態を参照して説明したが、それらに限定されるものではない。当業者は、特に本明細書に示されていないが、本明細書に添付された特許請求の範囲でより具体的に示される本発明の範囲内にある更なる実施形態及び改善を理解するであろう。 Although the invention has been described with reference to preferred embodiments, it is not so limited. Those skilled in the art will appreciate further embodiments and improvements not specifically described herein but within the scope of the invention as more particularly set forth in the claims appended hereto. be.
Claims (61)
アノードを準備すること、ここで、該アノードは、その上に誘電体を備え、焼結粉末を含み、該粉末が少なくとも45000μFV/gの粉末電荷を有し、
第1のスラリーを適用することによって、前記誘電体の少なくとも一部を覆う第1の導電性ポリマー層を形成すること、ここで、該第1のスラリーは、ポリアニオンと導電性ポリマーとを含み、該ポリアニオンと該導電性ポリマーとの重量比が3超であり、前記導電性ポリマーと前記ポリアニオンとが、20nm以下の平均粒子サイズを有する導電性粒子を形成し、及び
更に前記第1の導電性ポリマー層上に、後続の導電性ポリマー層を形成すること、
を含み、
前記後続の導電性ポリマー層を形成することが、第2のポリアニオンと第2の導電性ポリマーとを含む第2のスラリーを適用することを含み、
前記第2のポリアニオンと前記第2の導電性ポリマーとの重量比が3未満であり、
前記第2のスラリーが、前記第1のスラリーよりも高い導電率を有する、
方法。 A method of forming an electrolytic capacitor, comprising:
preparing an anode, wherein the anode has a dielectric thereon and comprises a sintered powder, the powder having a powder charge of at least 45000 μFV/g;
forming a first conductive polymer layer overlying at least a portion of the dielectric by applying a first slurry, wherein the first slurry comprises a polyanion and a conductive polymer; the weight ratio of the polyanion to the conductive polymer is greater than 3, wherein the conductive polymer and the polyanion form conductive particles having an average particle size of 20 nm or less; and
further forming a subsequent conductive polymer layer on the first conductive polymer layer;
including
forming the subsequent conductive polymer layer comprises applying a second slurry comprising a second polyanion and a second conductive polymer;
the weight ratio of the second polyanion to the second conductive polymer is less than 3;
wherein the second slurry has a higher electrical conductivity than the first slurry;
Method.
AxByCz
式A
〔式中、
Aは、ポリスチレンスルホン酸又はポリスチレンスルホン酸塩であり、
B及びCは、個別に、
-カルボキシル基、
-C(O)OR6
(ここで、R6は、
ヒドロキシル、カルボキシル、アミン、エポキシ、シラン、アミド、イミド、チオール、アルケン、アルキン、アジド、ホスフェート、アクリレート、無水物からなる群から選択される官能基で任意に置換された炭素数1~20のアルキル、及び、
-(CHR7CH2O)b-R8
からなる群から選択され、
R7は、水素又は炭素数1~7のアルキルから選択され、
bは、1から-CHR7CH2O-基に関して最大200000の分子量を与えるのに十分な数までの整数であり、かつ、
R8は、水素、シラン、ホスフェート、アクリレート;
ヒドロキシル、カルボキシル、アミン、エポキシ、シラン、アミド、イミド、チオール、アルケン、アルキン、ホスフェート、アジド、アクリレート及び無水物からなる群から選択される官能基で任意に置換された炭素数1~9のアルキル
からなる群から選択される)、
-C(O)-NHR9
(ここで、R9は、
水素、又は、
ヒドロキシル、カルボキシル、アミン、エポキシ、シラン、アミド、イミド、チオール、アルケン、アルキン、ホスフェート、アジド、アクリレート及び無水物からなる群から選択される官能基で任意に置換された炭素数1~20のアルキルである)、
-C6H4-R10
(ここで、R10は、
水素、又は、
ヒドロキシル、カルボキシル、アミン、エポキシ、シラン、アミド、イミド、チオール、アルケン、アルキン、ホスフェート、アジド、アクリレート及び無水物からなる群から選択される官能基で任意に置換されたアルキル、
ヒドロキシル、カルボキシル、アミン、エポキシ、シラン、イミド、アミド、チオール、アルケン、アルキン、ホスフェート、アジド、アクリレート、無水物からなる群から選択される反応性基、並びに、
-(O(CHR11CH2O)d-R12
から選択され、
R11は、水素又は炭素数1~7のアルキルであり、
dは、1から-CHR11CH2O-基に関して最大200000の分子量を与えるのに十分な数までの整数であり、
R12は、水素、
ヒドロキシル、カルボキシル、アミン、エポキシ、シラン、アミド、イミド、チオール、アルケン、アルキン、ホスフェート、アジド、アクリレート及び無水物からなる群から選択される官能基で任意に置換された炭素数1~9のアルキル
からなる群から選択される)、
-C6H4-O-R13
(ここで、R13は、
水素、又は、
ヒドロキシル、カルボキシル、アミン、エポキシ、シラン、アミド、イミド、チオール、アルケン、アルキン、アジド、アクリレート、ホスフェート及び無水物からなる群から選択される反応性基で任意に置換されたアルキル、
エポキシ、シラン、アルケン、アルキン、アクリレート、ホスフェートからなる群から選択される反応性基、並びに、
-(CHR14CH2O)e-R15
から選択され、
R14は、水素又は炭素数1~7のアルキルであり、
eは、1から-CHR14CH2O-基に関して最大200000の分子量を与えるのに十分な数までの整数であり、かつ、
R15は、水素、及び、
ヒドロキシル、カルボキシル、アミン、エポキシ、シラン、アミド、イミド、チオール、アルケン、アルキン、アジド、アクリレート、ホスフェート及び無水物からなる群から選択される官能基で任意に置換された炭素数1~9のアルキル
からなる群から選択される)、
から選択される基で置換された重合単位を表し;
x、y及びzが合わさって、少なくとも100から500000以下の分子量を有するポリアニオンを形成するのに十分であり、y/xは、0.01~100であり;zは、0から100以下のz/x比までであり;yは、x+y+zの総和の1%~50%を表し、zは、x+y+zの総和の0%~49%を表す〕
により定義される、請求項1に記載の電解コンデンサを形成する方法。 The polyanion has the formula A:
A x B y C z
Formula A
[In the formula,
A is polystyrene sulfonic acid or polystyrene sulfonate,
B and C are individually
- a carboxyl group,
-C(O)OR 6
(where R6 is
C1-C20 alkyl optionally substituted with a functional group selected from the group consisting of hydroxyl, carboxyl, amine, epoxy, silane, amide, imide, thiol, alkene, alkyne, azide, phosphate, acrylate and anhydride ,as well as,
—(CHR 7 CH 2 O) b —R 8
is selected from the group consisting of
R 7 is selected from hydrogen or alkyl having 1 to 7 carbon atoms,
b is an integer from 1 to a number sufficient to give a molecular weight of up to 200,000 for the -CHR 7 CH 2 O- group, and
R 8 is hydrogen, silane, phosphate, acrylate;
C1-C9 alkyl optionally substituted with a functional group selected from the group consisting of hydroxyl, carboxyl, amine, epoxy, silane, amide, imide, thiol, alkene, alkyne, phosphate, azide, acrylate and anhydride selected from the group consisting of),
—C(O)—NHR 9
(where R9 is
hydrogen, or
C1-C20 alkyl optionally substituted with a functional group selected from the group consisting of hydroxyl, carboxyl, amine, epoxy, silane, amide, imide, thiol, alkene, alkyne, phosphate, azide, acrylate and anhydride is),
-C6H4 - R10
(where R 10 is
hydrogen, or
alkyl optionally substituted with functional groups selected from the group consisting of hydroxyl, carboxyl, amine, epoxy, silane, amide, imide, thiol, alkene, alkyne, phosphate, azide, acrylate and anhydride;
reactive groups selected from the group consisting of hydroxyl, carboxyl, amine, epoxy, silane, imide, amide, thiol, alkene, alkyne, phosphate, azide, acrylate, anhydride, and
—(O(CHR 11 CH 2 O) d —R 12
is selected from
R 11 is hydrogen or alkyl having 1 to 7 carbon atoms,
d is an integer from 1 to a number sufficient to give a molecular weight of up to 200,000 for the -CHR 11 CH 2 O- group;
R 12 is hydrogen;
C1-C9 alkyl optionally substituted with a functional group selected from the group consisting of hydroxyl, carboxyl, amine, epoxy, silane, amide, imide, thiol, alkene, alkyne, phosphate, azide, acrylate and anhydride selected from the group consisting of),
—C 6 H 4 —OR 13
(where R 13 is
hydrogen, or
alkyl optionally substituted with reactive groups selected from the group consisting of hydroxyl, carboxyl, amine, epoxy, silane, amide, imide, thiol, alkene, alkyne, azide, acrylate, phosphate and anhydride;
reactive groups selected from the group consisting of epoxies, silanes, alkenes, alkynes, acrylates, phosphates; and
—(CHR 14 CH 2 O) e —R 15
is selected from
R 14 is hydrogen or alkyl having 1 to 7 carbon atoms,
e is an integer from 1 to a number sufficient to give a molecular weight of up to 200,000 for the -CHR CH 2 O- group; and
R 15 is hydrogen, and
C1-C9 alkyl optionally substituted with a functional group selected from the group consisting of hydroxyl, carboxyl, amine, epoxy, silane, amide, imide, thiol, alkene, alkyne, azide, acrylate, phosphate and anhydride selected from the group consisting of),
represents a polymerized unit substituted with a group selected from;
x, y and z together are sufficient to form a polyanion having a molecular weight of at least 100 to 500,000 or less, y/x is 0.01 to 100; z is 0 to 100 or less /x ratio; y represents 1% to 50% of the sum of x + y + z, and z represents 0% to 49% of the sum of x + y + z]
2. A method of forming an electrolytic capacitor of claim 1, defined by:
アノードであって、該アノードは、その上に誘電体を備え、焼結粉末を含み、該粉末が少なくとも45000μFV/gの粉末電荷を有する、アノードと、
前記誘電体の少なくとも一部を覆う第1の導電性ポリマー層であって、該第1の導電性ポリマーが、ポリアニオンと導電性ポリマーとを含み、該ポリアニオンと該導電性ポリマーとの重量比が3超であり、前記導電性ポリマーと前記ポリアニオンとが、20nm以下の平均粒子サイズを有する導電性粒子となる、第1の導電性ポリマー層と、
を含み、
前記第1の導電性ポリマー層上に、後続の導電性ポリマー層を更に含み、
前記後続の導電性ポリマー層が、第2のポリアニオンと第2の導電性ポリマーとを含み、
前記第2のポリアニオンと前記第2の導電性ポリマーとの重量比が3未満である、
電解コンデンサ。 an electrolytic capacitor,
an anode with a dielectric thereon and comprising a sintered powder, the powder having a powder charge of at least 45000 μFV/g;
A first conductive polymer layer covering at least a portion of the dielectric, the first conductive polymer comprising a polyanion and a conductive polymer, wherein the weight ratio of the polyanion to the conductive polymer is a first conductive polymer layer greater than 3, wherein the conductive polymer and the polyanion result in conductive particles having an average particle size of 20 nm or less;
including
further comprising a subsequent conductive polymer layer on the first conductive polymer layer;
said subsequent conductive polymer layer comprising a second polyanion and a second conductive polymer;
wherein the weight ratio of said second polyanion to said second conductive polymer is less than 3;
Electrolytic capacitor.
AxByCz
式A
〔式中、
Aは、ポリスチレンスルホン酸又はポリスチレンスルホン酸塩であり、
B及びCは、個別に、
-カルボキシル基、
-C(O)OR6
(ここで、R6は、
ヒドロキシル、カルボキシル、アミン、エポキシ、シラン、アミド、イミド、チオール、アルケン、アルキン、アジド、ホスフェート、アクリレート、無水物からなる群から選択される官能基で任意に置換された炭素数1~20のアルキル、及び、
-(CHR7CH2O)b-R8
からなる群から選択され、
R7は、水素又は炭素数1~7のアルキルから選択され、
bは、1から-CHR7CH2O-基に関して最大200000の分子量を与えるのに十分な数までの整数であり、かつ、
R8は、水素、シラン、ホスフェート、アクリレート;
ヒドロキシル、カルボキシル、アミン、エポキシ、シラン、アミド、イミド、チオール、アルケン、アルキン、ホスフェート、アジド、アクリレート及び無水物からなる群から選択される官能基で任意に置換された炭素数1~9のアルキル
からなる群から選択される)、
-C(O)-NHR9
(ここで、R9は、
水素、又は、
ヒドロキシル、カルボキシル、アミン、エポキシ、シラン、アミド、イミド、チオール、アルケン、アルキン、ホスフェート、アジド、アクリレート及び無水物からなる群から選択される官能基で任意に置換された炭素数1~20のアルキルである)、
-C6H4-R10
(ここで、R10は、
水素、又は、
ヒドロキシル、カルボキシル、アミン、エポキシ、シラン、アミド、イミド、チオール、アルケン、アルキン、ホスフェート、アジド、アクリレート及び無水物からなる群から選択される官能基で任意に置換されたアルキル、
ヒドロキシル、カルボキシル、アミン、エポキシ、シラン、イミド、アミド、チオール、アルケン、アルキン、ホスフェート、アジド、アクリレート、無水物からなる群から選択される反応性基、並びに、
-(O(CHR11CH2O)d-R12
から選択され、
R11は、水素又は炭素数1~7のアルキルであり、
dは、1から-CHR11CH2O-基に関して最大200000の分子量を与えるのに十分な数までの整数であり、
R12は、水素、
ヒドロキシル、カルボキシル、アミン、エポキシ、シラン、アミド、イミド、チオール、アルケン、アルキン、ホスフェート、アジド、アクリレート及び無水物からなる群から選択される官能基で任意に置換された炭素数1~9のアルキル
からなる群から選択される)、
-C6H4-O-R13
(ここで、R13は、
水素、又は、
ヒドロキシル、カルボキシル、アミン、エポキシ、シラン、アミド、イミド、チオール、アルケン、アルキン、アジド、アクリレート、ホスフェート及び無水物からなる群から選択される反応性基で任意に置換されたアルキル、
エポキシ、シラン、アルケン、アルキン、アクリレート、ホスフェートからなる群から選択される反応性基、並びに、
-(CHR14CH2O)e-R15
から選択され、
R14は、水素又は炭素数1~7のアルキルであり、
eは、1から-CHR14CH2O-基に関して最大200000の分子量を与えるのに十分な数までの整数であり、かつ、
R15は、水素、及び、
ヒドロキシル、カルボキシル、アミン、エポキシ、シラン、アミド、イミド、チオール、アルケン、アルキン、アジド、アクリレート、ホスフェート及び無水物からなる群から選択される官能基で任意に置換された炭素数1~9のアルキル
からなる群から選択される)、
から選択される基で置換された重合単位を表し;及び
x、y及びzが合わさって、少なくとも100から500000以下の分子量を有するポリアニオンを形成するのに十分であり、y/xは、0.01~100であり;zは、0から100以下のz/x比までであり;yは、x+y+zの総和の1%~50%を表し、zは、x+y+zの総和の0%~49%を表す〕
により定義される、請求項34に記載の電解コンデンサ。 The polyanion has the formula A:
A x B y C z
Formula A
[In the formula,
A is polystyrene sulfonic acid or polystyrene sulfonate,
B and C are individually
- a carboxyl group,
-C(O)OR 6
(where R6 is
C1-C20 alkyl optionally substituted with a functional group selected from the group consisting of hydroxyl, carboxyl, amine, epoxy, silane, amide, imide, thiol, alkene, alkyne, azide, phosphate, acrylate and anhydride ,as well as,
—(CHR 7 CH 2 O) b —R 8
is selected from the group consisting of
R 7 is selected from hydrogen or alkyl having 1 to 7 carbon atoms,
b is an integer from 1 to a number sufficient to give a molecular weight of up to 200,000 for the -CHR 7 CH 2 O- group, and
R 8 is hydrogen, silane, phosphate, acrylate;
C1-C9 alkyl optionally substituted with a functional group selected from the group consisting of hydroxyl, carboxyl, amine, epoxy, silane, amide, imide, thiol, alkene, alkyne, phosphate, azide, acrylate and anhydride selected from the group consisting of),
—C(O)—NHR 9
(where R9 is
hydrogen, or
C1-C20 alkyl optionally substituted with a functional group selected from the group consisting of hydroxyl, carboxyl, amine, epoxy, silane, amide, imide, thiol, alkene, alkyne, phosphate, azide, acrylate and anhydride is),
-C6H4 - R10
(where R 10 is
hydrogen, or
alkyl optionally substituted with functional groups selected from the group consisting of hydroxyl, carboxyl, amine, epoxy, silane, amide, imide, thiol, alkene, alkyne, phosphate, azide, acrylate and anhydride;
reactive groups selected from the group consisting of hydroxyl, carboxyl, amine, epoxy, silane, imide, amide, thiol, alkene, alkyne, phosphate, azide, acrylate, anhydride, and
—(O(CHR 11 CH 2 O) d —R 12
is selected from
R 11 is hydrogen or alkyl having 1 to 7 carbon atoms,
d is an integer from 1 to a number sufficient to give a molecular weight of up to 200,000 for the -CHR 11 CH 2 O- group;
R 12 is hydrogen;
C1-C9 alkyl optionally substituted with a functional group selected from the group consisting of hydroxyl, carboxyl, amine, epoxy, silane, amide, imide, thiol, alkene, alkyne, phosphate, azide, acrylate and anhydride selected from the group consisting of),
—C 6 H 4 —OR 13
(where R 13 is
hydrogen, or
alkyl optionally substituted with reactive groups selected from the group consisting of hydroxyl, carboxyl, amine, epoxy, silane, amide, imide, thiol, alkene, alkyne, azide, acrylate, phosphate and anhydride;
reactive groups selected from the group consisting of epoxies, silanes, alkenes, alkynes, acrylates, phosphates; and
—(CHR 14 CH 2 O) e —R 15
is selected from
R 14 is hydrogen or alkyl having 1 to 7 carbon atoms,
e is an integer from 1 to a number sufficient to give a molecular weight of up to 200,000 for the -CHR CH 2 O- group; and
R 15 is hydrogen, and
C1-C9 alkyl optionally substituted with a functional group selected from the group consisting of hydroxyl, carboxyl, amine, epoxy, silane, amide, imide, thiol, alkene, alkyne, azide, acrylate, phosphate and anhydride selected from the group consisting of),
and x, y and z taken together are sufficient to form a polyanion having a molecular weight of at least 100 up to 500,000, and y/x is 0. 01 to 100; z is from 0 to a z/x ratio of 100 or less; y represents 1% to 50% of the sum of x + y + z, and z represents 0% to 49% of the sum of x + y + z show〕
35. The electrolytic capacitor of claim 34 , defined by:
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