本发明专利技术涉及一种制备电容器的方法，包括如下工艺步骤：a)提供电极材料(2)的电极体(1)，其中在形成阳极体(5)下电介质(3)至少部分覆盖该电极体材料(2)的一个表面(4)；b)将包含分散剂、外掺杂导电聚合物和不与所述外掺杂导电聚合物共价键接的抗衡离子的分散体引入阳极体(5)的至少一部分中；c)在获得电容器体中的固体电解质(6)下至少部分移除分散剂；其中额外将自掺杂导电聚合物引入阳极体(5)的至少一部分中。本发明专利技术还涉及可通过该方法获得的电容器、一种电容器、电子电路、电容器和分散体的用途。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】自掺杂和外掺杂导电聚合物的混合物在电容器中的用途本专利技术涉及一种制备电容器的方法、可由该方法获得的电容器、一种电容器、电子电路、电容器和分散体的用途。市售电解质电容器通常由多孔金属电极、位于所述金属表面上的用作电介质的氧化物层、引入所述多孔结构中的导电材料(通常为固体)、外部电极(触点)如银层，和其他电触点以及包封体组成。一种常用的电解质电容器为钽电解质电容器，其阳极电极由其上已通过阳极氧化形成有均匀的五氧化二钽介电层的阀金属钽制成(也称为“成型”)。液体或固体电解质形成所述电容器的阴极。此外，通常还使用其阳极电极由其上通过阳极氧化而形成有作为电介质的均匀且电绝缘氧化铝层的阀金属铝制成的铝电容器。此时，液体电解质或固体电解质也形成所述电容器的阴极。所述铝电容器通常构造为卷绕型电容器或堆叠型电容器。由于其高电导率，π共轭的聚合物特别适于作为上述电容器中的固体电解质。π共轭的聚合物也称为导电聚合物或合成金属。由于与金属相比，聚合物具有就加工性、重量和通过化学改性靶向调节性能的优点，其经济重要性日益提高。已知的π共轭聚合物实例为聚吡咯、聚噻吩类、聚苯胺、聚乙炔、聚亚苯基和聚(对亚苯基-亚乙烯基)，其中聚(3,4-乙撑二氧噻吩)(PEDOT)由于其在其氧化形式下具有非常高的电导率而为工业上所用的特别重要的聚噻吩类。可以以不同方式将基于导电聚合物的固体电解质施加至氧化物层上。因此，例如EP-A-0340512描述了由3,4-乙撑二氧噻吩制备固体电解质及其在电解质电容器中的用途。根据该公开文献的教导，3,4-乙撑二氧噻吩在所述氧化物层上原位聚合。然而，使用原位聚合法制备固体电解质电容器的缺点尤其在于所述方法的复杂性。因此，在每种情况下包括浸渍、聚合和洗涤的工艺步骤的聚合方法通常持续数小时。此时，在特定情况下还必须使用易燃或有毒溶剂。用于制备固体电解质电容器的原位方法的另一缺点在于通常将氧化剂的阴离子或合适的话其他单体型阴离子用作所述导电聚合物的抗衡离子。然而，由于其小尺寸，这些阴离子不以足够稳定的方式与所述聚合物键接。因此，可发生抗衡离子的扩散且因此提高所述电容器的等效串联电阻(ESR)，尤其是在升高的电容器使用温度下。另外，在化学原位聚合中使用高分子聚合物抗衡离子不能获得足够导电的膜，因此不能获得低ESR值。除上文所述的原位聚合之外，还由现有技术已知的是如下制备电容器中的固体电解质的方法，其中将包含已聚合的噻吩和作为抗衡离子的聚阴离子的分散体，例如现有技术所已知的PEDOT/PSS分散体施加至氧化物层上，然后通过蒸发移除分散剂。然而，通过使用该分散体获得的电容器的缺点尤其在于，一方面其具有相当低的电容，另一方面其具有不令人满意的低温性能。就此而言，“低温性能”应理解为意指在低温下，特别是在低至低于-60℃的温度下，其电特性值，例如电容、等效串联电阻、击穿电压或剩余电流受到的影响，但尤其是电容受到的影响。本专利技术基于如下目的：克服现有技术所导致的与电容器有关的缺点，特别是与固体电解质电容器有关的缺点，非常特别优选与现有技术所已知的铝或钽电容器有关的缺点。特别地，本专利技术基于如下目的：提供一种制备电容器的方法，借助该方法可在尽可能低的技术花费下提供除尽可能低的等效串联电阻之外，还具有足够的电容和足够的低温性能的电容器。特别地，对实现上述目的的贡献由一种制备电容器的方法作出，其包括如下工艺步骤：a)提供电极材料的电极体，其中在形成阳极体下电介质至少部分覆盖该电极体材料的一个表面；b)将包含分散剂、外掺杂(foreign-doped)导电聚合物和不与所述外掺杂导电聚合物共价键接的抗衡离子的分散体引入阳极体的至少一部分中；c)在获得电容器体中的固体电解质下至少部分移除分散剂；其中额外将自掺杂导电聚合物引入阳极体的至少一部分中。就本专利技术的方法而言，特别优选将所述外掺杂导电聚合物和自掺杂导电聚合物作为聚合物引入阳极体的至少一部分中，且特别地不在所述阳极体内部通过原位聚合一次制备。在工艺步骤a)中，首先提供电极材料的电极体，其中在形成阳极体下电介质至少部分覆盖该电极材料的一个表面。原则上，所述电极体可以以如下方式制备：将具有高表面积的阀金属粉末压制并烧结以获得通常为多孔的电极体。此时，通常还将电接触导线(优选为阀金属，如钽)压入所述电极体中。然后，例如通过电化学氧化用电介质(即氧化物层)涂覆所述电极体。或者，也可蚀刻金属箔并通过电化学氧化用电介质涂覆，从而获得具有多孔区域的阳极箔。在卷绕式电容器中，通过隔膜将具有多孔区域的阳极箔(其形成所述电极体)和阴极箔隔开并卷绕。就本专利技术而言，阀金属应理解为其氧化物层不可使电流在两个方向上均匀流动的那些金属。在向阳极施加电压的情况下，阀金属的氧化物层阻止电流流动，而在向阴极施加电压的情况下，产生大电流，这可破坏所述氧化物层。阀金属包括Be、Mg、Al、Ge、Si、Sn、Sb、Bi、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta和W以及这些金属中至少一种与其他元素的合金或化合物。阀金属的最人所知的代表为Al、Ta和Nb。电性能与阀金属相当的化合物为具有金属导电性、可氧化且其氧化物层具有上述性能的那些。例如，NbO具有金属导电性，但通常不被视为阀金属。然而，氧化的NbO层具有阀金属氧化物层的典型性能，因此NbO或NbO与其他元素的合金或化合物为这类具有与阀金属相当的电性能的化合物的典型实例。优选钽、铝的电极材料以及基于铌或氧化铌的那些电极材料。非常特别优选钽和铝作为电极材料。为了制备通常具有多孔区域的电极体，可将阀金属例如以粉末形式烧结，从而获得通常多孔的电极体，或者将多孔结构压印至金属体上。后者例如可通过蚀刻箔而进行。在下文中，出于简化，还将具有多孔区域的物体称为“多孔的”。因此例如，也将具有多孔区域的电极体称为多孔电极体。一方面，所述多孔体可被多条通道穿过且因此为海绵状的。如果使用钽来构造电容器，则通常存在这种情况。此外，孔可仅存在于表面上，且表面孔下方的区域在结构上为非多孔的。如果使用铝来构造电容器，则通常观察到该情况。优选地，所述电极体是多孔的。然后，将以此方式制得的通常多孔的电极体例如在合适的电解质如磷酸或己二酸铵水溶液中通过施加电压而氧化，从而形成电介质。该成型电压的水平取决于待获得的氧化物层厚或者电容器随后的使用电压。优选的成型电压为1-500V，特别优选为2-150V，非常特别优选为3-60V。所用的通常多孔的电极体优选具有10-90％，优选30-80％，特别优选50-80％的孔隙率和10-10,000nm，优选20-5,000nm，特别优选50-3,000nm的平均孔径。根据本专利技术方法特别优选的实施方案，待制备的电解质电容器为铝卷绕式电容器。在这种情况下，在工艺步骤a)中以阳极方式形成多孔铝箔以作为电极材料，其中形成氧化铝涂层以作为电介质。然后，为以此方式获得的铝箔(阳极箔)提供接触导线，并与同样提供有接触导线的另一任选多孔的铝箔(阴极箔)一起卷绕，其中这两张箔由一张或多张隔离纸(其基于例如纤维素或优选基于合成纸)彼此隔离。在卷绕之后，例如借助胶带将以此方式获得的阳极体固定。所述隔离纸可通过在烘箱中加热而碳化。该制备铝卷绕式电容器的阳极体的方式由现有技术充分已知且例如描述于US7本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种制备电容器的方法，包括如下工艺步骤：a)提供电极材料(2)的电极体(1)，其中在形成阳极体(5)下电介质(3)至少部分覆盖该电极体材料(2)的一个表面(4)；b)将包含分散剂、外掺杂导电聚合物和不与所述外掺杂导电聚合物共价键接的抗衡离子的分散体引入阳极体(5)的至少一部分中；c)在获得电容器体中的固体电解质(6)下至少部分移除分散剂；其中额外将自掺杂导电聚合物引入阳极体(5)的至少一部分中。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.09.27 DE 102012018976.1;2012.10.09 US 61/711,1.一种制备电容器的方法，包括如下工艺步骤：a)提供电极材料(2)的电极体(1)，其中在形成阳极体(5)下电介质(3)至少部分覆盖该电极体材料(2)的一个表面(4)；b)将包含分散剂、外掺杂导电聚合物和不与所述外掺杂导电聚合物共价键接的抗衡离子的分散体引入阳极体(5)的至少一部分中；c)在获得电容器体中的固体电解质(6)下至少部分移除分散剂；其中额外将自掺杂导电聚合物引入阳极体(5)的至少一部分中，且其中固体电解质(6)不含碳纳米管。2.根据权利要求1的方法，其中所述外掺杂导电聚合物为聚(3,4-乙撑二氧噻吩)。3.根据权利要求1或2的方法，其中所述抗衡离子以聚阴离子形式存在。4.根据权利要求3的方法，其中所述聚阴离子为聚苯乙烯磺酸。5.根据权利要求1的方法，其中所述分散体包含聚(3,4-乙撑二氧噻吩)和聚苯乙烯磺酸的离子配合物。6.根据权利要求1的方法，其中自掺杂聚噻吩类包含式(I)的重复单元：其中：X，Y相同或不同且表示O、S、N-R1，Z表示–(CH2)m–CR2R3–(CH2)n–，R1表示芳基、C1-C18烷基或氢，R2表示氢或–(CH2)s–O–(CH2)p–SO3-M+，R3表示–(CH2)s–O–(CH2)p–SO3-M+，M+表示阳离子，m，n相同或不同且表示0-3的整数，s表示0-10的整数，且p表示1-18的整数。7.根据权利要求6的方法，其中：X，Y表示O，Z表示–(CH2)m–CR2R3–(CH2)n–，R2表示氢或–(CH2)s–O–(CH2)p–SO3-M+，R3表示–(CH2)s–O–(CH2)p–SO3-M+，M+表示阳离子，m，n相同或不同且为0-3的整数，s表示0-10的整...
【专利技术属性】
技术研发人员：K·阿斯特曼，M·因泰曼，U·默克，K·路透，A·索特，
申请(专利权)人：赫劳斯贵金属有限两和公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE
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