[发明专利]一种借助聚亚烷基二醇提高包含PEDOT/PSS作为固体电解质的电容器的电性能参数的方法

说明书

本发明涉及一种制备电解质电容器的方法，用该方法制备的电解质电容器，该电解质电容器的用途和电子电路。

标准电解质电容器通常由多孔金属电极、位于金属表面上的氧化物层、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。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。所述铝电容器通常体现为卷绕式电容器或堆叠型电容器。

鉴于其高电导率，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、重量和通过化学改性选择性调节性能的优点，其商业重要性日益提高。已知的π共轭聚合物实例包括聚吡咯、聚噻吩、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高电导率而为特别重要的聚噻吩。

将基于导电聚合物的固体电解质施加至氧化物层上可以以不同方式实施。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。根据该说明书的教导，3,4-乙撑二氧噻吩在所述氧化物层上原位聚合。在所述聚合物固体电解质沉积之后，通常必须将所述电容器的氧化物层再成型以获得低残余电流，例如如EP-A-0899757所述。为此，将所述电容器浸入电解质中并暴露于不超过所述氧化物膜的阳极化电压的电压下。

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，分别包括浸渍、聚合和洗涤的方法步骤的聚合方法通常需要若干小时。就此而言，在某些情况下必须使用爆炸性或有毒溶剂。用于制备固体电解质电容器的原位方法的另一缺点在于将氧化介质的阴离子或任选的其他单体阴离子用作导电聚合物的抗衡离子。然而，由于其小尺寸，这些阴离子不能以足够稳定的方式键接至聚合物上。因此，尤其是在所述电容器的高操作温度下，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)。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，且因此不能获得低ESR值。

因此，现有技术已开发了用于制备基于导电聚合物的电解质电容器中的固体电解质的替代方法。例如，DE-A-102005043828描述了一种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介质。然而，需要进一步提高击穿电压，击穿电压是电解质电容器可靠性的衡量指标，尤其是对高操作电压而言。击穿电压为电容器的电介质(氧化物层)不再能经受电场强度且在阳极和阴极之间发生电击穿(这导致所述电容器发生短路)时的电压。击穿电压越高，则电介质的质量越好，且因此所述电容器的也越可靠。此外，电容器可使用时的额定电压越高，则该电容器的击穿电压越高。

根据WO-A-2007/097364、JP2008-109065、JP2008-109068或JP2008-109069的教导，铝电容器中击穿电压的提高可例如通过将离子传导性物质如聚乙二醇添加至用于制备固体电解质层的聚合物分散体中，然后将所述分散体施加至氧化物层上而实现。然而，该方法的缺点在于尽管可提高电容器的击穿电压，但是该提高伴随着所述电容器在低温下的电容急剧下降。

除了将聚乙二醇添加至聚合物分散体之外，就提供有固体电解质和液体电解质的所谓“混合电容器”而言，还例如由US7,497,879B2或JP2009-111174已知在将固体电解质施加至所述氧化物层之后，用包含γ-丁内酯或环丁砜的溶液浸渍所述固体电解质以提高容量命中率(capacitance yield)，并因此以此方式降低残余电流。这类电容器还显示出电容在低温下的不希望的很大下降。此外，US7,497,879B2或JP2009-111174中所用的组分随着所述电容器温度的升高而挥发，这可在组件中的通常应用中或者在所述电容器的制备工艺期间发生，且导致该混合电容器干透。

本发明基于如下目的：克服由现有技术所导致的与电容器，尤其是固体电解质电容器，特别优选现有技术所已知的铝电容器有关的缺点。