[发明专利]高导电率聚合物电解质电容器的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种固体电解电容器的制备方法，特别是高导电性聚合物固体电解质电容器的制作方法。

背景技术

随着电子设备数字化和微型化进程的延缓，对高频段电子元件的低等效串联电阻的需求日益渐强，特别是在这些系统中使用的电容器，要求其等效串联电阻和电感小，高频性能稳定。聚合物电解电容器因为较低的ESR而倍受关注。为了获得超低ESR的聚合物电解电容器，在电容器的研发和制作中做了很多的工作，包括使用各种各样的单体、粘合剂、氧化剂和掺杂剂，其目的是利用各种材料的共同作用使得形成的导电聚合物稳定性和导电性好。聚合物电解电容器的电解质层是在氧化膜介质表面通过原位化学或者电化学聚合的方法制作的一层导电聚合物薄膜。通常在介质膜表面用一步或两步聚合法聚合导电聚合物。特别是生产过程中普遍采用的两步法，浸渍过程中单体溶液很容易被交叉污染，大量的酸在浸渍过程中沉积在单体溶液中，使得单体溶液不断被酸化而退化，由于连续的酸沉积，溶液的pH值连续可降到3或者以下，形成的导电聚合物的电导率越来越小，从而不能满足超低ESR的要求。

据美国专利U.S.7，754，276 B2报道，所用单体溶液的pH值超过4，就可以得到高导电率的聚合物。而pH值的减小表明质子酸的形成，其加速了反应副产物的产生，导致聚合反应中形成了很多的低聚物以及非共轭环的链接。非共轭环损坏了传导电子的路径，因此降低了聚合物主链的电导率。如3，4-乙烯二氧噻吩（EDOT）单体溶液中酸的出现会引起一个酸催化的副反应，形成非共轭的二氢噻吩分子，而二氢噻吩分子的导电率很低，受酸催化反应副产物二氢噻吩的影响从而增加导电聚合物的电阻。

本发明提出一种在碱性气氛中聚合的方法，是通过调节聚合溶液的酸碱性，从而在聚合反应物中形成π共轭的聚合物长链，提高导电聚合物的电导率和反应速度，因而显著降低导电聚合物电容器的ESR和漏电流。该导电聚合物应用于固体电解电容器，可提高电容器的电性能，获得长时间的稳定性和可靠性。

发明内容

本发明旨在提供一种高导电率聚合物电解质电容器的制备方法，该方法能延缓聚合反应的速度，提高导电性聚合物的电导率；该方法制作的电容器静电容量大、漏电流小、ESR和电感低、稳定性好、可靠性高。

高导电率的聚合物，特别是当电导率高于1000S/cm时，对低ESR导电聚合物电容器的应用非常重要，为了获得超低ESR的聚合物电解电容器，在电容器的研发和制作中，尝试了各种各样的氧化剂和掺杂剂，各种材料的共同作用使得导电聚合物更加稳定。最近发现，所用单体溶液的pH值超过4，就可以得到高导电率的聚合物，而且，导电聚合物溶液的电阻和形成的导电聚合物薄膜的性能都可以得到很大的改善。高纯度的单体在使用过程中，由于多次浸渍阳极块而导致单体溶液中的酸沉积，使得溶液的pH值逐渐降低。而单体溶液中酸的出现会引发一个酸催化的副反应，导致形成导电率很低的反应副产物。

为了制作高导电率的聚合物，酸催化反应必须禁止，或者至少把它的负面影响抑制到最小，如果不抑制，由于连续的酸沉积，溶液的pH值连续下降到低于3，很难制作出满足要求的聚合物电解电容器的电解质。因pH值是溶液酸性的指示器，只要控制单体溶液的pH值在4以上，就可以得到导电性非常好的聚合物薄膜。但单体溶液的pH值也不宜过大，一般要求不超过12，最好不超过8。因此，单体溶液的pH值应该控制在4～8，更好是在4.5～6.5，优选5±0.5。