[发明专利]导电性材料调配物及其用途

说明书

技术领域

本发明涉及一种导电性材料调配物，特别涉及一种可用于固态电容的导电性材料调配物。本发明还涉及一种利用该导电性材料调配物的固态电容。

背景技术

电容器为一广泛使用于各类电子产品中的电子组件。随着科技的发展，电子产品具有小型化及轻量化的趋势，因此，电子产品必须要求其中所使用的电容器具有小型化、大容量及在高频使用下低阻抗等特性。

电容器依电解质形态可分为传统的液态电容及新开发的固态电容。早期铝质液态电容的电解质以液态电解液作为电荷传导物质。液态电解液主要成份包含高沸点醇类、离子液体、硼酸、磷酸、有机羧酸、铵盐、高极性有机溶剂及少量的水。上述成份除作为电荷传导物质外，还具有修补铝箔上介电层氧化铝的功能。若氧化铝介电层有缺陷而导致内层铝金属裸露，该电解液在电容充放电的过程中，可与裸露的铝金属反应产生氧化铝，进而达到修补的功能。然而，传统的铝液态电容虽然成本较低，但由于使用的电解液为液体，因而存在着导电率较低、不耐高温等缺点；且在产生氧化铝的过程中会产生氢气，若累积在电容中的氢气过多，易导致电容爆裂，损坏电子产品。虽然液态电解液可添加吸氢剂来降低电容爆裂的可能性，但其并未从根本上解决问题，且传统液态电容虽有高容量，却因具有高的等效串联电阻(ESR)而使其应用受限。

综上所述，开发了新一代的固态电容，直接将电解质由液态电解质换成固态电解质。导电高分子为目前已开发的固态电解质之一。导电高分子具有导电性是因为氧化剂的阴离子作为掺杂剂(dopant)混入高分子结构中而形成空穴之故。由于导电高分子较传统电解质电容器所用的液态电解液或是如四氰基苯醌二甲烷(tetracyanoquinodimethane,TCNQ)复合盐及无机半导体MnO₂的固态半导体络盐有更高的导电度，且具有适度的高温绝缘化特性，因此导电高分子成为现今电解电容器所使用的固态电解质的开发潮流。

除比一般电容拥有高达6倍的使用寿命外，固态电容具有较高的稳定性，且电容量不易受使用时周围温度和湿度的影响，此外，其亦具有低ESR、低容变率、优良的频率响应(耐高频)、耐高温且耐高电流的性质，并可杜绝所有漏液及电容爆裂问题。

Jesse S.Shaffer等人于美国专利第4,609,971号首次揭露了将导电性高分子应用于电解电容器的电解质。其方法是将电容器的阳极铝箔浸渍于由导电高分子聚苯胺(polyaniline)粉末及掺杂剂LiClO₄所组成的混合溶液，随后将铝箔上的溶剂驱除。由于聚苯胺分子体积太大，不易渗入阳极箔介电层的微孔中，因此，此法所得电容器的含浸率差、阻抗高。其后，为了使高分子更易渗入微孔中，Gerhard Hellwig等人于美国专利第4,803,596号揭露以化学氧化聚合法将导电性高分子作为电容器的电解质。其方法是将电容器分别浸渍于导电性高分子单体及氧化剂溶液后，于适当条件下使导电性高分子单体聚合，通过反复多次浸渍以累积足够的导电性高分子电解质的厚度。之后，德国Bayer公司的Friedrich Jonas等人于美国专利第4,910,645首度揭露使用单体3,4-乙烯二氧噻吩(3,4-ethylenedioxythiophene,EDOT)搭配氧化剂对甲苯磺酸铁(iron(III)p-toluenesulphonate)成功制作以聚3,4-乙烯二氧噻吩(poly-3,4-ethylenedioxythiophene,PEDOT)为电解质的铝固态电容。此外，与EDOT具有相关结构的3,4-乙烯二硫噻吩(3,4-ethylenedithiathiophene,EDTT)亦经发现可转换为电活性高分子(Lambertus Groenendaal等人，Adv.Mater.2000,12,No.7)。

导电高分子PEDOT具有耐热性佳、导电度高、电荷传导速度快、无毒、寿命长及应用于电容不会发生电容爆裂等优点。技术领域中是利用单体EDOT与对甲苯磺酸铁直接在电容中进行聚合反应制备PEDOT。上述制造工艺属于原位反应(in situ reaction)，且可根据含浸方式分为一液法、两液法或多液法。一液法是将电容元件(capacitor element)浸渍在EDOT和对甲苯磺酸铁的混合溶液中，再进行加热聚合。二液法是将电容元件(capacitor element)分别含浸EDOT及对甲苯磺酸铁，再进行加热聚合。然而，一液法必须小心控制工艺参数，避免EDOT在含浸前发生聚合，二液法则易有溶液污染的问题。