具有高體積效率的疊片電容器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明記載了一種改進(jìn)的電容器以及制造改進(jìn)的電容器的方法。該電容器具有平面陽(yáng)極，每個(gè)陽(yáng)極均包括熔合端和分離端，并且這些陽(yáng)極平行排列，且每個(gè)陽(yáng)極都與其相鄰的所有陽(yáng)極在熔合端處直接電接觸。在每個(gè)陽(yáng)極的所述分離端上都有電介質(zhì)，其中該電介質(zhì)至少覆蓋電容器的活性區(qū)域。隔離物將相鄰的電介質(zhì)分隔開，并且在相鄰的電介質(zhì)與隔離物之間的間隙中含有導(dǎo)電材料。
【專利說(shuō)明】具有高體積效率的疊片電容器

【背景技術(shù)】
[0001]本發(fā)明涉及固態(tài)電解電容器以及固態(tài)電解電容器的制造方法。更具體而言，本發(fā)明涉及具有板狀或平面陽(yáng)極體的固態(tài)電解電容器，所述陽(yáng)極體包括位于相鄰電介質(zhì)之間的隔離物。
[0002]在將電氣裝置的總體尺寸縮減至最小的同時(shí)，人們也一直致力于增加其功能。眾所周知，在電子元件的制造中，尺寸的減小與功能的增加相對(duì)立。例如，固態(tài)電解電容器已經(jīng)成為花費(fèi)大量精力研究的目標(biāo)，這種研究集中于在沒有寄生效應(yīng)(如等效串聯(lián)電阻(ESR))所導(dǎo)致的損耗的條件下，提高給定空間下的電容、或降低用于給定電容的空間。本領(lǐng)域利用由疊層形成的固態(tài)電解電容器已經(jīng)達(dá)到了這樣的平臺(tái):在現(xiàn)有技術(shù)內(nèi)進(jìn)一步顯著增加電容/體積比被認(rèn)為是不可行的。
[0003]本發(fā)明提供了一種固態(tài)電解電容器，以及一種固態(tài)電解電容器的制造方法，其使得電容/體積比顯著增加，并促使本領(lǐng)域有效地向著進(jìn)一步小型化擴(kuò)展。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種電容器，以及該電容器的制造方法，其使得體積效率得以提聞。
[0005]本發(fā)明特定的特征在于其利用標(biāo)準(zhǔn)制造工序有效且經(jīng)濟(jì)地制造電容器的能力。
[0006]如所實(shí)現(xiàn)的那樣，電容器具備這些及其他優(yōu)勢(shì)。所述電容器具有平面陽(yáng)極，每個(gè)陽(yáng)極均包括熔合端和分離端，這些陽(yáng)極平行排列，并且每個(gè)陽(yáng)極都與其相鄰的所有陽(yáng)極在熔合端直接電接觸。每個(gè)陽(yáng)極的分離端上都具有電介質(zhì)，其中該電介質(zhì)至少覆蓋電容器的活性區(qū)域。隔離物將相鄰的電介質(zhì)分隔開，并且在相鄰的電介質(zhì)和隔離物之間的間隙中具有導(dǎo)電材料。
[0007]又一個(gè)實(shí)施方案提供了一種制造電容器的方法。該方法包括:
[0008]提供平面陽(yáng)極，其中每個(gè)陽(yáng)極均具有熔合端和分離端，其中每個(gè)陽(yáng)極均包括電介質(zhì)，該電介質(zhì)覆蓋分離端的至少一部分；
[0009]向陽(yáng)極的至少一部分的電介質(zhì)施加基體，其中該基體包含粘結(jié)劑和隔離物；
[0010]形成陽(yáng)極的層疊體，其中至少一個(gè)基體位于相鄰的電介質(zhì)之間；
[0011]在熔合端處熔接陽(yáng)極；
[0012]部分地除去粘結(jié)劑，從而在相鄰的電介質(zhì)之間形成間隙，其中相鄰的電介質(zhì)被隔離物分隔開；
[0013]向間隙中和層疊體的外部上方插入導(dǎo)電材料；
[0014]將陽(yáng)極引線電連接至熔接的陽(yáng)極；以及
[0015]將陰極引線電連接至導(dǎo)電材料。
[0016]附圖簡(jiǎn)要說(shuō)明
[0017]圖1為電容器的截面局部示意圖。
[0018]圖2為電容器制造過程的流程圖說(shuō)明。
[0019]圖3為制造電容器的過程中所形成的中間產(chǎn)品的透視截面示意圖。
[0020]圖4為制造電容器的過程中所形成的中間產(chǎn)品的截面示意圖。
[0021]圖5為制造電容器的過程中所形成的中間產(chǎn)品的截面示意圖。
[0022]圖6為電容器的截面局部示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0023]本發(fā)明涉及具有改進(jìn)的體積效率的固態(tài)電解電容器。更具體而言，本發(fā)明涉及制造電容器的方法，該方法包括形成隔離物，其中該隔離物位于相鄰的電介質(zhì)之間，具有由隔離物和相鄰的電介質(zhì)所限定的間隙。該隔離物省去了在相鄰的電介質(zhì)之間設(shè)置導(dǎo)電碳層和金屬層的需要，并允許在層疊陽(yáng)極之后形成導(dǎo)電材料層。
[0024]將參照附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說(shuō)明，這些附圖構(gòu)成本發(fā)明的整體性、非限制性的部分。附圖旨在便于本發(fā)明的理解，并非旨在以任何方式限制本發(fā)明。在全部附圖中將對(duì)各個(gè)元件進(jìn)行相應(yīng)地編號(hào)。
[0025]將參照?qǐng)D1對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方案進(jìn)行說(shuō)明。圖1是固態(tài)電解電容器的截面局部示意圖。電容器I包括平行排列的多個(gè)陽(yáng)極11-1Om15每個(gè)陽(yáng)極均具有熔合端和分離端。電介質(zhì)12位于每個(gè)陽(yáng)極的表面上。該電介質(zhì)至少覆蓋電容器的活性部分14，并且優(yōu)選地延伸至超出該活性部分。隔離物16 (將在本文中更詳細(xì)地描述)在相鄰的電介質(zhì)層之間提供隔離區(qū)，并且在原位形成的隔離物之間存在間隙。該間隙中具有與相鄰的電介質(zhì)直接電接觸的導(dǎo)電材料18。該導(dǎo)電材料還包封全部(優(yōu)選地包封全部)活性區(qū)域14。按照慣例，將所述導(dǎo)電材料定義為電容器的陰極層，即便是在某些應(yīng)用中或?qū)τ谀承╆?yáng)極材料而言電容器的陰極和陽(yáng)極可以顛倒的情況下也是如此。眾所周知，很難將外部接線端附著至導(dǎo)電材料。因此，本領(lǐng)域通常的做法是，在導(dǎo)電材料上方施加對(duì)焊料導(dǎo)電的層，該焊料與外部接線端相連。位于導(dǎo)電材料上的至少一個(gè)導(dǎo)電碳層20以及位于導(dǎo)電碳層上的至少一個(gè)金屬層22使其可以附著至外部接線端。一個(gè)特定的特征是，在相鄰的電介質(zhì)之間不存在導(dǎo)電碳層或金屬層。由于省去了在相鄰的電介質(zhì)之間設(shè)置導(dǎo)電碳層和金屬層的需要，并且使導(dǎo)電材料與電介質(zhì)直接物理和電接觸，從而實(shí)現(xiàn)了實(shí)質(zhì)性的空間節(jié)省。
[0026]隔離物為分散在相鄰的電介質(zhì)之間的離散惰性材料，其厚度足以將電介質(zhì)分離，從而可以通過真空、壓力或潤(rùn)濕作用使導(dǎo)電材料或其前體進(jìn)入間隙中。隔離物優(yōu)選地附著至相鄰的電介質(zhì)，從而確保它們?cè)谛纬蓪?dǎo)電材料層的過程中處于固定的相對(duì)位置。由于隔離物不會(huì)為所制得電容器的功能提供任何益處，因此理想的是表面上隔離物的含量盡可能低，從而使得導(dǎo)電材料的量得以增加。
[0027]隔離物有利于在相鄰的電介質(zhì)之間形成導(dǎo)電材料層，而在相鄰的電介質(zhì)之間不包括導(dǎo)電碳層和金屬層。在相鄰的電介質(zhì)之間僅具有導(dǎo)電材料一個(gè)導(dǎo)體的能力是本文的主要優(yōu)勢(shì)。現(xiàn)有技術(shù)的電容器通常包括位于各電介質(zhì)元件上的至少一個(gè)導(dǎo)電材料層、至少一個(gè)導(dǎo)電碳層和至少一個(gè)金屬層。當(dāng)這些層組合成堆疊體時(shí)，相鄰電介質(zhì)之間的層數(shù)加倍。通過將其減小至單個(gè)導(dǎo)電材料層(其可原位形成)，實(shí)現(xiàn)了顯著的厚度縮減，從而使得相鄰的電介質(zhì)更加接近，并且整個(gè)堆疊體更薄。
[0028]為了形成原位形成的隔離物，將包含粘結(jié)劑和隔離物的基體涂布至電介質(zhì)的表面上?？赏ㄟ^浸潰、噴霧、印刷、刷涂、輥涂或其他任何適用于在電介質(zhì)的表面上施加基體的技術(shù)施加所述基體。隔離物優(yōu)選為纖維材料，更優(yōu)選為碳化纖維材料。由于制造方便，浸潰是最優(yōu)選的。特別優(yōu)選的基體包含易于碳化的粘結(jié)劑?？梢圆?yōu)選使用溶劑，以有利于基體的涂布。
[0029]對(duì)用于基體的溶劑沒有特別的限制，前提條件是該溶劑能夠蒸發(fā)、不會(huì)污染電介質(zhì)的表面、并且能夠使其他基體組分充分懸浮從而形成涂料。對(duì)于制造相容性而言，水、乙醇、異丙醇、正丁醇和丙酮被認(rèn)為是特別合適的溶劑，并且水是優(yōu)選的溶劑。溶劑的量取決于使用的基體和溶劑。需要足夠的量以形成能夠被涂布的基體，還理想的是，基體不會(huì)在除去溶劑之前隨意流動(dòng)。
[0030]隔離物最優(yōu)選為電惰性材料。纖維材料是特別合適的，例如碳化的紙纖維。在具有液體電解質(zhì)的電容器中可使用各種電解紙，并且任意這樣的碳化紙都能用于證實(shí)本發(fā)明。任意的優(yōu)質(zhì)電解紙(本領(lǐng)域中通常稱作電容器隔板)都適用于證實(shí)本發(fā)明?？商峒暗挠蟹悄静睦w維電容器隔板，例如可商購(gòu)于日本Nippon Kodoshi公司、NKK公司的RTZ或MR系列，或者可商購(gòu)于中國(guó)浙江的浙江凱恩特種材料股份有限公司的作為電容器紙(KAN)的SI或SM2系列，這些都可作為用于證實(shí)本發(fā)明的合適材料。隔離物的截面尺寸決定了電介質(zhì)之間的間隔。該間隔盡可能小，優(yōu)選為僅夠具有允許導(dǎo)電材料和/或其前體被弓I入、并且優(yōu)選地填充該間隙的空間。比所需要的更大的間隔與小型化的目標(biāo)相矛盾，而比所需要的更小的間隔限制了在相鄰的電介質(zhì)之間形成足夠的導(dǎo)電材料層。優(yōu)選的是隔離物的平均截面尺寸為至少I微米至100微米。低于約I微米，會(huì)形成不足量的導(dǎo)電材料涂層，并存在導(dǎo)電材料不完全覆蓋電介質(zhì)的潛在風(fēng)險(xiǎn)。高于約100微米，尺寸減小的益處減弱，并且?guī)缀鯖]有導(dǎo)電優(yōu)勢(shì)。特別優(yōu)選的是，纖維的長(zhǎng)度為至少I微米至不超過150微米。如果纖維短于約I微米，其不能有效地形成隔離物網(wǎng)，并且在制造環(huán)境中難以操作。如果纖維長(zhǎng)于約150微米，則其開始重疊，從而增加電介質(zhì)之間的間隔距離并使得間隔更加易變。所述纖維可包括聚合材料、石墨材料或陶瓷材料。優(yōu)選地，該纖維包括含有多個(gè)羥基或羧基的聚合材料，其可提供容易潤(rùn)濕的表面，因此具有高浸潰效率。更優(yōu)選地，在碳化之前，該纖維包含約25%至85%的纖維素以及15%至75%的戊聚糖。然后，將碳化纖維與基體混合之前，優(yōu)選將其進(jìn)行研磨。
[0031]特別優(yōu)選的基體包含易于碳化的粘結(jié)劑，其中碳化使得雜質(zhì)最少。在特別優(yōu)選的實(shí)施方案中，該粘結(jié)劑在碳化時(shí)將隔離物附著至電介質(zhì)?；w材料包括纖維蛋白、纖維素、葡萄糖、蛋白質(zhì)和明膠。特別優(yōu)選的基體為淀粉。通常通過加熱(例如，在約200°C至350°C的溫度下)充分的時(shí)間使基體碳化。碳化可提高電介質(zhì)表面的附著力，并產(chǎn)生開孔結(jié)構(gòu)，這有利于電介質(zhì)形成和導(dǎo)電材料形成過程中電解質(zhì)的浸潰。這對(duì)于電介質(zhì)的質(zhì)量以及導(dǎo)電材料對(duì)電介質(zhì)表面的良好覆蓋是至關(guān)重要的。
[0032]對(duì)于大多數(shù)實(shí)施方案，陽(yáng)極層疊體具有至少2個(gè)至約40個(gè)平面陽(yáng)極。當(dāng)只使用一個(gè)平面陽(yáng)極時(shí)，本發(fā)明所提供的益處最小。可通過非常大量的平面陽(yáng)極來(lái)證實(shí)本發(fā)明，但是超過約40個(gè)，則所制造的電容器尺寸將不便于表面安裝應(yīng)用，并且從制造角度來(lái)看可能變得很困難。約8-20層是最佳的。
[0033]將參照?qǐng)D2對(duì)制造電容器的方法進(jìn)行說(shuō)明，其中為了討論的目的提供該方法的流程圖。圖2中的流程圖旨在支持本發(fā)明，而非限制性的?？梢韵蛄鞒虉D中加入步驟、或從流程圖中省去步驟、或?yàn)楹?jiǎn)便起見可以將多個(gè)步驟組合。
[0034]圖2中，在40處提供陽(yáng)極化的陽(yáng)極。該陽(yáng)極化的陽(yáng)極包括其上具有電介質(zhì)的陽(yáng)極。可提供任選的掩模，以防止掩模上方溶劑的芯吸作用(wicking)。將包含粘結(jié)劑和隔離物的基體施加至電介質(zhì)表面(42處)，并干燥基體，由此提供如圖3的截面透視圖中所示的層狀結(jié)構(gòu)。特別優(yōu)選的隔離物是研磨成纖維的碳化電容器隔板紙，并且特別優(yōu)選的基體是易于碳化的材料。在圖3中，陽(yáng)極10上具有電介質(zhì)12。使用任選的掩模41，以防止采用浸潰工藝時(shí)溶液由于遷移或芯吸作用超出該掩模。電介質(zhì)12上具有包含粘結(jié)劑43和隔離物16的基體。該電介質(zhì)可延伸至超出掩模，并且通常如此。該基體至少位于將與另一個(gè)電介質(zhì)相鄰的交替電介質(zhì)的表面上。
[0035]為了制備基體層，將粘結(jié)劑(例如，淀粉)溶解于或分散于溶劑中。通過足夠長(zhǎng)時(shí)間的剪切將已經(jīng)研磨成纖維的隔離物(例如，碳化優(yōu)質(zhì)電解紙纖維)分散于粘結(jié)劑中，以保證充分的分散。通常至少3小時(shí)是足夠的。將基體涂布在電介質(zhì)上并干燥。將經(jīng)涂布的電介質(zhì)堆疊成層，然后通過焊接等方法在熔合端處將陽(yáng)極接合，由此形成電介質(zhì)被基體分隔開的梳狀結(jié)構(gòu)。對(duì)該梳狀結(jié)構(gòu)進(jìn)行加熱處理以將粘結(jié)劑碳化，并在電介質(zhì)層之間保留有隔離物。
[0036]繼續(xù)參照?qǐng)D2，將一系列陽(yáng)極(該陽(yáng)極至少在交替電介質(zhì)上具有干燥的基體)進(jìn)行層疊，并優(yōu)選地通過焊接等方法將陽(yáng)極的熔合端進(jìn)行熔接。通過(例如)碳化除去部分基體，從而在隔離物和碳化的粘結(jié)劑中間留下間隙(44處)，由此提供如圖4的截面圖中所示的層狀結(jié)構(gòu)。最優(yōu)選的是，熔接過程可消除或除去熔合點(diǎn)處的任何電介質(zhì)。或者，在沒有被電介質(zhì)分隔的陽(yáng)極材料處進(jìn)行接合，由此形成全部處于低電阻電接觸的一系列陽(yáng)極。
[0037]圖4中，陽(yáng)極10被熔接，并且電介質(zhì)層12被隔離物16分隔開，在隔離物和電介質(zhì)中間存在間隙45。
[0038]繼續(xù)參照?qǐng)D2，在46處將導(dǎo)電材料施加至間隙內(nèi)以及堆疊體的外部。該導(dǎo)電材料可作為聚合物層施加，或者可通過施加氧化劑和單體(優(yōu)選通過連續(xù)浸潰)而原位形成聚合物。在特別優(yōu)選的實(shí)施方案中，將堆疊體浸潰在氧化劑中，由此氧化劑沉積在電介質(zhì)的表面上，隨后將堆疊體浸潰于單體溶液中，其中單體遷移至間隙中進(jìn)而通過氧化劑的作用而聚合?？上仁┘訂误w，之后加入氧化劑。優(yōu)選地反復(fù)交替施加單體和氧化劑，以保證填充盡可能多的間隙?？梢灶A(yù)期在施加單體之前或者在單體形成聚合物之后施加聚合物。優(yōu)選的是在形成聚合物之后進(jìn)行本領(lǐng)域已知的重整(reform)步驟。
[0039]通過潤(rùn)濕作用或壓力變化將單體或聚合物分散在間隙中。在一個(gè)實(shí)施方案中，在引入聚合物或單體之前，對(duì)具有由隔離物和電介質(zhì)所限定的間隙的堆疊元件進(jìn)行減壓處理。在另一個(gè)實(shí)施方案中，將該堆疊元件引入至聚合物或單體中，并對(duì)該聚合物或單體溶液進(jìn)行升壓處理，由此促進(jìn)該聚合物或單體進(jìn)入間隙中。
[0040]繼續(xù)參照?qǐng)D2，在導(dǎo)電材料的外部形成導(dǎo)電碳層(48處)。該導(dǎo)電材料提供可附著至該導(dǎo)電材料的過渡表面，并提供隨后的金屬層能夠附著的表面。在50處將金屬層施加至該導(dǎo)電碳層上，由此提供如圖1所示的層狀結(jié)構(gòu)。
[0041]在圖2的52處，對(duì)電容器進(jìn)行精加工并進(jìn)行測(cè)試。精加工可包括連接外部接線端、封裝、嵌入至殼體等。
[0042]將參照?qǐng)D5對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方案進(jìn)行說(shuō)明，圖5示意性地示出了部分分解的截面圖。在圖5中，提供了其上均具有電介質(zhì)12的一系列陽(yáng)極10。在交替陽(yáng)極的電介質(zhì)122上形成其中包含有粘結(jié)劑43和隔離物16的基體18。相鄰的電介質(zhì)121和123上沒有基體。當(dāng)將這三個(gè)層放在一起成為堆疊體時(shí)，相鄰的電介質(zhì)之間就具有粘結(jié)劑中包含隔離物的基體。由于只有間隔的電介質(zhì)需要涂布基體，這樣就減少了加工步驟?？赏ㄟ^浸潰形成所述涂層，必須在端部和副面(minor face)上包含無(wú)影響的基體?；蛘?，可通過噴霧或涂布施加基體，從而確保將基體主要地施加至主面上。
[0043]圖6是固態(tài)電解電容器的截面局部示意圖。電容器I包括平行排列的多個(gè)陽(yáng)極11-1Om0每個(gè)陽(yáng)極的表面上均具有電介質(zhì)12。該電介質(zhì)至少覆蓋電容器的活性部分14，并且優(yōu)選地延伸超出該活性部分。隔離物16在相鄰的電介質(zhì)層之間提供隔離區(qū)，并用導(dǎo)電材料18填充該隔離區(qū)。該導(dǎo)電材料還包封全部(優(yōu)選地包封)全部活性區(qū)域14。位于導(dǎo)電材料上的至少一個(gè)導(dǎo)電碳層20以及位于導(dǎo)電碳層上的至少一個(gè)金屬層22使得可以附著外部接線端。一個(gè)特定的特征是，在相鄰的電介質(zhì)之間不存在導(dǎo)電碳層或金屬層。由于省去了在相鄰的電介質(zhì)之間設(shè)置導(dǎo)電碳層和金屬層的需要，從而實(shí)現(xiàn)了實(shí)質(zhì)性的空間節(jié)省。
[0044]陽(yáng)極由導(dǎo)體形成，優(yōu)選地由金屬形成，最優(yōu)選地由閥金屬(valve metal)或閥金屬的導(dǎo)電氧化物形成。特別優(yōu)選的陽(yáng)極包含Al、Ta、Nb、T1、Zr、NbO或其合金。鋁是特別優(yōu)選的用于證實(shí)本發(fā)明的陽(yáng)極材料。
[0045]由于形成陽(yáng)極的氧化物的技術(shù)在電容器制造領(lǐng)域廣為人知并且制造簡(jiǎn)便，電介質(zhì)優(yōu)選為陽(yáng)極的氧化物。本領(lǐng)域公知，電介質(zhì)的厚度由形成電壓控制。通常，通過在陽(yáng)極化溶液的存在下向陽(yáng)極施加電荷以形成電介質(zhì)。對(duì)本文的陽(yáng)極化溶液沒有特別地限制，實(shí)際上任何電介質(zhì)形成技術(shù)或陽(yáng)極化溶液都適用于證實(shí)本文的教導(dǎo)。例如在美國(guó)專利7，780，835、7，678，259,7, 342，773,7, 248，462和7，125，610中詳述的陽(yáng)極化，其代表了陽(yáng)極化溶液和技術(shù)的示例性教導(dǎo)。
[0046]陰極層為導(dǎo)電層，其優(yōu)選地包含導(dǎo)電聚合物，例如聚噻吩、聚苯胺、聚吡咯或者它們的衍生物，二氧化錳、氧化鉛，電荷轉(zhuǎn)移材料，或者它們的組合。固有導(dǎo)電聚合物是最優(yōu)選的。
[0047]特別優(yōu)選的導(dǎo)電聚合物如式I所示:
[0048]
R1R2
V/
K>f

Λn

式I
[0049]選擇式I的R1和R2以抑制環(huán)的位聚合。最優(yōu)選的是，只允許進(jìn)行a-位聚合。因此優(yōu)選的是，R1和R2不是氫。更優(yōu)選的是，R1和R2為α -導(dǎo)向基團(tuán)(a -director)。因此，醚鍵優(yōu)于烷基鍵。最優(yōu)選的是，所述基團(tuán)小，從而避免空間位阻。由于此原因，最優(yōu)選的是R1和R2合起來(lái)為-O-(CH2)2-0_。在式I中，X為S或N，最優(yōu)選的是X為S。
[0050]R1和R2獨(dú)立地表示直鏈或支鏈C1-C16烷基，或者C2-C18烷氧基烷基；或者為C3-C8環(huán)烷基、苯基、或者苯甲基，它們未被取代或者被C1-C6烷基、C1-C6烷氧基、鹵素、或者OR3取代；或者R1和R2合起來(lái)為直鏈C1-C6亞烷基，其未被取代或者被C1-C6烷基、C1-C6烷氧基、鹵素、C3-C8環(huán)烷基、苯基、苯甲基、C1-C4烷基苯基、C1-C4烷氧基苯基、鹵代苯基、C1-C4烷基苯甲基、C1-C4烷氧基苯甲基或者鹵代苯甲基、包含兩個(gè)氧元素的5元或者6元或者7元雜環(huán)結(jié)構(gòu)取代。R3優(yōu)選表示氫、直鏈或支鏈C1-C16烷基或C2-C18烷氧基烷基；或者為C3-C8環(huán)烷基、苯基、或者苯甲基，它們未被取代或者被C1-C6烷基取代。
[0051]導(dǎo)電聚合物優(yōu)選選自聚吡咯、聚苯胺、聚噻吩、以及包含由式I表示的重復(fù)單元的聚合物，特別是它們與有機(jī)磺酸酯(鹽)的組合。特別優(yōu)選的聚合物為3，4-聚亞乙基二氧噻吩(PEDT)。
[0052]如果使用二氧化錳層，則優(yōu)選通過以下方式來(lái)獲得二氧化錳層:將堆疊陽(yáng)極浸入水性硝酸錳溶液。之后在200°C至350°C的溫度下，在干燥或蒸汽氣氛中使該硝酸鹽熱分解，從而形成二氧化錳。可以多次處理陽(yáng)極以確保達(dá)到最佳覆蓋率。
[0053]如本領(lǐng)域通常所采用的那樣，可以在聚合過程中將多種摻雜劑混入聚合物。摻雜劑可以衍生自多種酸或鹽，包括芳香磺酸、芳香聚磺酸、具有羥基基團(tuán)的有機(jī)磺酸、具有羧基羥基基團(tuán)的有機(jī)磺酸、脂環(huán)磺酸、和苯醌磺酸、苯二磺酸、磺基水楊酸、磺基間苯二甲酸、樟腦磺酸、苯醌磺酸、十二燒基苯磺酸、甲苯磺酸。如在美國(guó)專利N0.6，381，121中列舉的那樣，其他合適的摻雜劑包括磺基醌、蒽單磺酸、取代萘單磺酸、取代苯磺酸、或者雜環(huán)磺酸，該專利以引用的方式并入本文。
[0054]如有需要，還可以將粘結(jié)劑和交聯(lián)劑混入導(dǎo)電聚合物層。合適的材料包括聚(醋酸乙烯酯)、聚碳酸酯、聚(丁酸乙烯酯)、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚苯乙烯、聚丙烯腈、聚(氯乙烯)、聚丁二烯、聚異戊二烯、聚醚、聚酯、硅酮、以及吡咯/丙烯酸酯共聚物、醋酸乙烯酯/丙烯酸酯共聚物、和乙烯/醋酸乙烯酯共聚物。
[0055]優(yōu)選的是，聚合物中包含摻雜劑?？蓡为?dú)涂布摻雜劑，或者使摻雜劑包含在單體溶液中。特別優(yōu)選的摻雜劑為聚苯乙烯磺酸(PSS)的鈉鹽。
[0056]為了加強(qiáng)隨后對(duì)外部接線端(例如引線框)的連接，可在導(dǎo)電聚合物層上施加粘合層。粘合層通常包括含碳層和含金屬層，例如含銀或鎳的層。最外層優(yōu)選為可焊接層，例如沉積(如通過氣相沉積)的鎳層或銀層。
[0057]實(shí)施例
[0058]實(shí)施例1
[0059]在鋁箔上形成氧化物，施加11伏的額定耐受電壓，以制造電容增益為190μ F/cm2的箔片。將該箔片裁成3.5mm寬,切割成一定長(zhǎng)度并焊接到處理棒(process bar)上。將掩蔽線施加到該元件，以限定出4.7mmX3.5mm的區(qū)域用于形成邊緣。
[0060]在300°C下對(duì)電解紙RTZ30-40進(jìn)行碳化，并研磨以形成纖維隔離物。將電容器級(jí)別的優(yōu)質(zhì)淀粉、隔離物和去離子水以1:1:20的重量比進(jìn)行混合，從而形成基體前體。首先將粘結(jié)劑溶解或分散在溶劑中，隨后通過至少3小時(shí)的剪切對(duì)隔離物進(jìn)行分散。將電介質(zhì)兩次浸潰在基體中并干燥。將八(8)個(gè)元件堆疊在一起以形成陽(yáng)極。通過電阻焊接對(duì)陽(yáng)極的正極端進(jìn)行熔接。在300°C下對(duì)基體進(jìn)行碳化30分鐘。
[0061]在11伏的電解液中形成堆疊體中陽(yáng)極元件的邊緣。邊緣形成過程在本領(lǐng)域是已知的，如US6，562，652和US6，744，621所闡明的那樣。
[0062]在真空條件下將陽(yáng)極依次浸潰在水性氧化劑溶液中以及隨后的1.5mol/L的3，4-乙撐二氧噻吩的丙醇溶液中，所述水性氧化劑溶液被制成含有25重量％的過硫酸銨和I重量％的甲苯磺酸鈉。將陽(yáng)極在40.5°C下保持30分鐘以完成聚合。將從浸潰在水性氧化劑溶液中到該聚合反應(yīng)的過程重復(fù)3次。然后將陽(yáng)極上的聚合副產(chǎn)物沖洗掉，并施加碳和銀漿料層。
[0063]將陽(yáng)極連接至引線框，然后利用環(huán)氧化合物將該陽(yáng)極封裝至
7.30mmX 4.30mmX 1.90mm的殼體中。之后，采用HP4263B LCR儀器測(cè)定電容。
[0064]電容實(shí)收率(capacitance recovery)由下式定義:
[0065]電容實(shí)收率=測(cè)定的每個(gè)元件的電容值/理論計(jì)算的每個(gè)元件的電容值理論計(jì)算的每個(gè)元件的電容值=0.47cmX0.35cmX190yF/cm2 = 31.26 μ F電容實(shí)收率如表1所
/Jn ο
[0066]實(shí)施例2
[0067]除了浸潰的壓力環(huán)境不同之外，按照與實(shí)施例1相同的方式制造并評(píng)價(jià)疊片電容器。對(duì)于壓力環(huán)境的應(yīng)用，按次序地在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下將陽(yáng)極浸潰在水性氧化劑溶液中。電容實(shí)收率如表1所示。
[0068]比較例I
[0069]除了沒有采用隔離物之外，按照與實(shí)施例2相同的方式制造并評(píng)價(jià)疊片電容器。通過將淀粉與去離子水以1:20的重量比混合形成基體前體。電容實(shí)收率如表1所示。
[0070]比較例2
[0071]除了浸潰的壓力環(huán)境不同之外，按照與比較例I相同的方式制造并評(píng)價(jià)疊片電容器。對(duì)于壓力環(huán)境的應(yīng)用，按次序地在真空條件下將陽(yáng)極浸潰在水性氧化劑溶液中。電容實(shí)收率如表1所示。
[0072]表1

【權(quán)利要求】
1.一種電容器,包括: 平面陽(yáng)極，所述陽(yáng)極中每個(gè)陽(yáng)極均包括熔合端和分離端，并且所述陽(yáng)極平行排列，每個(gè)陽(yáng)極都與其相鄰的所有陽(yáng)極在所述熔合端處直接電接觸； 在每個(gè)所述陽(yáng)極的所述分離端上的電介質(zhì)，其中所述電介質(zhì)至少覆蓋所述電容器的活性區(qū)域； 將相鄰的電介質(zhì)分隔開的隔離物； 介于所述相鄰的電介質(zhì)和所述隔離物之間的間隙；以及 所述間隙中的導(dǎo)電材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電容器，其中所述間隙不包括導(dǎo)電碳層或?qū)щ娊饘賹印?br> 3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電容器，其中所述導(dǎo)電材料選自固有導(dǎo)電聚合物、電荷轉(zhuǎn)移導(dǎo)電化合物或?qū)щ娧趸铩?br> 4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電容器，其中所述導(dǎo)電材料包括聚噻吩、聚吡咯、或聚苯胺、或其任意的衍生物。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電容器，其中所述導(dǎo)電材料包括聚3，4-乙撐二氧噻吩。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電容器，其中所述導(dǎo)電材料包括二氧化錳。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電容器，其中所述導(dǎo)電材料與所述相鄰的電介質(zhì)直接接觸。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電容器，包括至少2個(gè)至不超過40個(gè)平面陽(yáng)極。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電容器，包括至少8個(gè)至不超過20個(gè)平面陽(yáng)極。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電容器，其中所述隔離物包括纖維。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電容器，其中所述纖維在直徑方向上的平均截面尺寸為至少I μ m至不超過100 μ m。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電容器，其中所述纖維的長(zhǎng)度為至少Iμπι至不超過150 μ m0
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電容器，其中所述纖維包括聚合材料。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電容器，其中所述隔離物為碳化纖維。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的電容器，其中所述碳化纖維在直徑方向上的平均截面尺寸為至少Ium至不超過100 μ m。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的電容器，其中所述碳化纖維的平均長(zhǎng)度為至少Iμ m至不超過 150 μ m。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電容器，其中所述隔離物橫跨所述相鄰的電介質(zhì)之間的間隔。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電容器，其中所述平面陽(yáng)極包含閥金屬或閥金屬的導(dǎo)電氧化物。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的電容器，其中所述平面陽(yáng)極包含選自由Ta、Nb、Al、NbO、T1、Zr及其合金構(gòu)成的組中的材料。
20.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電容器，其中所述導(dǎo)電材料進(jìn)一步包封所述電容器的所述活性區(qū)域。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的電容器，還包括包封所述導(dǎo)電材料的導(dǎo)電碳層。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的電容器，還包括包封所述導(dǎo)電碳層的導(dǎo)電金屬層。
23.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電容器，還包括與所述導(dǎo)電材料電接觸的陰極外部接線端以及與所述陽(yáng)極電接觸的陽(yáng)極外部接線端。
24.一種制造電容器的方法，包括: 提供平面陽(yáng)極，其中所述陽(yáng)極中的每個(gè)陽(yáng)極均包括熔合端和分離端，其中每個(gè)所述陽(yáng)極均包括覆蓋所述分離端的至少一部分的電介質(zhì)； 向所述陽(yáng)極的至少一部分的所述電介質(zhì)施加基體，其中所述基體包含粘結(jié)劑和隔離物； 形成所述陽(yáng)極的層疊體，其中至少一個(gè)基體位于相鄰的電介質(zhì)之間； 在所述熔合端處熔接所述陽(yáng)極； 部分地除去所述粘結(jié)劑，從而在所述相鄰的電介質(zhì)之間形成間隙，其中所述相鄰的電介質(zhì)被所述隔離物分隔開； 向所述間隙中和所述層疊體的外部上方插入導(dǎo)電材料； 將陽(yáng)極引線電連接至所述熔接的陽(yáng)極；以及 將陰極引線電連接至所述導(dǎo)電材料。
25.根據(jù)權(quán)利要 求24所述的制造電容器的方法，還包括: 在所述電連接所述陰極引線之前，在所述層疊體的所述外部上方的所述導(dǎo)電涂層上形成導(dǎo)電碳層。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的制造電容器的方法，還包括: 在所述電連接所述陰極引線之前，在所述導(dǎo)電碳層上形成金屬層。
27.根據(jù)權(quán)利要求24所述的制造電容器的方法，其中所述除去所述粘結(jié)劑包括加熱所述粘結(jié)劑。
28.根據(jù)權(quán)利要求24所述的制造電容器的方法，其中所述陽(yáng)極包含選自由Ta、Nb、Al、NbO、T1、Zr及其合金構(gòu)成的組中的材料。
29.根據(jù)權(quán)利要求24所述的制造電容器的方法，其中所述導(dǎo)電材料選自固有導(dǎo)電聚合物、電荷轉(zhuǎn)移導(dǎo)電化合物或?qū)щ娧趸铩?br> 30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的制造電容器的方法，其中所述導(dǎo)電材料包括聚噻吩。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的制造電容器的方法，其中所述導(dǎo)電材料包括聚3，4-乙撐二氧噻吩。
32.根據(jù)權(quán)利要求29所述的制造電容器的方法，其中所述導(dǎo)電材料包括二氧化錳。
33.根據(jù)權(quán)利要求29所述的制造電容器的方法，其中所述插入所述導(dǎo)電聚合物包括向所述間隙中引入氧化劑和單體。
34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的制造電容器的方法，其中在引入所述氧化劑之前將所述單體引入至所述間隙中。
35.根據(jù)權(quán)利要求29所述的制造電容器的方法，其中所述插入所述導(dǎo)電聚合物包括向所述間隙中引入包含所述聚合物的漿料。
36.根據(jù)權(quán)利要求24所述的制造電容器的方法，其中所述隔離物包括碳化纖維。
37.根據(jù)權(quán)利要求36所述的制造電容器的方法，其中所述纖維材料沿直徑方向的平均截面尺寸為至少Ium至不超過100 μ m。
38.根據(jù)權(quán)利要求36所述的制造電容器的方法，其中所述碳化纖維的長(zhǎng)度為至少Iμ m至不超過150 μ m。
39.根據(jù)權(quán)利要求24所述的制造電容器的方法，還包括將聚合物碳化以形成所述隔離物。
40.根據(jù)權(quán)利要求39所述的制造電容器的方法，其中所述聚合物含有羥基或羧基基團(tuán)。
41.根據(jù)權(quán)利要求39所述的制造電容器的方法，其中所述聚合物包含選自纖維素和戊聚糖中的至少一種材料。
42.根據(jù)權(quán)利要求41所述的制造電容器的方法，其中所述聚合物包含25-85重量％的纖維素。
43.根據(jù)權(quán)利要求41所述的制造電容器的方法，其中所述聚合物包含15-75重量％的戊聚糖。
44.根據(jù)權(quán)利要求24所述的制造電容器的方法，其中所述粘結(jié)劑包括選自由纖維蛋白、纖維素、葡萄糖、蛋白質(zhì)和明膠構(gòu)成的組中的材料。
45.根據(jù)權(quán)利要求44所述的制造電容器的方法，其中所述粘結(jié)劑為淀粉。
46.根據(jù)權(quán)利要求24所述的制造電容器的方法，其中所述插入所述導(dǎo)電材料包括向所述層疊體施加真空。
47.根據(jù)權(quán)利要求24所述的制造電容器的方法，其中所述熔接所述陽(yáng)極包括焊接。
48.根據(jù)權(quán)利要求24所述的制造電容器的方法，所述電容器包括至少2個(gè)至不超過40個(gè)平面陽(yáng)極。
49.根據(jù)權(quán)利要求48所述的制造電容器的方法，所述電容器包括至少8個(gè)至不超過20個(gè)平面陽(yáng)極。
50.根據(jù)權(quán)利要求24所述的制造電容器的方法，其中所述形成所述層疊體包括將具有所述基體涂層的陽(yáng)極與不具有所述基體涂層的陽(yáng)極交替布置。
【文檔編號(hào)】H01G9/04GK104081486SQ201280060839
【公開日】2014年10月1日 申請(qǐng)日期:2012年12月10日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月14日
【發(fā)明者】寧連才, 克里斯·斯托拉斯基, 亞群 申請(qǐng)人:凱米特電子公司