專利名稱：電解質(zhì)材料調(diào)配物、由其形成的電解質(zhì)材料組合物及其用途的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電解質(zhì)材料調(diào)配物，由該電解質(zhì)材料調(diào)配物所形成的電解質(zhì)材料組合物，及利用該電解質(zhì)材料組合物的固態(tài)電容。
背景技術(shù)：
電容器為廣泛使用于各類電子產(chǎn)品中的電子組件，隨著科技的發(fā)展，電子產(chǎn)品趨向小型化、輕量化的發(fā)展，對其中使用的電容器，提出小型化、大容量、在高頻使用下低阻抗等特性要求。電容器依電解質(zhì)形態(tài)可分為傳統(tǒng)的液態(tài)電容及新開發(fā)的固態(tài)電容。早期鋁質(zhì)液態(tài) 電容的電解質(zhì)以液態(tài)電解液作為電荷傳導(dǎo)物質(zhì)。液態(tài)電解液的主要成分包含高沸點醇類、離子液體、硼酸、磷酸、有機羧酸、銨鹽、高極性有機溶劑及少量的水。上述成分除作為電荷傳導(dǎo)物質(zhì)外，也有修補鋁箔上氧化鋁介電層的功能。若氧化鋁介電層有缺陷導(dǎo)致內(nèi)層鋁金屬裸露，則該電解液在電容充放電的過程中，可與裸露的鋁金屬反應(yīng)產(chǎn)生氧化鋁，達到修補的功能。然而，傳統(tǒng)的鋁液態(tài)電容，雖以較低的成本滿足大容量的需求，但由于使用的電解液為液體，因而存在著導(dǎo)電率較低、不耐高溫等缺點；且在產(chǎn)生氧化鋁的過程中還會產(chǎn)生氫氣，若累積在電容中的氫氣過多，易導(dǎo)致電容爆裂，損壞電子產(chǎn)品。雖然液態(tài)電解液可添加吸氫劑來降低電容爆裂的可能性，但其并沒有從根本上解決問題。有鑒于此，便有新一代的固態(tài)電容產(chǎn)生，直接將電解質(zhì)由液態(tài)電解質(zhì)換成固態(tài)電解質(zhì)。固態(tài)電解質(zhì)由導(dǎo)電高分子所組成，該高分子具有導(dǎo)電性是因為氧化劑的陰離子作為摻雜劑(dopant)混入高分子結(jié)構(gòu)中而形成空穴。由于導(dǎo)電高分子較傳統(tǒng)電解質(zhì)電容器所用的液態(tài)電解液或固態(tài)有機半導(dǎo)體絡(luò)鹽，如四氰基對苯醌二甲烷(tetracyanoquinodimethane, TCNQ)復(fù)合鹽及無機半導(dǎo)體MnO2,有更高的導(dǎo)電度,且具有適度的高溫絕緣化特性，因此導(dǎo)電高分子成為現(xiàn)今電解電容器所使用的固態(tài)電解質(zhì)的開發(fā)潮流。固態(tài)電容的特色除使用壽命加長，比一般電容擁有高達6倍的使用壽命外，穩(wěn)定性增高，電容量不易受使用時周圍溫度和濕度的影響，另外，低等效串聯(lián)電阻(ESR)、低電容變化率、優(yōu)良的頻率響應(yīng)(耐高頻)、耐高溫且耐高電流，杜絕所有漏液及電容爆裂問題。傳統(tǒng)液態(tài)電容雖有高容量，卻因高ESR而使其應(yīng)用受限。Jesse S. Shaffer等人于美國專利第4，609，971號首次揭露了將導(dǎo)電性高分子應(yīng)用于電解電容器的電解質(zhì)。其方法是將電容器的陽極鋁箔浸潰于由導(dǎo)電高分子聚苯胺(polyaniline)粉末及摻雜劑LiClO4所組成的混合溶液，隨后將鋁箔上的溶劑除去。由于聚苯胺分子體積太大，不易滲入陽極箔的微孔中，因此，此法所得電容器的浸潰率差、阻抗高。其后，為了使高分子更易滲入陽極箔的微孔中，Gerhard Hellwig等人于美國專利第4，803，596號揭露以化學(xué)氧化聚合法將導(dǎo)電性高分子作為電容器的電解質(zhì)。其方法是將電容器陽極箔分別浸潰于導(dǎo)電性高分子單體及氧化劑的溶液后，于適當(dāng)條件下使導(dǎo)電性高分子單體聚合，通過反復(fù)多次浸潰以累積足夠的導(dǎo)電性高分子電解質(zhì)的厚度。之后，德國Bayer公司的Friedrich Jonas等人于美國專利第4，910, 645首度揭露使用單體3，4-乙烯二氧噻吩(3，4-ethylenedioxythiophene, ED0T)搭配氧化劑對甲苯橫酸鐵(iron (III)p-toluenesulphonate)成功制作以聚 3，4_ 乙烯二氧噻吩(poly-3, 4~ethyIenedioxythiophene, PED0T)為電解質(zhì)的鋁固態(tài)電容。導(dǎo)電高分子PEDOT具有耐熱性佳、導(dǎo)電度高、電荷傳導(dǎo)速度快、無毒、壽命長及應(yīng)用于電容不會發(fā)生電容爆裂等優(yōu)點。目前幾乎所有的固態(tài)電容制造商皆是用以上二種材料生產(chǎn)招或鉭固態(tài)電容，然而，將電容元件(capacitor element)浸潰在含有單體EDOT和對甲苯磺酸鐵的混合溶液中，在鋁箔表面或孔隙中所聚合成的PEDOT多為粉體結(jié)構(gòu)，此粉體結(jié)構(gòu)不但本身物理性質(zhì)較差且不易粘著于鋁箔表面或孔隙，易于脫落，因此不易在鋁箔表面或孔隙上形成完整的PEDOT高分子結(jié)構(gòu)，故應(yīng)用在16V以上的固態(tài)電容穩(wěn)定性差，導(dǎo)致在16V以上的固態(tài)電容的制造工藝無法使用或制造工藝合格率低。再者，導(dǎo)電高分子PEDOT形成的粉體狀結(jié)構(gòu)不易粘著于鋁箔孔隙，有易脫落問題，故其可耐受的工作電壓有限。
日本專利公開2010-129651號公報揭不，將電容兀件直接浸潰在含有聚合物PEDOT的高分子溶液中，可在鋁箔表面或孔隙形成完整的PEDOT高分子結(jié)構(gòu)，故此固態(tài)電容可應(yīng)用在50V電壓的工作環(huán)境，然而，聚合物PEDOT材料比單體EDOT成本高、保存不易，而且其制造工藝比起傳統(tǒng)制造工藝時間長而不易控制。據(jù)上,若能開發(fā)耐更高電壓、具有較佳穩(wěn)定度而成本較低的固態(tài)電容，對于有耐高溫、高頻需求的3C產(chǎn)品，則其有機會取代液態(tài)電容。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于提供一種電解質(zhì)材料調(diào)配物，其包含(al)導(dǎo)電化合物(conductive compound)；(bl)氧化劑(oxidant) '及(cl)可聚合化合物(curable compound)。本發(fā)明的另一目的在于提供一種由本發(fā)明電解質(zhì)材料調(diào)配物經(jīng)聚合反應(yīng)而形成的電解質(zhì)材料組合物，其可應(yīng)用于固態(tài)電容。本發(fā)明的再一目的在于提供一種固態(tài)電容，其包含陽極；介電層，其形成于該陽極上；陰極；及固態(tài)電解質(zhì)，其位于該介電層與該陰極之間，其中該固態(tài)電解質(zhì)包含上述本發(fā)明的電解質(zhì)材料組合物。由本發(fā)明的電解質(zhì)材料調(diào)配物所制成的固態(tài)電容，容易施工，成本較低，制造工藝穩(wěn)定性佳，且具有耐高電壓，高電容量和低阻抗等特性。發(fā)明效果本發(fā)明的有益效果在于由可聚合化合物所形成的第二聚合物有助于提升第一聚合物的分子結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，當(dāng)?shù)谝痪酆衔锛暗诙酆衔锼纬傻幕旌衔锍洚?dāng)固態(tài)電解質(zhì)，應(yīng)用于固態(tài)電容時，可大幅提升固態(tài)電容耐電壓值、提高電容量及延長使用壽命。


圖I顯示根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的電容組件。
符號簡單說明I陽極箔3陰極箔5a隔離組件5b隔離組件7a 導(dǎo)線幾導(dǎo)線9電容器組件
具體實施例方式本發(fā)明提供一種電解質(zhì)材料調(diào)配物，其包含(al)導(dǎo)電化合物；(bl)氧化劑；及(Cl)可聚合化合物。本發(fā)明所使用的導(dǎo)電化合物一般為單體或低聚物或其組合，可用于本發(fā)明中的導(dǎo)電化合物為相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域中所已知的，舉例言之，可選自由吡咯(pyrrole)、噻吩(thiophene)、苯胺(aniline)及苯硫醚(phenylenesulfide)及它們的衍生物所構(gòu)成的組。本發(fā)明所使用的氧化劑，可與前述導(dǎo)電化合物形成導(dǎo)電高分子。可用于本發(fā)明中的氧化劑為相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域中所已知的，舉例言之，可選自由堿金屬過硫酸鹽、過硫酸銨鹽、有機酸的三價鐵鹽類及含有機基團的無機酸所構(gòu)成的組。根據(jù)本發(fā)明的具體實施方式
，該氧化劑可選自由對甲苯磺酸鐵、硫酸銨鹽、過硫酸銨鹽、草酸銨鹽及過氯酸銨鹽及其混合物所構(gòu)成的組，優(yōu)選對甲苯磺酸鐵。本發(fā)明的電解質(zhì)材料調(diào)配物中的可聚合化合物，一般為單體或低聚物或其組合，上述可聚合化合物的重均分子量優(yōu)選介于40至1，000，000之間。本發(fā)明的電解質(zhì)材料調(diào)配物，其中以100重量份組分(al)計，所述組分(bl)的含量為1-10000重量份，且組分(Cl)的含量為O. 1-10000重量份。優(yōu)選的情況為，以100重量份組分(al)計，所述組分(bl)的含量為10-2000重量份，且組分(cl)的含量為1-3000
重量份。本發(fā)明的電解質(zhì)材料調(diào)配物中所使用的可聚合化合物，可為含環(huán)氧基可聚合化合物、含乙烯基不飽和基可聚合化合物、含丙烯酸酯不飽和基可聚合化合物或其混合物，優(yōu)選可聚合化合物選自由下列通式表示的物質(zhì)所構(gòu)成的組
權(quán)利要求
1.一種電解質(zhì)材料調(diào)配物，其特征在于，包含 (aI)導(dǎo)電化合物； (bl)氧化劑；及 (Cl)可聚合化合物。
2.如權(quán)利要求I所述的電解質(zhì)材料調(diào)配物，其中該導(dǎo)電化合物選自由吡咯、噻吩、苯胺、苯硫醚及它們的衍生物所構(gòu)成的組。
3.如權(quán)利要求I所述的電解質(zhì)材料調(diào)配物，其中該氧化劑選自由堿金屬過硫酸鹽、過硫酸銨、有機酸的三價鐵鹽類及含有機基團的無機酸所構(gòu)成的組。
4.如權(quán)利要求I所述的電解質(zhì)材料調(diào)配物，其中該可聚合化合物包括含環(huán)氧基可聚合 化合物、含乙烯基不飽和基可聚合化合物、含丙烯酸酯不飽和基可聚合化合物或它們的混合物。
5.如權(quán)利要求I所述的電解質(zhì)材料調(diào)配物，其中該可聚合化合物選自由下列通式表示的物質(zhì)所構(gòu)成的組
6.如請求項5的電解質(zhì)材料調(diào)配物，其中該可聚合化合物選自由下列通式表示的物質(zhì)所構(gòu)成的組
7.如權(quán)利要求I所述的電解質(zhì)材料調(diào)配物，其中該可聚合化合物的重均分子量介于40至 1,000，000 之間。
8.如權(quán)利要求I所述的電解質(zhì)材料調(diào)配物，其中以100重量份組分(al)計，所述組分(bl)的含量為1-10000重量份，且組分(Cl)的含量為O. 1-10000重量份。
9.如權(quán)利要求8所述的電解質(zhì)材料調(diào)配物，其中以100重量份組分(al)計，所述組分(bl)的含量為10-2000重量份，且組分(Cl)的含量為1-3000重量份。
10.如權(quán)利要求I所述的電解質(zhì)材料調(diào)配物，進一步包含固化劑，其中該固化劑為胺類或酸酐類。
11.如權(quán)利要求10所述的電解質(zhì)材料調(diào)配物，其中該固化劑為 O
12.—種電解質(zhì)材料組合物，其由權(quán)利要求I至11中任一項所述的電解質(zhì)材料調(diào)配物經(jīng)聚合反應(yīng)而形成。
13.如權(quán)利要求12所述的電解質(zhì)材料組合物，其包含 (A)第一聚合物，由包含導(dǎo)電化合物和氧化劑的聚合單元聚合而成；及 (B)第二聚合物，由包含可聚合化合物的聚合單元聚合而成。
14.如權(quán)利要求13所述的電解質(zhì)材料組合物，其中該第二聚合物由包含可聚合化合物和固化劑的聚合單元聚合而成。
15.一種固態(tài)電容，其包含 陽極； 介電層，其形成于該陽極上； 陰極；及 固態(tài)電解質(zhì)，其位于該介電層與該陰極之間， 其中該固態(tài)電解質(zhì)包含權(quán)利要求12-14中任一項所述的電解質(zhì)材料組合物。
全文摘要
本發(fā)明提供一種電解質(zhì)材料調(diào)配物，其包含(a1)導(dǎo)電化合物；(b1)氧化劑；及(c1)可聚合化合物。本發(fā)明還提供一種由該電解質(zhì)材料調(diào)配物經(jīng)聚合反應(yīng)形成的電解質(zhì)材料組合物，其可應(yīng)用于固態(tài)電容，相較于傳統(tǒng)液態(tài)電解電容，本發(fā)明所提供的固態(tài)電容具有壽命長、耐高電壓及高電容量及不會發(fā)生電容爆裂等特性，特別適用于要求高溫、高頻的電子產(chǎn)品。
文檔編號C08F130/08GK102723201SQ20121015098
公開日2012年10月10日 申請日期2012年5月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月8日
發(fā)明者林杰夫, 陳信宏 申請人:至美電器股份有限公司, 長興化學(xué)工業(yè)股份有限公司