導(dǎo)電性材料調(diào)配物及其用途
【專利摘要】本發(fā)明涉及導(dǎo)電性材料調(diào)配物及其用途。本發(fā)明提供一種導(dǎo)電性材料調(diào)配物，其包括：(a)導(dǎo)電性高分子材料，及(b)絕緣材料，其中該導(dǎo)電性高分子材料系衍生自導(dǎo)電性高分子及聚陰離子，且該導(dǎo)電性高分子具有介于3,000至30,000之間的重均分子量，其中，以100重量份的(a)導(dǎo)電性高分子材料計(jì)，該(b)絕緣材料的含量為約0.01重量份至約200重量份。本發(fā)明的導(dǎo)電性材料調(diào)配物可用于制備固態(tài)電容。
【專利說明】導(dǎo)電性材料調(diào)配物及其用途
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種導(dǎo)電性材料調(diào)配物，特別涉及一種可用于固態(tài)電容的導(dǎo)電性材料調(diào)配物。本發(fā)明還涉及一種利用該導(dǎo)電性材料調(diào)配物的固態(tài)電容。
【背景技術(shù)】
[0002]電容器為一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)品具有小型化及輕量化的趨勢(shì)，因此，電子產(chǎn)品必須要求其中所使用的電容器具有小型化、大容量及在高頻使用下低阻抗等特性。
[0003]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)電解液主要成份包含高沸點(diǎn)醇類、離子液體、硼酸、磷酸、有機(jī)羧酸、銨鹽、高極性有機(jī)溶劑及少量的水。上述成份除作為電荷傳導(dǎo)物質(zhì)外，還具有修補(bǔ)鋁箔上介電層氧化鋁的功能。若氧化鋁介電層有缺陷而導(dǎo)致內(nèi)層鋁金屬裸露，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，進(jìn)而達(dá)到修補(bǔ)的功能。然而，傳統(tǒng)的鋁液態(tài)電容雖然成本較低，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(diǎn)；且在產(chǎn)生氧化鋁的過程中會(huì)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，但其并未從根本上解決問題，且傳統(tǒng)液態(tài)電容雖有高容量，卻因具有高的等效串聯(lián)電阻(ESR)而使其應(yīng)用受限。
[0004]綜上所述，開發(fā)了新一代的固態(tài)電容，直接將電解質(zhì)由液態(tài)電解質(zhì)換成固態(tài)電解質(zhì)。導(dǎo)電高分子為目前已開發(fā)的固態(tài)電解質(zhì)之一。導(dǎo)電高分子具有導(dǎo)電性是因?yàn)檠趸瘎┑年庪x子作為摻雜劑(dopant)混入高分子結(jié)構(gòu)中而形成空穴之故。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)電解液或是如四氰基苯醌二甲烷(tetracyanoquinodimethane, TCNQ)復(fù)合鹽及無機(jī)半導(dǎo)體MnO2的固態(tài)半導(dǎo)體絡(luò)鹽有更高的導(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。
[0005]除比一般電容擁有高達(dá)6倍的使用壽命外，固態(tài)電容具有較高的穩(wěn)定性，且電容量不易受使用時(shí)周圍溫度和濕度的影響，此外，其亦具有低ESR、低容變率、優(yōu)良的頻率響應(yīng)(耐高頻)、耐高溫且耐高電流的性質(zhì)，并可杜絕所有漏液及電容爆裂問題。
[0006]Jesse S.Shaffer等人于美國專利第4，609，971號(hào)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驅(qū)除。由于聚苯胺分子體積太大，不易滲入陽極箔介電層的微孔中，因此，此法所得電容器的含浸率差、阻抗高。其后，為了使高分子更易滲入微孔中，Gerhard Hellwig等人于美國專利第4，803，596號(hào)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)。其方法是將電容器分別浸潰于導(dǎo)電性高分子單體及氧化劑溶液后，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(duì)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-ethylenedioxythiophene, PED0T)為電解質(zhì)的鋁固態(tài)電容。此外，與EDOT具有相關(guān)結(jié)構(gòu)的3，4-乙烯二硫噻吩(3，4-ethylenedithiathiophene, EDTT)亦經(jīng)發(fā)現(xiàn)可轉(zhuǎn)換為電活性高分子(LambertusGroenendaal 等人，Adv.Mater.2000, 12, N0.7)。
[0007]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(huì)發(fā)生電容爆裂等優(yōu)點(diǎn)?！炯夹g(shù)領(lǐng)域】中是利用單體EDOT與對(duì)甲苯磺酸鐵直接在電容中進(jìn)行聚合反應(yīng)制備PED0T。上述制造工藝屬于原位反應(yīng)(in situ reaction),且可根據(jù)含浸方式分為一液法、兩液法或多液法。一液法是將電容元件(capacitor element)浸潰在EDOT和對(duì)甲苯磺酸鐵的混合溶液中，再進(jìn)行加熱聚合。二液法是將電容元件(capacitorelement)分別含浸EDOT及對(duì)甲苯磺酸鐵，再進(jìn)行加熱聚合。然而，一液法必須小心控制工藝參數(shù)，避免EDOT在含浸前發(fā)生聚合，二液法則易有溶液污染的問題。
[0008]此外,利用原位反應(yīng)(in situ polymerization)在陽極箔介電層表面或孔隙中所聚合的PEDOT多為粉體結(jié)構(gòu)，此粉體結(jié)構(gòu)聚合度低、物理性質(zhì)較差，不易粘著于電極表面或表面孔隙而易于脫落，耐受的工作電壓有限，故無法有效應(yīng)用于16V以上的固態(tài)電容。
[0009]為解決上述問題,Stephan Kirchmeyer等人曾提出利用非原位聚合反應(yīng)合成出導(dǎo)電高分子(J.Mater.Chem.2005, 15，2077-2088)，但是非原位聚合反應(yīng)所合成出的導(dǎo)電高分子，一般都具有重復(fù)單元短(約6至18重復(fù)單元)，低聚合度(重均分子量約低于2500)的缺點(diǎn)，此低聚合度的高分子由于本身物理性質(zhì)較差而無法應(yīng)用于高耐壓的工作環(huán)境。
[0010]因此，相關(guān)【技術(shù)領(lǐng)域】期待開發(fā)一種具有改良的物理性質(zhì)的導(dǎo)電材料，可應(yīng)用在耐更高電壓且穩(wěn)定度佳的固態(tài)電容，以取代液態(tài)電容，符合現(xiàn)今電子產(chǎn)品中對(duì)電容器需具備小型化、大容量、耐高溫及高頻的需求。
[0011]本發(fā)明提供一種固態(tài)電容，其具有改良物理性質(zhì)的固態(tài)電解質(zhì)，以降低電子擊穿機(jī)會(huì)及提高固態(tài)電容陰極及陽極之間的絕緣性，進(jìn)而提高固態(tài)電容的耐電壓。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]本發(fā)明的一方面提供一種導(dǎo)電性材料調(diào)配物，其包含:(a)導(dǎo)電性高分子材料及(b)絕緣材料。
[0013]本發(fā)明另一方面提供一種固態(tài)電容，其包含:
[0014]陽極；
[0015]介電層，其形成于該陽極上；
[0016]陰極；及
[0017]固態(tài)電解質(zhì)，其位于該介電層與該陰極之間，
[0018]其中，該固態(tài)電解質(zhì)包含本發(fā)明的導(dǎo)電性材料調(diào)配物。
[0019]有益效果
[0020]本發(fā)明的有益效果在于本發(fā)明的導(dǎo)電性材料調(diào)配物包含(a)導(dǎo)電性高分子材料和(b)絕緣材料，導(dǎo)電性高分子材料和絕緣材料彼此之間并不會(huì)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，且絕緣材料在固態(tài)電容材料結(jié)構(gòu)組成上提供一類似保護(hù)層作用，可增加固態(tài)電容陰極及陽極之間的絕緣性，降低電子擊穿機(jī)會(huì)進(jìn)而可大幅提升固態(tài)電容的耐電壓值。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為公知的固態(tài)電容組件。
[0022]圖2為公知的固態(tài)電容。
[0023]圖3為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的固態(tài)電容。
[0024]圖4為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的固態(tài)電容。
[0025]圖5為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的固態(tài)電容。
[0026]符號(hào)說明
[0027]I 陽極箔
[0028]3 陰極箔
[0029]5a 隔離器
[0030]5b 隔離器
[0031]7a 導(dǎo)線
[0032]7b 導(dǎo)線
[0033]9 電容器組件
[0034]A 陽極
[0035]C 陰極
[0036]D 介電層
[0037]Dl 絕緣材料
[0038]E 固態(tài)電解質(zhì)
[0039]El 導(dǎo)電性高分子材料
【具體實(shí)施方式】
[0040]為便于理解本文所陳述之揭示內(nèi)容，茲于下文中定義若干術(shù)語。
[0041]術(shù)語“約”是指如由本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所測(cè)定的特定值的可接受誤差，其部分地視如何量測(cè)或測(cè)定該值而定。
[0042]術(shù)語“烷基”是指直鏈或支鏈碳鏈基團(tuán)。在某些實(shí)施方式中，烷基為具有I至20個(gè)碳原子(Cu)、1至15個(gè)碳原子(Ch15)、1至10個(gè)碳原子(C1,)或I至6個(gè)碳原子(U的碳鏈基團(tuán)。烷基的實(shí)例包括但不限于甲基、乙基、丙基(包括所有異構(gòu)形式)、丁基(包括所有異構(gòu)形式)、戊基(包括所有異構(gòu)形式)及己基(包括所有異構(gòu)形式)。
[0043]術(shù)語“亞烷基”是指直鏈或支鏈二價(jià)碳鏈基團(tuán)。在某些實(shí)施方式中，亞烷基為具有I至4個(gè)碳原子(CV4)的二價(jià)碳鏈基團(tuán)。亞烷基的實(shí)例包括但不限于亞甲基、亞乙基、亞丙基(包括所有異構(gòu)形式)及亞丁基(包括所有異構(gòu)形式)。
[0044]術(shù)語“烷氧基”表示經(jīng)由氧原子連接至分子的其余部分的如上文所述的烷基。烷氧基的實(shí)例包括但不限于甲氧基、乙氧基、丙氧基、正丙氧基、2-丙氧基、正丁氧基、異丁氧基、叔丁氧基。
[0045]術(shù)語“芳基”是指單環(huán)或多環(huán)單價(jià)芳族基團(tuán)。在某些實(shí)施方式中，芳基具有6至20個(gè)環(huán)原子(C6_J、6至15個(gè)環(huán)原子(C6_15)或6至10個(gè)環(huán)原子(C6,)。芳基的實(shí)例包括但不限于苯基、萘基、芴基、奧基、蒽基、菲基、芘基、聯(lián)苯基及三聯(lián)苯基。芳基也可以指雙環(huán)或三環(huán)狀碳環(huán)，其中這些環(huán)中之一為芳族環(huán)且其余可為飽和、部分不飽和或芳族環(huán)，例如，二氫萘基、茚基、二氫茚基或四氫萘基(萘滿基)。
[0046]所述烷基、烷氧基和芳基可以經(jīng)取代。所使用的“經(jīng)取代”一詞是指以取代基取代氫。所述的取代基，沒有特別限制，可以列舉例如滷素原子，如氟、氯、溴、碘；烷基如C^6烷基，例如甲基、乙基、丙基(包括所有異構(gòu)形式)、丁基(包括所有異構(gòu)形式)、戊基(包括所有異構(gòu)形式)、己基(包括所有異構(gòu)形式)等；烷氧基如Cu烷氧基，例如甲氧基、乙氧基、丙氧基(包括所有異構(gòu)形式)、丁氧基(包括所有異構(gòu)形式)、戊氧基(包括所有異構(gòu)形式)、己氧基(包括所有異構(gòu)形式)等；燒硫基如CV6烷氧基，例如甲硫基、乙硫基、丙硫基(包括所有異構(gòu)形式)、丁硫基(包括所有異構(gòu)形式)、戊硫基(包括所有異構(gòu)形式)、己硫基(包括所有異構(gòu)形式)等；烯基如C2_6烯基，例如乙烯基、丙烯基、稀丙基等；竣基；硝基；橫基；疏基；羥基；燒酸基如Ch6烷?；缂柞；?、乙?；?、丙酰基等；芳基如(^2芳基，例如苯基、萘基等；雜環(huán)基如呋喃基、噻吩基、吡咯基、吡喃基、吡啶基、吡嗪基、嘧啶基等。取代基的數(shù)目沒有特別限制，為最大取代數(shù)目以下即可。
[0047]以下將具體地描述根據(jù)本發(fā)明的部分【具體實(shí)施方式】；但是，在不背離本發(fā)明的精神下，本發(fā)明尚可以多種不同形式來實(shí)踐，不應(yīng)將本發(fā)明保護(hù)范圍解釋為限于說明書所陳述的內(nèi)容。此外，除非文中有另外說明，于本說明書中(尤其是在權(quán)利要求書中)所使用的“一”、“該”及類似用語應(yīng)理解為包含單數(shù)及復(fù)數(shù)形式，所使用的“經(jīng)取代”一詞是指以取代基取代氫。另外，為明確起見，圖式中可能夸張顯示各組件及區(qū)域的尺寸，而未按照實(shí)際比例繪制。
[0048]導(dǎo)電性材料調(diào)配物
[0049]本發(fā)明的導(dǎo)電性材料調(diào)配物包括:(a)導(dǎo)電性高分子材料，及(b)絕緣材料。
[0050]導(dǎo)電性高分子材料
[0051 ] 本發(fā)明的導(dǎo)電性高分子材料衍生自導(dǎo)電性高分子及聚陰離子，上述導(dǎo)電性高分子包含衍生自式(I)的單體的聚合單元:
[0052]
【權(quán)利要求】
1.一種導(dǎo)電性材料調(diào)配物，其特征在于，其包括: 導(dǎo)電性高分子材料，及 絕緣材料， 其中該導(dǎo)電性高分子材料衍生自導(dǎo)電性高分子及聚陰離子，其中該導(dǎo)電性高分子包含衍生自式(I)單體的聚合單元:
2.如權(quán)利要求1所述的導(dǎo)電性材料調(diào)配物，其特征在于，其中該導(dǎo)電性高分子材料進(jìn)一步包含衍生自式(II)單體的聚合單元:
3.如權(quán)利要求1所述的導(dǎo)電性材料調(diào)配物，其特征在于，其中該式(I)單體選自以下單體所組成的組:
4.如權(quán)利要求2所述的導(dǎo)電性材料調(diào)配物，其特征在于，其中該式(II)單體選自以下單體所組成的組:
5.如權(quán)利要求1所 述的導(dǎo)電性材料調(diào)配物，其特征在于，其中該導(dǎo)電性高分子材料具有介于約10納米至約1000納米的范圍的尺寸。
6.如權(quán)利要求1所述的導(dǎo)電性材料調(diào)配物，其特征在于，其中該絕緣材料具有IO3至IO12歐姆.米的電阻率。
7.如權(quán)利要求1所述的導(dǎo)電性材料調(diào)配物，其特征在于，其中該絕緣材料選自無機(jī)氧化物、非共軛高分子及其組合。
8.如權(quán)利要求7所述的導(dǎo)電性材料調(diào)配物，其特征在于，其中該無機(jī)氧化物選自由二氧化鈦、氧化鋁、氧化鋅、氧化銦錫及二氧化硅所構(gòu)成的組。
9.如權(quán)利要求7所述的導(dǎo)電性材料調(diào)配物，其特征在于，其中該非共軛高分子選自由環(huán)氧單體、環(huán)氧低聚物、環(huán)氧樹脂、聚乙烯、聚丙烯、聚乙烯醇、聚氯乙烯、聚氨酯、聚酰亞胺、羧甲基纖維素、聚乙二醇、聚丙烯酰胺及聚四氟乙烯所構(gòu)成的組。
10.一種固態(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)包含如權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的導(dǎo)電性材料調(diào)配物。
【文檔編號(hào)】H01G9/15GK103762080SQ201310747060
【公開日】2014年4月30日 申請(qǐng)日期:2013年12月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月20日
【發(fā)明者】陳信宏 申請(qǐng)人:長興化學(xué)工業(yè)股份有限公司