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電解電容器及其製造方法

2023-07-24 22:41:36 4

專利名稱:電解電容器及其製造方法
技術領域:
本發明涉及使用鋁和鉭等具有閥效應的金屬作為陽極,以閥金屬氧化膜作為電介質,使用導電性高分子層作為陰極的電解電容器。
向來,使用鋁和鉭等閥金屬的電解電容器一般是以閥金屬多孔體作為陽極單元,以該閥金屬的氧化膜為電介質層形成於多孔體的空穴表面及外部表面,在陰極使用電解質溶液和無機固體電解質,而且設置分別連接陽極、陰極的集電體金屬部分,形成鎧裝。例如鋁電解電容使用含有機酸的有機溶劑等作為陰極,鉭電解電容使用二氧化錳等作為陰極。
近來,隨著電路的數位化,對電子元件提出了高頻響應方面的要求,對電解電容器也要求降低電阻,改善高頻響應特性。在這樣的情況下,一直在研究開發使用高電導率導電性高分子化合物作為電解電容器的陰極用電解質。
在電解電容器的情況下,作為其結構的特徵在多孔閥金屬體的空穴表面形成氧化膜,以該氧化膜作為電介質層,以留在內芯的閥金屬作陽極。因此,在這種電容元件上形成陰極時,需要以導電性高分子高效率地覆蓋非常錯綜複雜的多孔性單元的空穴表面。
在以導電性高分子形成陰極用固體電解質時利用電解氧化法的情況下,為了用導電性高分子高效率地覆蓋非常錯綜複雜的多孔性單元空穴面的電介質層表面,歷來採取的方法是在作為絕緣物的電介質層表面上預先形成具有導電性的預塗層後,使電解氧化聚合用的電極接觸預塗層表面,並導入含有聚合形成導電性高分子的單體的溶液,接著,在整個電介質表面以預塗層為陽極聚合形成導電性高分子層,然後去除電解氧化聚合用的電極。在利用化學氧化聚合法的情況下,歷來採取的方法是使單體與能氧化聚合該單體的氧化劑在電介質膜上接觸,在整個電介質表面形成導電性高分子層。
又,在陰極用的電解質是固體的情況下,為了將形成的固體電解質層(二氧化錳層和導電性高分子層)與陰極用的集電體金屬連接,採取二者之間介入在樹脂溶液中混合碳層和銀顆粒的導電性粘接劑層的方法。
這樣的方法在日本專利特開JP-A-168855公開過,陰極用集電體金屬配置得接近閥金屬單元的輪廓,例如在迭層型鋁電解電容器的情況下,如

圖13所示,配置得接近迭層體的側面及上下面中的某一個或全部。
但是,具有上述結構的電解電容器,即使採用導電性良好的導電性高分子作為陰極,也不能使阻抗充分降低,存在高頻響應特性低的問題。其原因之一是,為一使陰極用集電體金屬與導電性高分子層結合,中間夾進各種層。又一個原因是,陰極集電體金屬的面積小,界面電阻不能做得小。而且,導電性高分子層自身的固有電阻比金屬高3個數量級以上,因此如果導電性高分子層的導電路徑(從電介質表面到陰極集電體金屬的導電路徑)長,則不能使路徑電阻充分下降,還是在高頻響應差的缺點。
本發明的目的在於,解決如上所述的課題,降低陰極集電體金屬與導電性高分子的結合電阻,再縮短從電介質表面到陰極集電體金屬的導電路徑,改善阻抗特性,提供高頻響應特性優異的電解電容器。
本發明的另一目的是使具備這樣的特性的電容器小型化。
為了達到上述目的,本發明的電解電容器具備以閥金屬多孔體為陽極,在閥金屬多孔體的全部表面及空穴面形成的電介質氧化膜、在電介質氧化膜上形成的作為陰極的導電性高分子層、與形成於表面的電介質氧化膜內部的金屬部分電氣連接的陽極用集電體、以及與陰極導電性高分子層電氣連接的陰極用集電體,陰極用集電體是板狀或箔狀的金屬,而且與導電性高分子層物理上直接連接。藉助於此,在陰極用集電體與導電體高分子層之間不隔著各種連接層(碳層和銀膠層),而用導電性高分子直接連接陰極用集電體與電介質氧化膜,謀求降低總的阻抗,同時謀求使電容器小型化。
本發明的電解電容器包含陰極用集電體在與閥金屬多孔體相對的面的反面有樹脂膜的電容器。以此可以減小形成導電性高分子以後的應力等,提供少發生短路等的高可靠性電容器。
本發明的電解電容器包含陰極用集電體是電容元件收裝殼的一部分的電容器,還能以此謀求電容器的小型化。
還有,本發明的電解電容器包含陽極用閥金屬多孔體是多孔性閥金屬箔,而且陰極用集電體配置得與金屬箔的一面或兩面相對,并迭層或捲成圓筒的電容器,這樣,除上述效果外,還由於把陰極用集電體靠近陽極閥金屬箔與其相向配置,可以擴大集電面積,縮短導電性高分子的導電路徑,進而謀求減小阻抗。
又,本發明的電解電解電容器包含靠近陽極用閥金屬箔配置的陰極用集電體是在塑料膜上形成金屬薄膜的集電體的電容器。藉助於此,可以謀求減小阻抗,同時,在萬一發生短路的情況下,能夠得到短路處的金屬薄膜消失,使性能恢復的效果。
本發明的電解電容器還包含,靠近陽極用閥金屬箔配置的陰極用集電體是用1~5伏特的電壓進行化學成膜處理的閥金屬箔或與陽極用閥金屬箔同種的形成電介質膜的多孔性閥金屬箔,兩箔隔著隔離層迭層或捲成圓筒,而且導電性高分子層是用電解氧化聚合法形成的導電性高分子層的電容器。由於預先在陰極箔上用化學成膜處理等方法形成氧化膜,可以由電解氧化聚合用的電極在閥金屬體內部均勻地生長形成導電性高分子。
本發明的電解電容器還包含,陰極用集電體具有多個從板或箔的表面到背面貫通的孔的電容器以及陽極用金屬箔是具有多個從箔的表面到背面貫通的孔的箔的電容器。都是謀求提高導電性高分子層和陰極集電體的連接性能以及導電性高分子層與陽極箔的連接性能,以提供高可靠性的電容器。
為了提供上述電解電容器,本發明的電解電容器的製造方法包含在由閥金屬形成的多孔體的全部表面及空穴面形成電介質氧化膜的工序、在板狀或箔狀的陰極用集電體上安裝多孔體的工序,以及在電介質膜上形成導電性高分子層的工序。這裡,本發明包含閥金屬形成的多孔體為箔狀和塊狀(也包含迭層型和捲筒型)兩種狀態的任何一種。
在將陰極用集電體安裝在閥金屬多孔體上之後,形成導電性高分子層,因而可以只用導電性高分子充填於陰極用集電體與電介質氧化膜之間。
在陰極用集電體上安裝先形成導電性高分子層的閥金屬多孔體,也能獲得上述效果。
又,本發明的電解電容器製造方法包含,在將形成導電性高分子層的閥金屬多孔體安裝於陰極用集電體上的工序之後,還有在多孔體與陰極用集電體的間隙中再充填導電性高分子的工序的方法。以此可以提高陰極用集電體與閥金屬多孔體上所形成的導電性高分子的連接性能,謀求降低阻抗。
又,本發明的電解電容器製造方法包含,陰極用集電體是具有氧化膜的閥金屬箔,隔著隔離層把閥金屬陽極箔與陰極箔迭層或捲成圓筒成結構體,在與兩種箔及隔離層垂直的整個端面上設置電解氧化聚合用的電極,藉助於電解氧化聚合,由電極在結構體內部生長導電性高分子層,使多孔性結構體的空穴內部充填導電性高分子的方法。以此可以藉助於電解氧化聚合簡便地形成均勻的導電性高分子層。
圖1A與圖1B是本發明的由閥金屬多孔體與陰極用集電體構成的電解電容器的結構的示意剖視圖,而圖C是形成樹脂膜的陰極用集電體的結構的示意剖視圖。
圖2是本發明實施例的電解電容器單元的示意剖視圖。
圖3A及圖3B與圖2一樣,表示本發明別的實施例的電解電容器的結構。圖3(C)是本發明中陰極集電體的結構剖面圖。
圖4A及圖4B與圖2一樣,表示本發明別的實施例的電解電容器的結構。
圖5A及圖5B與圖2一樣,表示本發明別的實施例的電解電容器的結構。
圖6A是本發明實施例中,將鉭單元與陰極用集電體收裝在一起以進行電解氧化聚合處理的殼體的立體圖,圖6B是進行電解氧化聚合時內部固定鉭多孔體的殼體的剖視圖。
圖7是本發明實施例中在殼體內對鉭單元進行電解氧化聚合處理的電極配置。
圖8是表示本發明實施例中鉭電解電容器的阻抗特性的曲線圖。
圖9是本發明實施例中多孔性鋁電解電容器的立體圖。
圖10是表示本實施例中對多孔性鋁電解電容單元的導電性高分子聚合形成狀態的剖視圖。
圖11是表示本發明實施例中將作為聚合用電極的金屬板安裝在底面的捲筒型電解電容器的立體圖。
圖12是表示本發明實施例中鋁電解電容器的阻抗特性的曲線圖。
圖13是實施例中已有電解電容器例的結構示意剖視圖。
本發明的實施形態本發明的電解電容器是陽極為具有閥效應的金屬,電介質為閥效應金屬的氧化物層,陰極由導電性高分子層構成的電解電容器。在本發明中,陽極內部具有與外部表面連通的許多孔,甚至是細孔,陽極表面積顯著擴大。作為閥金屬最好是利用鉭或鋁。
電介質層是在也包括多孔體內部空穴面的陽極表面形成的非常薄的氧化膜。氧化膜最好在電解液中進行化學成膜處理形成。
在電介質層(也包括內部空穴)形成導電性高分子層,作為陰極。形成陰極的導電性高分子層是由單體聚合的、聚合物本身呈現導電性的聚合物層,這樣的導電性聚合物使用例如5元雜環化合物的聚合物,最好是使用吡咯(pyrrole)、噻吩(thiophene)、3-烷基噻吩(3-alkylthiophene)、異硫茚(isothionaphthene)、或該電介質的聚合物。而導電性聚合物也可以使用6元雜環化合物或該電介質的導電性聚合物,例如可以使用聚對苯撐(polyparaphenylene)、聚對苯乙烯撐(polyparaphenylenevinylene)、聚苯胺(polyaniline)。
為了進一步提高導電性高分子層的電導率、減小電阻,導電性高分子層最好是在導電性聚合物中包含摻雜物,對於上述導電性聚合物,這樣的摻雜物可以使用烷基萘磺酸(alkynaphthalenesulfonic acid)和對甲苯磺酸(paratoluenesulfonicacid)等的芳基磺酸(arylsulfonic acid)離子或芳基磷酸離子(arylphosphoric acid ions)。
本發明中,在電介質層上形成聚合物層的方法採用把含有單體的溶液導入電介質氧化膜上,在溶液中以能夠使其聚合的氧化劑進行化學氧化聚合形成聚合物層的方法,或是採用將含有單體的溶液導入電介質膜上,在溶液中用電解氧化聚合法形成聚合物的方法。又採用將預先生成的可溶性導電性高分子或熱可塑性的導電性高分子導入電介質膜上的方法。
本發明的電解電容器結構上形成對具備以閥金屬多孔體為陽極,在閥金屬多孔體的全部表面及空穴面形成的電介質氧化膜、在電介質氧化膜上形成的作為陰極的導電性高分子層、與形成於表面的電介質氧化膜內部的金屬部分電氣連接的陽極用集電體,以及與陰極導電性高分子層電氣連接的陰極用集電體的電解電容器,把陰極用集電體做成板狀或箔狀,並且與導電性高分子層在物理上直接連接。藉助於此,不通過各種連接層(碳層或銀膠層)以導電性高分子直接連接陰極用金屬箔與電介質氧化膜,因而可以謀求降低作為整體的阻抗。又由於沒有各種連接層,使容積效率得以提高,可以謀求小型化。
具體地說,本發明的電容器如圖1A所示,把閥金屬多孔體4做成將多孔性閥金屬箔1迭層或制卷形成的陽極,並且把陰極用集電體2垂直於多孔體的閥金屬箔配置。
又,本發明的另一種電解電容,如圖1B所示,把閥金屬多孔體4做成閥金屬粉末燒結形成的陽極,配置在陰極用集電體2上。
這些電解電容器都在電介質層5上充填導電性高分子3,同時能只用導電性高分子層3連接陰極用集電體2與電介質層5,可以得到上述效果。特別是,可以使與等效串聯電阻相當的高頻下的最小阻抗值減小到已往的約2/3左右。因而,可以提供高頻響應特性良好的電解電容器。
這裡,陰極用集電體2如圖1C所示,最好是在與閥金屬多孔體4相對的面的相反側具備樹脂膜6。以此可以減小導電性高分子形成後的應力等,可以提供少發生短路等的高可靠性電容器。作為成品的短路發生率比以往減少一半。
又,最好是陰極用集電體2是電容元件收裝殼的一部分。將陰極用集電體直接用作外殼,以此可以提高電容元件的殼內佔有率,達到進一步小型而大容量化。
這裡,陰極用集電體2的材料最好是其自身固有電阻小的,從鎳、銅、不鏽鋼、鋁挑選出的某一種材料。而且最好是埋入碳或在表面層形成碳的材料。以此可以減小導電性高分子與陰極用集電體的界面電阻,可以提供電阻更低而且高頻響應好的電解電容器。
又可以用表面粗化的金屬箔或多孔金屬箔作為陰極用集電體2,以此可以減小高分子層3與陰極用集電體2之間的界面電阻,謀求進一步降低阻抗。
又,使用從表面到背面有許多貫通孔的材料作為陰極用集電體2,使得用導電體高分子層連接陰極用集電體與陽極閥金屬多孔體變得容易,從而提高兩者的連接性能,可以提供可靠性高的電解電容器。這時,具有貫通孔的陰極用集電體的金屬可以使用金屬網或穿孔金屬材料。
特別是在用先在陰極用集電體上安裝陽極閥金屬多孔體後用化學氧化聚合法一次形成導電性高分子層的情況下,具有貫通孔時還有能夠整體上均勻形成導電性分子層的優點。
本發明其他形態的電解電容器如圖2A所示,採取陽極用閥金屬多孔體1使用多孔性閥金屬箔,並且配置陰極用集電體2,使其與閥金屬箔的一面相對,通過導電性高分子層3將閥金屬箔的氧化膜的電介質層5與陰極用集電體2加以連接的結構。圖2B是以此為電解電容單元,多個單元迭層的迭層結構的電解電容器。藉助於迭層,可以把陰極用集電體2與陽極閥金屬箔1靠近相向配置,擴大集電面積(陰極用集電體與導電性高分子層的連接面積),還可以不通過各種連接層(碳層或銀膠層)直接用導電性高分子連接陰極用集電體與電介質氧化膜,以減小整體的阻抗。特別是,可以把與等效串聯電阻相當的高頻下的最小阻抗值降低到已往的1/2以下。因而,可以提供高頻響應特性優異的電解電容器。
本發明的另一實施形態是如圖3A所示,以用多孔性閥金屬箔作為陽極用閥金屬多孔體1,並且配置陰極用集電體2、2,使其與閥金屬箔的兩面相對,通過導電性高分子層將閥金屬箔的電介質氧化膜5與陰極用集電體2加以連接的結構為單元構成電解電容器。也能以這種單元單獨作為電解電容器,但是還能如圖3B所示,將這種單元多個迭層作為迭層型電解電容器。進一步得到比一個單元的電解電容器更好的降低阻抗效果。
圖4A和圖4B示出本發明的另一實施形態的電解電容器。採取以多孔性閥金屬箔作為陽極用閥金屬多孔體1,將多孔性金屬箔疊層的結構,而且採用把陰極用集電體2配置成與閥金屬箔的兩面分別相對,通過導電性高分子層連接閥金屬箔的電介質氧化膜與陰極用集電體的結構。由此,也同樣能獲得降低阻抗的效果。
本發明另一實施形態的電解電容器如圖5A與圖5B所示,把使用多孔性閥金屬箔作為陽極用閥金屬多孔體1,並且以2片閥金屬箔夾住1片陰極用集電體2,通過導電性高分子層3連接閥金屬箔與陰極用集電體的結構作為電容器單元(圖5A)。把這種單元多個迭層,可以構成迭層型電容器。
本發明的又一種電容器採取以多孔性閥金屬箔作為陽極用閥金屬多孔體,將多孔性金屬箔捲成圓筒狀的結構,並且採用把陰極用集電體配置成與閥金屬箔的兩面分別相對,通過導電性高分子層連接閥金屬箔與陰極用集電體的結構。採取這種結構當然同樣也可以謀求降低阻抗。
這裡陰極用集電體取為2個,可以採用在電解液中交流蝕刻得到的多孔性鋁箔。
陰極用集電體2可以採用從固有電阻小的鎳箔、銅箔、不鏽鋼箔、鋁箔等選出的某一種金屬箔。使用這些金屬箔的情況下,最好是採用埋入碳的或表面形成碳層的。以此可以減小導電性高分子層與金屬箔之間的界面電阻,進一步謀求降低陽抗。
又,陰極用集電體使用在塑料薄膜上形成與上述金屬箔相同的結構的金屬薄膜的材料也能夠得到相同的效果,同時萬一發生短路時,能夠得到短路處的金屬薄膜消失,使性能恢復的效果。
這裡使陽極用閥金屬箔與陰極用集電體隔著隔離層相對,則可以得到漏電流小的良好的電解電容器。
又,陽極用多孔性金屬箔最好是具有許多從箔的表面貫通到背面的貫通孔的箔材。藉助於此,在使用化學氧化聚合法、電解氧化聚合法的任何一種的情況下,反應物質的移動都變得容易,因而用導電性高分子層連接陰極集電體與陽極閥金屬箔也變得容易,兩者間的連接性能得以提高,能夠穩定生產並提供高可靠性的電解電容器。
又,陰極用集電體採用表面粗化的金屬箔或多孔質金屬箔,以此可降低陰極用集電體與導電性高分子之間的界面電阻,謀求降低阻抗,並且可以做成高可靠性的電解電容器。
又,陰極用集電體採用具有許多從表面貫通到背面的貫通孔的材料,從而用導電性高分子層連接陰極用集電體與陽極閥金屬箔變得容易,兩者之間的連接性能得以提高,可以提供高可靠性的電解電容器。這時,具有貫通孔的陰極用集電體的金屬可以使用金屬網或穿孔金屬材料。
特別是先在陰極用集電體上安裝陽極閥金屬多孔箔後用化學氧化聚合法一次形成導電性高分子層的情況下,具有貫通孔時可以整體上均勻形成導電性高分子層,有提高電容量製得率的優點。
本發明另一實施形態的電解電容器採用以多孔性閥金屬箔作為陽極用閥金屬多孔體,陰極用集電體使用以1~5V的電壓進行過化學成膜處理的閥金屬箔,陽極箔與陰極箔隔著隔離層迭層或捲成圓筒狀的結構,導電性高分子層採用以電解氧化聚合法形成的導電性高分子層。
又,本發明另一實施形態的電解電容器採用以多孔性閥金屬箔作為陽極用閥金屬多孔體,陰極用集電體使用同種的形成電介質氧化膜的多孔性閥金屬箔,沒有極性,而且兩箔隔著隔離層疊層或捲成圓筒狀的結構,導電性高分子層採用以電解氧化聚合法形成的導電性高分子層。
無論哪一種電解電容器,雖然在形狀上和已有的溶液型的捲筒式電解電容器相同,但是能夠取得阻抗比已有的電容器的低的效果。又由於陰極使用具有氧化膜的閥金屬,具有從電解氧化聚合用的電極生長導電性高分子時可以得到均勻形成導電性高分子層的效果。
在上述電解電容器中,陽極用多孔性閥金屬箔可以使用在電解液中蝕刻過的鋁箔和鉭粉成型後燒結做成片狀得到的箔片。
又,在電解電容器中,陽極用多孔性閥金屬箔最好是具有許多從箔表面貫通到背面的貫通孔的箔片。以此可以容易用導電性高分子層連接陰極箔與陽極箔,能夠提高兩者之間的連接性能,穩定地生產並提供高可靠性的電解電容器。
為了實現上述電解電容器,可以用下面所示的各種製造方法製作電解電容器。這裡,閥金屬最好是使用鉭或鋁。
在下面,上述電解電容器的製造方法是在閥金屬多孔體為多孔質閥金屬箔迭或卷為圓筒狀而形成的陽極結構體的情況下,或在燒結閥金屬的粉末而形成的陽極結構體的情況下,或在多孔質閥金屬箔的情況下的製作方法。
第1種製造方法在閥金屬構成的多孔體的全部表面及空穴面形成電介質氧化膜之後,以規定的位置關係在多孔體上安裝固定板狀或箔狀的陰極用集電體。然後在含有聚合形成導電性高分子的單體的溶液中浸漬帶有集電體的多孔體,將陰極用集電體作為電解氧化聚合用的陽極,以配置於溶液中的別的電極為陰極,在其間通電流。調節電流,使其通過多孔體空穴內的溶液流動。以該電流陽極氧化單體,並在陰極用集電體上聚合,作為導電性高分子層直接生長。由於該生長的導電性高分子層本身通電,在生長著的高分子的生長體前端,氧化單體並加以聚合。因此,閥金屬多孔體內部空穴中連續形成導電性高分子層。藉助於此,閥金屬多孔體內部的電介質層與陰極用集電體可以用電性高分子直接連接,可以製成本發明的電解電容器。
在本發明中,重要的是電流高效率地在多孔體連通空穴內的單體溶液中流動,達到此目的的方法,最好是使溶液內的聚合用的陰極相對於安裝陰極用集電體(聚合用陽極)的多孔體一側對稱配置,至少把集電體的外表面絕緣,並且最好是使電流只通過多孔體內部流動。閥金屬多孔體是燒結塊,是箔片的迭層體或捲筒狀,還是箔狀的,都一樣能夠處理,例如在閥金屬多孔體是燒結塊的情況下,如圖6A及圖6B所示,把陰極用集電體2設置於絕緣的例如合成樹脂或塑料制的殼體7的內底70上,在殼體的內側配置多孔體1,用密封劑8固定在殼體上,同時設定得使電流通過多孔體的空穴內流動,形成導電性高分子層。
在閥金屬多孔體是將多孔性閥金屬箔迭層形成的陽極結構體的情況下,如圖10所示,陰極用集電體2最好是垂直於閥金屬箔4配置,藉助於此,可以容易地將導電性高分子層形成於整個多孔體4上。
在這種情況下,該殼體7可以原封不動地作為固定電容器用的外殼使用。這樣,陰極用集電體成了收裝電容器多孔體的殼體的一部分,以此可以提高電容器多孔體在殼體內的佔有率,可以實現小型電容器大容量化。
這裡,若是預先在電介質表面用化學氧化聚合法設置導電性高分子薄層,則可以均勻形成導電性高分子並使其填滿細孔深部,可以做成電容量製得率高的良好的電容器。
又,最好是在陰極用集電體表面預先形成導電性高分子膜,則可減小短路的不良情況的發生。又,在閥金屬多孔體為箔狀的情況下,安裝在陰極用集電體上時,在陰極用集電體與陽極用閥金屬箔之間夾著隔離層,以此可進一步減少短路的不良情況發生。
在閥金屬多孔體為箔狀的情況下,在形成導電性高分子層之後將安裝陰極用集電體的單元迭層或捲成圓筒狀均可。
第2種製造方法是在閥金屬構成的多孔體的全部表面及空穴面形成電介質氧化膜之後,在電介質氧化膜上設置具有導電性的預鍍層。預鍍層只要是形成於整個電介質氧化膜上的具有導電性的鍍層,其種類不受限制,可以是化學氧化聚合法形成的導電性高分子薄層,也可以是熱分解法形成的二氧化錳層。接著,將多孔體浸漬於含有聚合形成導電性高分子的單體的溶液中,使第3電極與預鍍層接觸,通過第3電極使電流流過,以使預鍍層成為電解氧化聚合用的陽極。以此可以以預鍍層為陽極,利用溶液流往多孔體內空穴使電流流過,可以藉助於電解氧化聚合使導電性高分子層形成於預鍍層上。將形成該導電性高分子層的多孔體安裝於板狀或箔狀的陰極用集電體上,可以製造出本發明的電解電容器。
這時,即使閥金屬多孔體是燒結塊,是箔片的迭層體或捲筒狀體,還是箔狀的,都一樣能夠處理。在箔狀的情況下,也可以把安裝陰極用集電體的單元迭層或捲成圓筒。
又,最好是在將形成導電性高分子層的多孔體安裝於陰極用集電體上後,用電解氧化聚合法或化學氧化聚合法再以導電性高分子層充填導電性高分子層與陰極用集電體之間的間隙。或者也可以利用可溶性導電性高分子或熱可塑性導電性高分子充填間隙。以此提高用導電高分子連接陰極用集電體與電介質表面的連接性能,進而改善高頻響應特性。
又,在已形成電介質氧化膜的多孔體上形成導電性高分子層時,至少使導電性高分子層的最外層為具有柔軟性的導電性高分子層(聚噻吩(polythiophene)等),從而可以較佳地利用改善在陰極集電體上安裝多孔體時的連接性能的方法。
還有,在陰極用集電體表面預先形成導電性高分子膜,最好至少使該導電性高分子膜的最外層為具有柔軟性的導電性高分子層,從而可以得到改善陰極用集電體與電介質表面之間的連接性能的效果。
第3種製造方法中,除了導電性高分子層的形成方法是在包含聚合形成導電性高分子的單體的溶液中浸漬帶有集電體的多孔體,用化學氧化聚合法在電介質氧化膜上形成導電性高分子層的方法以外,採用與第1種製造方法一樣的方法製造本發明的電解電容器。
這時,化學氧化聚合如通常進行的那樣,可以在含氧化劑的溶液中和在含單體的溶液中交叉浸漬進行聚合,也可以在含有氧化劑和單體兩者的溶液中浸漬進行聚合。
這時,閥金屬多孔體是燒結塊、是箔片的迭層或捲筒狀體,還是箔狀的都可以同樣處理。在箔狀的情況下,也可以把安裝著陰極用集電體的單元迭層或成卷圓筒狀。
又,最好是在陰極用集電體表面預先形成導電性高分子膜,就能夠與上面所述一樣減少短路的不良情況。又,在閥金屬為箔狀的情況下,安裝在陰極用集電體上時,將隔離層夾在陰極用集電體與陽極用閥金屬箔之間可以進一步減少短路的不良情況發生。
在第4種製造方法中,除了導電性高分子層的形成方法是在含有聚合形成導電性高分子的單體的溶液中浸漬,用化學氧化聚合法在電介質氧化膜上形成導電性高分子層的方法以外,採用與第2製造方法一樣的方法,製造本發明的電解電容器。
這時,閥金屬多孔體是燒結塊、是箔片的迭層或捲筒狀體,或是箔狀的,也都能夠同樣處理。在箔狀的情況下,可以把安裝陰極用集電體的單元迭層或捲成圓筒狀。
這裡,對於化學氧化聚合,與上面所述一樣不限定其方法。
又,進一步充填導電性高分子層與陰極用集電體之間的間隙的方法與前面一樣,可以滿意地使用。還有,使導電性高分層的表面柔軟化的方法也同樣可以滿意地使用。
第5種製造方法中,除了導電性高分子層的形成方法採用將可溶性的導電性高分子或熱可塑性的導電性高分子導入電介質氧化膜上,在電介質氧化膜上形成導電性高分子層的方法以外,採用與第1種製造方法相同的方法製造本發明的電解電容器。
這時,閥金屬多孔體是燒結塊,是箔片的迭層體或捲筒狀體,還是箔狀的,也都能夠同樣處理。在箔狀的情況下,也可以把安裝陰極用集電體的單元迭層或捲成圓筒狀。
又,最好是陰極用集電體表面預先形成導電性高分子膜,則可以得到與上面所述相同的效果。而在閥金屬多孔體是箔狀的情況下,在安裝於陰極用集電體時,在陰極及集電體與陽極用閥金屬箔之間夾著隔離層,以此可以進一步減少短路的不良情況發生。
第6種製造方法中,除了導電性高分子的生成方法採取將可溶性導電性高分子或熱可塑性導電性高分子導入電介質氧化膜上,在電介質氧化膜上形成導電性高分子層的方法以外,採用與第2種製造方法相同的方法製造本發明的電解電容器。
這時,閥金屬多孔體是燒結體、是箔片的迭層體或捲筒狀體,還是箔狀的,都可以同樣處理。在箔狀的情況下,也可以把安裝陰極用集電體的單元迭層或捲成圓筒。
又,進一步充填導電性高分子層與陰極用集電體之間的間隙的方法與前面一樣可以用得令人滿意。
在第1~第6種製造方法中,閥金屬多孔體可以是把多孔質閥金屬箔迭層或捲成圓筒而形成的陽極結構體、或將閥金屬粉末燒結而形成的陽極結構體,還可以是多孔質閥金屬箔。在閥金屬多孔體是多孔質閥金屬箔迭層或捲成圓筒而形成的陽極結構體的情況下,最好是陽極用集電體與閥金屬箔垂直配置,以此可以把導電性高分子的路徑配置得最短,謀求降低阻抗。
第7種製造方法是結構為陽極用閥金屬多孔體是多孔性閥金屬箔,陰極用集電體是用1~5V的電壓進行化學成膜處理過的閥金屬箔,陽極箔與陰極箔隔著隔離層迭層或捲成圓筒的電解電容器的製造方法。
首先,在陽極用多孔性閥金屬箔的全部表面和空穴面形成電介質氧化膜。另一方面,以1~5V的電壓對陰極用閥金屬箔進行化學成膜處理。然後,兩箔隔著隔離層迭層或捲成圓筒,如圖11所示,在與兩箔及隔離層垂直的整個端面上安裝電解氧化聚合用的電極。接著,在含有聚合形成導電性高分子的單體的溶液中浸漬安裝電極的閥金屬多孔質結構體,與第1種製造方法一樣,以安裝的電極作為電解氧化聚合用的陽極,利用多孔質結構體的間隙中的溶液使電流流通。以此可以進行電解氧化聚合,使導電性高分子層生長,使導電性高分子填滿多孔性結構體的空穴內部,製造本發明的電解電容器。
第8種製造方法是結構為陽極用閥金屬多孔體是多孔性閥金屬箔,陰極用集電體是同種的形成電介質氧化膜的多孔質閥金屬箔,兩箔隔著隔離層迭層或捲成圓筒的無極性電極電容器的製造方法。
本製造方法中,首先是在多孔性閥金屬箔的全部表面及空穴面形成電介質氧化膜之後,將形成電介質氧化膜的閥金屬箔隔著隔離層迭層或捲成圓筒。然後與第7種製造方法一樣製造本發明的電解電容器。
用第7、第8種製造方法製造捲筒型和疊層型電解電容器時,兩種方法都能方便地實現以導電性高分子層使電介質層與陰極箔結合為一樣,從而在得到低阻抗的大容量電容器的同時,可提供能克服液體介質電解電容器因溶劑揮發而性能劣化的缺點的電容器。
在第7、第8種製造方法中,最好是預先在電介質表面用化學氧化聚合法設置薄導電性高分子層。以此可以均勻地形成導電性高分子填滿細孔深部,可以製成電容量製得率高的良好的電容器。
在本發明中,將在閥金屬多孔體表面形成的電介質氧化膜內部的金屬部分與陽極用集電體電氣連接,可以提供作為電解電容器的元件,而有時還可以把陽極用集電體與殼外的陽極外部電極,以及陰極用集電體與殼外的陰極外部電極電氣連接,以此可以提供作為電解電容器的元件。
下面對本發明的實施例加以說明。
實施例1本例涉及有極性的電解電容器的製造。首先,把鉭粉裝上引線壓縮成型,接著,在真空中燒結製作鉭多孔性材料,然後在硫酸的水溶液中對該燒結體以30V的電壓進行化學成膜,製造鉭電解電容器用的單元。
本發明的鉭電解電容器在經過化學成膜處理的多孔體單元上形成導電性高分子聚吡咯作為陰極之前,首先如圖6所示在內表面矩形的殼體7的底部70配置作為陰極用集電體2的鎳板。預先在該陰極用集電體2上,利用電解氧化聚合使含有作為摻雜物的芳基萘磺酸離子的聚吡咯析出,形成約20微米厚的緻密的導電性高分子層3。然後在該陰極用集電體2上面的導電性高分子層3上面放置上述鉭燒結體的多孔體單元4,用合成樹脂的粘接性密封劑8密封單元4的外表面與殼體7的側面71的間隙,使單元4的側面絕緣。
接著,準備含有作為聚合用的單體的吡咯與作為摻雜物的芳基萘磺酸離子的丙撐碳酸酯與乙醇的混合溶液,在該溶液90中如圖7所示浸漬鉭的多孔體4,使鉭多孔體單元4的空穴中含浸溶液之後,以陰極用集電體2作為陽極,在與溶液90中配置的作為相對電極10的白金電極之間通電流,在預先形成於陰極用集電體2上的導電性高分子層3上再使導電性聚吡咯層完成聚合生長9。電解氧化聚合用的聚吡咯層把陰極用集電體與電容多孔單元4加以連接,同時充填多孔體內部的空穴,使其成為鉭電解電容器的陰極。然後,用環氧樹脂粘接劑以樹脂板密封多孔體的上表面(陰極集電體2的相反側),製作有極性的鉭電解電容器。
作為比較例1,已有的鉭電解電容器同時在實施化學成膜處理的多孔體單元上,像以往那樣反覆使用硝酸錳的熱分解法,使該單元內部到外表面形成二氧化錳電解質層後,在表面塗敷碳糊,又在其上塗敷銀膠,與陰極引線連接,然後以外裝樹脂塗覆,製作已有的鉭電解電容器。
又,作為比較例2,以導電性高分子為陰極的已往的鉭電解電容器,同時在實施化學成膜處理的多孔體單元上,像以往那樣,用在含有單體的溶液與含氧化劑的溶液中交替浸漬多孔體單元的一般的化學氧化聚合法形成導電性高分子層後,在表面塗敷碳糊,再在其上塗敷銀膠,進行與陰極引線的連接,然後以外裝樹脂塗覆,製作已往方法的鉭電解電容器。
對如上所述的各鉭電解電容器,測定在120Hz頻率下的靜電容量及阻抗的頻率特性。阻抗測定結果示於圖8。
靜電容量的測定結果是,採用以往的方法的二氧化錳電解質的電容器及導電性高分子的電容器約為95微法拉,而電解氧化聚合的電容器約為73微法拉,電容量製得率差。但是,如圖8所示,阻抗變好,特別是在諧振點的阻抗,減小到二氧化錳電解質的電容器的1/4,已往的導電性高分子的電容器的2/3。
實施例2與實施例1一樣,涉及有極性的鉭電解電容器的製造。在這一例子中,在實施過化學成膜處理的鉭單元的內部預先準備好用化學氧化聚合法薄簿地形成導電性高分子聚吡咯。該聚吡咯的合成以如下方法進行。
首先,使吡咯溶解於含有10體積%異丙醇的水溶液成為0.1摩爾/升的單體溶液。使硫酸鐵(Ⅲ)溶解於含有10體積%的異丙醇的水溶液中成為0.1摩爾/升的氧化劑溶液。將這單體溶液與氧化劑溶液混合,在該混合液中浸漬電容單元,用化學氧化聚合法把聚吡咯形成於電容單元的空穴內及該單元表面的電介質層上。
用與實施例1相同的方法,以電解氧化聚合使如上所述準備的試樣生成聚吡咯,製作電容器。結果是,其他特性與實施例1的聚吡咯的電容器相同,只是電容量提高到96微法拉。亦即,可以得到與已有的鉭電解電容器相同的電容量,並且得到阻抗低,高頻響應特性良好的電容器。
又,已有的10V、100微法拉的鉭電解電容器尺寸為D型(88mm3),而本發明的10V、100微法拉的鉭電解電容器的尺寸可達4.5mm×3.2mm×3.0mm(43mm3),大約可以將體積減小到一半。
實施例3,與實施例一樣,涉及有極性鉭電解電容器的製造。本例中,在施行過化學成膜處理的鉭元件內部用化學氧化聚合法形成導電性高分子聚吡咯。這種吡咯的合成按下述方法進行。
首先,使吡咯溶解於含有10體積%異丙醇的水溶液中成為1.0摩爾/升的單體溶液。在單體溶液中添加作為摻雜物的芳基萘磺酸離子。又在含有10體積%異丙醇的水溶液中溶解硫酸鐵(Ⅲ)形成0.1摩爾/升濃度的氧化劑溶液。將鉭單元交替在這單體溶液與氧化劑溶液中浸漬,利用單體與氧化劑的接觸使單體聚合。藉助於此,用化學氧化聚合法在電容單元的空穴內及該單元表面的電介質層上形成聚吡咯,以對其充填。
如上所述準備的試樣配置在陰極用集電體上,浸漬於包含吡咯單體的溶液中。接著,以陰極用集電體為陽極,利用電解聚合在陰極集電體上形成聚吡咯,同時以導電性高分子充填試樣與陰極用集電體間的間隙,使二者連接。
其結果是,可以得到具有與實施例2相同的電容量及阻抗特性的電解電容器。
在本實施例中,利用化學氧化聚合法在多孔體空穴內形成導電性高分子層將其充填,但是,不用說,即使是採用通常用的電解氧化聚合法的情況下,還有充填可溶性及熱可塑性導電性高分子的情況下,也能夠得到同樣的效果。又,陰極用集電體與多孔體的連接用電解氧化聚合法進行,用化學氧化聚合法及使用可溶性或熱可塑性導電性高分子充填的方法也可以證實有同樣的效果。
這裡,如圖1(c)所示,在使用與多孔體相反的一側的面上設置樹脂膜的陰極用集電體的情況下,可以減小後面的工序中的應力。其結果是,做成電解電容器時,在沒有樹脂膜的情況下,短路的發生率約為1%左右,而設置樹脂膜時短路的發生率為0%。
實施例4本實施例涉及有極性鋁電解電容器的製造。
將作為多孔性閥金屬箔1的、交流蝕刻過的100微米厚的低電壓用蝕刻鋁箔迭層,如圖9所示用安裝引線12的鋁金屬板11壓接,製成作為閥金屬迭層多孔體4的多孔鋁電容單元。
在磷酸系水溶液中以30V的電壓對該單元進行化學成膜處理後,與實施例一樣,在該單元的內部及表面的電介質層上形成聚吡咯的化學氧化聚合物薄膜。
接著如圖10所示,在殼體7的內表面配置鎳板制的陰極用集電體2,在其上利用電解氧化聚合形成聚吡咯作為導電性高分層3,再在這上面將上述電容單元4豎立放置,使迭層面垂直於殼體7的底面,用密封劑8密封單元4與殼體7間的間隙。
接著,與實施例1相同,使聚吡咯層完成聚合生長9,製作靜電電容量約70微法拉的電解電容器。為了確保電流流通,使單體擴散的路徑,如圖10所示,電解氧化聚合的方向從與迭層方向垂直的方向出發,即與迭層面平行地生成電解氧化聚合膜。
其結果是,靜電電容量平均為71微法拉,並且諧振點的阻抗約為30毫歐姆。已有的鋁電解電容器產品通常是1歐姆,與此相比是電阻非常低的。
實施例5本實施例涉及有極性的鋁電解電容器的製造,特別是陽極閥金屬多孔體由多孔箔材構成,陰極用集電體與陽極箔相對配置的電解電容器的製造。
在磷酸系水溶液中以15V的電壓對交流蝕刻過的100微米厚度的低電壓用蝕刻鋁箔進行化學成膜處理,形成電介質膜層後。將化學成膜處理後的鋁箔浸漬於含有0.5摩爾/升噻吩(thiophene)系單體和1摩爾/升的對甲苯磺酸鐵(Ⅲ)的乙醇溶液(聚合液)中,使其含浸溶液後提起在大氣中加溫到60℃,聚合形成導電性聚合體。反覆進行10次上述浸漬、含浸、反應操作,在鋁箔的電介質表面形成導電性聚合物層。將形成這種導電性聚合物層的鋁箔與預先在兩表面用電解聚合法形成吡咯系導電性高分子膜的作為陰極用集電體的10微米厚鎳箔相向重迭在一起後,再浸漬與前面所述一樣的聚合液,使溶液含浸於兩箔之間,加溫使其反應,在兩箔間形成噻吩系的導電性聚合物。這一操作也重複5次。
將用上述操作形成的5個電解電容器單元迭層,鉚接引出陽極用的金屬鋁的部分後,分別引出陰極的金屬鋁部分和陰極用的Ni箔,用樹脂模壓成型。然後與引出的電極電氣連接形成外部電極,做成電解電容器。
為了進行比較,舉如下方法製成已往方法的電解電容器的例子。該方法只將5片同樣製作的已經形成導電性高分子層的鋁箔迭層,再度形成導電性高分子層,與整個陰極連成一體。然後,如圖13所示,在迭層結構的陰極外圍形成用於引出陰極的碳層、銀樹脂層(導電體層13),進行與陰極端子的連接。陽極鉚接引出用的鋁金屬部。接著在引出陰極端子及鋁陽極的狀態下用樹脂模壓成型,形成外部電極與引出的電極電氣連接,製成電解電容器。
在這次的實施例中,無論哪一種電解電容器,每一片鋁箔的外形尺寸均取3.3mm×3.7mm。
為了評價製作的各電解電容器的高頻響應特性,測定了相對於低頻的高頻電容量製得率及與等效串聯電阻相當的高頻阻抗。製作的各電解電容器在120Hz的電容量均為50微法拉。但是在100KHz的電容量,已往方法的電解電容器是12微法拉(電容量製得率為24%),而本發明的電解電容器為47微法拉(電容量製得率為94%)。而且在400KHz的阻抗,以往方法的電解電容器為30mΩ,而本發明的電解電容器為10mΩ。如上所述,採用本發明,在高頻條件下特別可以謀求低阻抗化,而且可以證實電容量製得率也提高了。
又,在本發明的實施例中,用化學氧化聚合法形成導電性高分子,但是當然無論使用哪一種形成方法都能得到相同的效果。
又,在本實施例中,先形成導電性高分子層,而後將形成導電性高分子的閥金屬陽極箔與陰極用集電體配置在規定的位置上,在兩者間進一步充填導電性高分子層,但是在將未形成導電性高分子層的陽極箔與陰極用集電體配置於規定的位置之後,再在兩者之間及整個電介質膜上一起形成導電性高分子層也能夠得到相同的效果。這時,最好是陽極箔及陰極用集電體具有貫通孔。
本發明的實施例使用鎳箔作為陰極用集電體,但是也可以使用在電解液中交流蝕刻得到的多孔性鋁箔,使用鎳、銅、不鏽鋼、鋁的箔材中埋入碳顆粒或碳纖維的箔材和在各種金屬箔表面形成碳層的箔材也可以得到相同的效果。又,採用貫通的箔材,能防止導電性高分子層從金屬箔上剝離,證實可靠性得到提高。
在本實施例中,單體使用噻吩單體,但只要是該單體具有導電性,對其種類不加限定。
又,本實施例中摻雜物使用對甲苯磺酸離子,但是使用其他芳基磺酸離子、芳基磷酸離子也能夠得到同樣的效果。
實施例6本發明涉及有極性鋁電解電容器的製造。在磷酸系的水溶液中,以15V的電壓對經過交流蝕刻的100微米厚低電壓用蝕刻鋁箔進行化學成膜處理,形成電介質膜。
另一方面,在具有貫通孔的塑料膜的表面上蒸鍍鋁,再在其上蒸鍍碳,所形成的作為陰極用集電體的金屬箔上先利用電解聚合形成含有摻雜物烷基萘磺酸離子的吡咯系導電性高分子層。
接著,將完成化學成膜的鋁箔與形成導電性高分子的陰極用鍍塑金屬箔各5片交互迭層,鉚接陽極引出用的金屬鋁,陰極用金屬箔也以引出部成一整體固定。
然後,在含有10體積%異丙醇的水溶液中溶解0.1摩爾/升的吡咯、作為氧化劑的0.1摩爾/升硫酸鐵(Ⅲ)、作為摻雜物的以鈉鹽形式存在的0.05摩爾/升的烷基萘磺酸離子,使溶解後的反應溶液在5℃含浸於上述迭層體後,加溫促進反應,在電介質表面及陰極用金屬箔與電介質表面之間聚合形成導電性聚合物層。
然後,將形成導電性聚合物層的迭層體留出兩極引出部用樹脂模壓成型,在引出的兩極上分別形成外部電極,製作額定電壓為6.5V的電解電容器。
為了進行比較,除了陰極用金屬箔使用在具有貫通孔的鋁箔上蒸鍍碳形成的箔片外,採用與上面所述相同的方法製作電解電容器。
這一實施例中,各電解電容器都採用外形尺寸為3.3mm×3.7mm的鋁箔。
為了評價所製作的各電解電容器的高頻響應特性,測定了相對於低頻的高頻電容量製得率及相當於等效串聯電阻的高頻阻抗。
製作的各電解電容器在120Hz的電容量均為50微法拉。而在100KHz時的電容量均為46微法拉(電容量製得率為92%)。而400KHz的阻抗均為12mΩ。
另一方面,以12V的負載加速評價各種電解電容器的可靠性,在陰極金屬箔使用鍍塑金屬薄膜的電解電容器的情況下,100小時中發生短路的不良情況為0,而使用普通金屬箔時發生短路的不良情況為1.5%。
如上所述,採用本發明,在高頻時特別能夠謀求低阻抗化,可以證實高頻響應特性得到提高,而且陰極用金屬箔採用帶塑料薄膜的金屬薄膜,可以確保高可靠性。
實施例7隔著隔離層將安裝陽極引線12的用30V化學成膜的陽極箔與安裝陰極引線14的用2V化學成膜的陰極箔重迭並捲成圓筒,製作具有一般鋁電解電容器結構的100微法拉用的電容單元。預先用化學氧化聚合的聚吡咯薄薄地覆蓋該單元全部空穴的內部。在該單元的底面如圖11所示安裝金屬鎳板作為陰極用集電體2後,與實施例1一樣將整體浸漬於含有吡咯單體的聚合液中,以底面上安裝的金屬鎳作為聚合用的電極,通過該單元的空間部分的溶液使電流流通,用電解氧化聚合以導電性高分子層充填該單元內部的間隙。
這種電容器在120Hz顯示出95微法拉的電容量,在1KHz為93微法拉。又阻抗特性如圖12所示有了改善,特別是在諧振點的阻抗,與已有的鉭電解電容器相比低了一個數量級。
本實施例中,敘述與通常的鋁電解電容器一樣具有陽極與陰極的電容器的例子,而為了做成無極性電容器,利用以陽極箔代替陰極箔的方法,電容量減半,但是當然同樣可以得到低阻抗的電容器。
又本實施例中所示的是捲筒型的電容器的例子,但是採用陽極箔與陰極箔隔著隔離層交叉迭層,以導電性高分子將各陽極箔與各陰極箔電氣連接的結構也可以得到相同的特性。
如上所述,採用本發明,利用電解氧化聚合法從陰極用集電體直接生長導電性高分子膜,以導電性高分子直接連接陰極用集電體與電介質層表面,因而,可以容易、有效地提供小型、低阻抗的電解電容器。又,將預先在電介質表面形成導電性高分子的單元用導電性高分子連接於陰極用集電體上,也能用導電性高分子直接連接陰極用集電體與電介質層表面,可以容易且有效地提供小型、低阻抗的電解電容器。又,採用將陰極用集電體金屬板直接作為外殼使用的方法,能提高電容單元在外殼內的佔有率,可以更容易達到小體積、大容量化。
又,採用本發明,將陰極用集電體靠近陽極多孔性閥金屬箔相對配置,以此可以擴大集電面積,再者,可以不通過各種連接層(碳層或銀層),而直接用導電性高分子連接陰極用金屬箔和電介質氧化膜,可謀求降低總的阻抗。
又,靠近陽極鋁箔配置的陰極用金屬箔採用形成於塑料薄膜上的金屬薄膜,因此萬一發生短路時,可以得到短路處的金屬薄膜消失,使性能恢復的效果,能提供高可靠性的電解電容器。
又,採用本發明,在捲筒型及迭層型的電解電容器中,與箔及隔離層垂直的整個面上安裝電解氧化聚合用的電極,從安裝的電極利用電解氧化聚合直接生長導電性高分子,再使導電性高分子生長到電容單元內部,以此可以容易地以導電性高分子填滿該單元的空間,能提供低阻抗的電解電容器。
權利要求
1.一種電解電容器,具備以閥金屬多孔體為陽極,在閥金屬多孔體的全部表面及空穴面形成的電介質氧化膜、在電介質氧化膜上形成的作為陰極的導電性聚合物層、與形成於多孔體的金屬部分電氣連接的陽極用金屬集電體,以及與導電性聚合物層連接的陰極用金屬集電體,其特徵在於,陰極用金屬集電體是,與導電性聚合體連接的金屬表面經過粗化或多孔化,和/或該表面具有固定的碳顆粒或碳膜的金屬片材。
2.根據權利要求1所述的電解電容器,其特徵在於,陰極用金屬集電體是鎳、銅、不鏽鋼或鋁做成的。
3.根據權利要求1所述的電解電容器,其特徵在於,陰極用金屬集電體是由塑料薄膜和在該薄膜上形成的金屬薄膜構成的片材。
4.根據權利要求1所述的電解電容器,其特徵在於,陰極用金屬集電體具有許多從表面到背面貫通的貫通孔。
5.根據權利要求1所述的電解電容器,其特徵在於,以金屬網代替金屬片作為陰極用金屬集電體。
6.根據權利要求1所述的電解電容器,其特徵在於,陰極用金屬集電體上,與導電性聚合物不連接的金屬面上安裝著彈性的橡皮或或塑料的薄膜。
7.根據權利要求1所述的電解電容器,其特徵在於,陽極用閥金屬多孔體是多孔性閥金屬箔疊層或卷為圓筒而成的,而陰極用金屬集電體垂直於堆積的閥金屬箔的面方向配置。
8.根據權利要求1所述的電解電容器,其特徵在於,陽極用閥金屬多孔體是閥金屬粉末的燒結體,陰極用金屬集電體靠近該燒結體外表面配置。
9.根據權利要求7或8所述的電解電容器,其特徵在於,陰極用金屬集電體是收裝閥金屬多孔體的電容單元收裝殼體的一部分。
10.根據權利要求1所述的電解電容器,其特徵在於,陽極用閥金屬多孔體是多孔性閥金屬箔,陰極用金屬集電體是與該閥金屬箔相對的箔材。
11.根據權利要求10所述的電解電容器,其特徵在於,作為陽極用閥金屬多孔體的多孔性閥金屬箔做成疊層或捲筒狀,陰極用金屬集電體箔配置得與該多孔性閥金屬箔的兩面相對。
12.根據權利要求11所述的電解電容器,其特徵在於,由作為陽極用閥金屬多孔體的多孔性閥金屬箔與配置得與該金屬箔的兩面相對的陰極用金屬集電體箔構成的電解電容器單元疊層或卷為圓筒而形成該電解電容器。
13.根據權利要求11或12所述的電解電容器,其特徵在於,陽極用閥金屬箔與陰極用金屬集電體隔著隔離層相對。
14.根據權利要求1、8、11、12、13中的任一項所述的電解電容器,其特徵在於,陽極用多孔性閥金屬箔是在電解液中蝕刻過的鋁箔或鉭粉末成型為片狀後燒結得到的片材。
15.根據權利要求1、8、11、12、13中的任一項所述的電解電容器,其特徵在於,陽極用多孔性閥金屬箔具有許多從箔的表面到背面貫通的貫通孔。
16.一種電解電容器的製造方法,其特徵在於,包含在閥金屬構成的陽極用多孔體上形成電介質氧化膜的工序、在陰極用金屬集電體的至少是與多孔體相對的表面形成導電性聚合物層的工序、在多孔體上安裝形成該導電性聚合物層的陰極用金屬集電體的工序,以及在安裝該陰極用金屬集電體的多孔體的電介質膜上形成導電性聚合物層的同時通過導電性聚合物層連接陰極用金屬集電體與多孔體的工序。
17.一種電解電容器的製造方法,其特徵在於,包含在閥金屬構成的陽極用多孔體上形成電介質氧化膜的工序、在多孔體的電介質膜上形成導電性聚合物層的工序,以及藉助於在多孔體上安裝陰極用金屬集電體,通過導電性聚合物層連接陰極用金屬集電體與多孔體的工序。
18.一種電解電容器的製造方法,其特徵在於,包含在閥金屬構成的陽極用多孔體上形成電介質氧化膜的工序、在多孔體的電介質膜上形成導電性聚合物層的工序、在陰極用金屬集電體的至少是與多孔體相對的表面形成導電性聚合物層的工序,以及藉助於在該多孔體上安裝該陰極用金屬集電體,通過導電性聚合物層連接陰極用金屬集電體與多孔體的工序。
19.根據權利要求16-18中的任一項所述的電解電容器的製造方法,其特徵在於,該陰極用金屬集電體是與導電性聚合體連接的金屬表面經過粗化或多孔化,並且/或者該表面具有固定的碳顆粒或碳膜的金屬片材。
20.根據權利要求16所述的電解電容器的製造方法,其特徵在於,連接陰極用金屬集電體與多孔體的工序將具有集電體的多孔體浸漬於含有聚合形成導電性聚合物的單體的溶液中,設置屏蔽物,以使離子傳導電流只通過多孔體內的空穴流動,從而以陰極用金屬集電體作為電解氧化聚合用電極,電流通過溶液只流往空穴,並利用電解氧化聚合使導電性聚合物層從陰極用金屬集電體表面向多孔體的空穴內生長。
21.根據權利要求20所述的電解電容器的製造方法,其特徵在於,在閥金屬多孔體的全部表面及空穴面上形成的電介質氧化膜上,預先以化學氧化聚合法形成導電性聚合物層之後,以陰極用金屬集電體作為電解氧化聚合用的電極,藉助於電解氧化聚合法使陰極用金屬集電體表面生長導電性聚合物層,充填多孔體內部的空穴。
22.根據權利要求21所述的電解電容器的製造方法,其特徵在於,上述預先利用化學氧化聚合法形成的導電性聚合物層是在不含有機酸摻雜物的溶液中對單體進行化學氧化聚合而形成的。
23.根據權利要求16所述的電解電容器的製造方法,其特徵在於,所述在安裝陰極用金屬集電體的多孔體的電介質膜上形成導電性聚合物層的同時通過導電性聚合物層連接陰極用金屬集電體與多孔體的工序具有將所述具有集電體的多孔體浸漬於含有聚合形成導電性聚合物的單體的溶液中的過程,以及利用化學氧化聚合法在電介質氧化膜上和多孔體的間隙中形成導電性聚合物的過程。
24.根據權利要求16所述的電解電容器的製造方法,其特徵在於,所述在安裝陰極用金屬集電體的多孔體的電介質膜上形成導電性聚合物層的同時通過導電性聚合物層連接陰極用金屬集電體與多孔體的工序具有使可溶性導電性高分子或熱可塑性導電性高分子含浸於所述具有集電體的多孔體中,在電介質氧化膜上及陰極用金屬集電體與多孔體的間隙中形成導電性聚合物的過程。
25.根據權利要求17或18所述的電解電容器的製造方法,其特徵在於,在形成導電性聚合物層的多孔體上安裝陰極用金屬集電體的上述工序之後再藉助於化學氧化聚合法,以導電性聚合物層充填多孔體的導電性聚合物層與陰極用金屬集電體之間的間隙。
26.根據權利要求17或18所述的電解電容器的製造方法,其特徵在於,形成電介質氧化膜的多孔體上形成的導電性聚合物層,是導電性聚合物層的至少最外層具有柔軟性的導電性聚合物層。
27.根據權利要求16或18所述的電解電容器的製造方法,其特徵在於,陰極用金屬集電體表面預先形成的導電性聚合物層的至少最外層是具有柔軟性的導電性聚合物層。
28.根據權利要求16或18所述的電解電容器的製造方法,其特徵在於,陰極用金屬集電體表面預先形成的導電性聚合物層用電解氧化聚合法形成。
29.根據權利要求16、17或18中的任一項所述的電解電容器的製造方法,其特徵在於,陽極用閥金屬多孔體是多孔性閥金屬箔疊層或卷為圓筒而形成的,並且將陰極用金屬集電體垂直於堆積的閥金屬箔配置。
30.根據權利要求16、17或18中的任一項所述的電解電容器的製造方法,其特徵在於,陽極用閥金屬多孔體是閥金屬粉末燒結形成的。
31.根據權利要求16、17或18中的任一項所述的電解電容器的製造方法,其特徵在於,陽極用閥金屬多孔體是多孔性閥金屬箔。
32.一種電解電容器的製造方法,其特徵在於,包含在陽極用多孔性閥金屬箔的全部表面及空穴面形成電介質氧化膜的工序、以1~5V電壓對陰極用閥金屬箔進行化學成膜處理的工序、將兩箔隔著隔離層疊層或捲成圓筒的工序、在與兩箔和隔離層垂直的整個端面上安裝電解氧化聚合用的電極的工序、在含有聚合形成導電性高分子的單體的溶液中浸漬安裝著電極的閥金屬多孔性結構體的工序,以及以安裝著的電極作為電解氧化聚合用的陽極,利用多孔性結構體內的間隙中的溶液使電流流過,藉助於電解氧化聚合使導電性聚合物層生長,使多孔性結構體的空穴內充填導電性高分子的工序。
33.一種無極性電解電容器的製造方法,其特徵在於,包含在多孔性閥金屬箔的全部表面及空穴面形成電介質氧化膜的工序、將形成電介質氧化膜的兩片閥金屬箔隔著隔離層疊層或捲成圓筒的工序、在與兩箔和隔離層垂直的整個端面上安裝電解氧化聚合用的電極的工序、在含有聚合形成導電性高分子的單體的溶液中浸漬安裝著電極的閥金屬多孔性結構體的工序,以及以安裝著的電極作為電解氧化聚合用的陽極,利用多孔性結構體內的間隙中的溶液使電流流過,藉助於電解氧化聚合使導電性聚合物層生長,使多孔性結構體的空穴內充填導電性高分子的工序。
34.根據權利要求32或33所述的電解電容器的製造方法,其特徵在於,在預先藉助於化學氧化聚合法在整個閥金屬多孔性結構體的閥金屬氧化膜表面形成導電性聚合物層之後,以電解氧化聚合法使導電性聚合物層生長,充填多孔體內的空穴。
全文摘要
本發明揭示一種陰極具有導電性高分子層的電解電容器及其製造方法,目的在於謀求減小阻抗,改善高頻響應特性。採用不在陰極用集電體與陽極閥金屬多孔體的電介質層表面之間加入各種連接層(碳層或銀膠層),而直接以導電性高分子層連接的方法,謀求減小阻抗。又將陰極用集電體與陽極多孔性閥金屬靠近、相對配置,以此擴大集電面積,而且不加入各種連接層直接以導電性高分子層連接陰極用集電體與電介質氧化膜,以謀求減小總的阻抗。
文檔編號H01G9/02GK1213149SQ98114988
公開日1999年4月7日 申請日期1998年6月19日 優先權日1997年6月20日
發明者棚橋正和, 井垣惠美子 申請人:松下電器產業株式會社

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