穩定的含納米復合材料的固體電解電容器的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及固體電解電容器，尤其涉及一種穩定的含納米復合材料的固體電解電 容器。
【背景技術】
[0002] 固體電解電容器（如鉭電容器）對電子電路的微型化做出了重要貢獻，使這種電 路可以在極端環境中使用。傳統固體電解電容器通常是通過在金屬引線周圍壓制金屬粉末 (如鉭）、燒結壓制的部件、對燒結的陽極進行陽極氧化，然后涂覆固體電解質而形成。固體 電解質層可由導電聚合物（如，聚（3, 4-乙烯基二氧噻吩））形成，如Sakata等人的美國 專利US5, 457, 862、Sakata等人的美國專利US5, 473, 503和Sakata等人的美國專利US 5, 729, 428及Kudoh等人的美國專利US5, 812, 367中描述的。這些電容器的導電聚合物 電解質通常是采用按順序滴入含聚合物層成分的單獨溶液中的方法形成的。例如，用于形 成導電聚合物的單體通常用在一種溶液中，而催化劑和摻雜劑用在一單獨溶液或多種溶液 中。但是，這種技術的一個問題是通常很難形成相對較厚的固體電解質或者成本很高，固體 電解質厚度較大有助于獲得良好的機械強度和電氣性能。為了解決這個問題，人們進行了 種種嘗試。例如，Merker等人的美國專利US6, 987, 663描述了使用聚合物外層覆蓋固體 電解質表面。不幸的是，這種技術仍然存在問題，因為它難于實現聚合物外層與固體電解電 容器封端使用的石墨/銀層之間良好的粘附性以及機械強度。
[0003] 因此，需要提供一種具有良好的機械強度和電氣性能的固體電解電容器。

【發明內容】

[0004] 根據本發明的一個實施例，其公開了一種固體電解電容器，包括一陽極體、覆蓋在 陽極體上的電介質和覆蓋在電介質上的固體電解質。所述固體電解質包括一包含多個分散 在導電聚合物基質中的納米纖絲（nanofibrils)的納米復合材料。所述納米纖絲的數量平 均橫截面尺寸（numberaveragecross-sectionaldimension)為大約500納米或更小，縱 橫比為大約25到大約500。
[0005] 本發明的其它特征及方面將在下面進行更詳細的描述。
【附圖說明】
[0006] 本發明的完整的和可實施性的披露，包括對于本領域技術人員而言的最佳實施 例，結合附圖尤其在說明書剩余部分中進行闡述，其中：
[0007] 圖1是可根據本發明形成的電容器的一個實施例的示意圖。
[0008] 在本說明書和附圖中，附圖標記的重復使用表示本發明相同或者相似的特征或元 件。
【具體實施方式】
[0009]本領域技術人員理解，目前的討論僅為本發明的示范性實施例的描述，并不是對 本發明更廣泛的范圍的限制，本發明更廣泛的內容將通過示范性結構體現出來。
[0010] -般而言，本發明涉及一種固體電解電容器，它包括一陽極體、覆蓋在陽極體上的 電介質和覆蓋在電介質上的固體電解質。所述固體電解質包括一包含多個納米纖絲和一導 電聚合物基質的納米復合材料。所述納米纖絲可以分散在基質中，或作為一單獨的層存在 于納米復合材料中。無論如何，所述納米纖絲具有較小尺寸和較大縱橫比，本發明的發明人 發現其可以極大地提高得到的電容器的熱機械穩定性和強度。例如，納米纖絲的數量平均 橫截面尺寸（如，直徑）可為大約500納米或更小，在一些實施例中，從大約1到大約100 納米，以及在一些實施例中，從大約2到大約40納米。同樣，納米纖絲的縱橫比（平均長度 除以平均直徑）從大約25到大約500,在一些實施例中，從大約50到大約300,在一些實施 例中，從大約100到大約200。納米纖絲的數量平均長度，例如，可為大約0. 1到大約10微 米，在一些實施例中，大約〇. 2到大約5微米，在一些實施例中，從大約0. 5到大約3微米。 所述數量平均直徑和長度可以采用本領域技術人員熟知的任何技術測定，比如透射電子顯 微鏡（"TEM"）結合軟件圖像分析技術。
[0011] 下面將更為詳細地說明本發明的各種實施例。
[0012] I.納米復合材料
[0013] 如上所述，在本發明的某些實施例中，所述納米纖絲可以分散在導電聚合物基質 中。在其他實施例中，所述納米纖絲和導電聚合物基質可以作為納米復合材料中的單獨層 存在。在這類實施例中，所述納米纖絲層可以覆蓋電介質，所述導電聚合物基質可以覆蓋納 米纖絲層或放置在電介質和納米纖絲層之間。無論如何，納米復合材料中的納米纖絲的相 對量可以選擇性地加以控制，以幫助達到所需的機械性能，而不會對其他性能造成不利影 響。例如，納米纖絲可占納米復合材料的大約0. 5wt%到大約40wt%，在一些實施例中，占 大約1?1:%到大約3〇￥1:%，在一些實施例中，占大約5￥1:%到大約2〇￥1:%。類似地，導電聚 合物基質占納米復合材料的大約60wt%到大約99. 5wt%，在一些實施例中，占大約70wt% 到大約99wt%，在一些實施例中，占大約80wt%到大約95wt%。
[0014] A.納米纖絲
[0015] -般任一種具有上述特性的納米纖絲可以用于本發明中。這類納米纖絲的實例 包括，例如，非導電納米纖絲，比如玻璃納米纖維、礦物質納米顆粒（如滑石、云母、粘土、鋁 土、硅土等）等等；導電納米纖絲，比如碳黑、碳納米管、碳納米纖維、金屬納米片，等等；以 及這些物質的組合。導電納米纖絲特別適用于使得到的電容器的ESR最小化。例如，在一 個具體的實施例中，納米復合材料中使用了碳納米管。術語"碳納米管"一般指中空圓柱形 的、包含至少一層石墨烯的納米結構。所述圓柱可以在特定且離散的手性角下卷曲，并且可 以是一端或兩端封閉的富勒烯。所述碳納米管可以僅包含一個石墨烯單層，在這種情況下 它們被稱為單壁納米管（"SWNT")。所述碳納米管也可以是若干不同直徑的單壁納米管的 同軸集合體，在這種情況下它們一般被稱為多壁納米管（MWNT)。特別適用于本發明中的多 壁納米管包括，例如，2-100個，在一些實施例中5-50個同軸單壁納米管。商業可得的這類 多壁納米管的商品名是Nanocyl?。例如，Nanocyl?NC210和NC7000是多壁納米管，平均直 徑分別為3. 5納米和9. 5納米（長度在1-10微米之間）。
[0016] 可以采用任一種已知的技術形成碳納米管，比如催化碳氣相沉積。無論如何，得到 的碳納米管一般具有高的碳純度水平，以提供更可控且狹窄的尺寸分布。例如，碳純度可以 為約80 %或更大，在一些實施例中為約85 %或更大，在一些實施例中為約90 %至100 %。如 果需要，碳納米管可以選擇性地通過官能團進行化學改性，以提高，例如，它們的親水性。合 適的官能團包括，例如，羧基、胺基、巰基、羥基等。
[0017] B.導電聚合物基質
[0018] 導電聚合物基質一般包含一種或多種導電聚合物。基質中采用的導電聚合物通常 是Ji-共軛的，并在氧化或還原后具有導電性，例如，電導率至少約luS/cm。此類JI-共 軛的導電聚合物的實例包括，例如，聚雜環類（例如聚吡咯，聚噻吩，聚苯胺等）、聚乙炔、 聚-對苯撐、聚苯酚鹽等。例如，在一個實施例中，所述聚合物是取代聚噻吩，如具有下述結 構通式的取代聚噻吩：
[0019]
[0020] 其中，
【主權項】
1. 一種固體電解電容器，其包括一陽極體，覆蓋在陽極體上的電介質和覆蓋在電介質 上的固體電解質，其中所述固體電解質包含納米復合材料，所述納米復合材料包含多個納 米纖絲和導電聚合物基質，所述納米纖絲的數量平均橫截面尺寸為大約500納米或更小， 縱橫比為大約25到大約500。
2. 根據權利要求1所述的固體電解電容器，其中所述納米纖絲的數量平均橫截面尺寸 從大約1到大約100納米，優選地，從大約2到大約40納米。
3. 根據權利要求1所述的固體電解電容器，其中所述納米纖絲的縱橫比為大約50-大 約 300。
4. 根據權利要求1所述的固體電解電容器，其中所述納米纖絲的數量平均長度為 0. 1-大約10微米。
5. 根據權利要求1所述的固體電解電容器，其中所述納米纖絲是非導電的。
6. 根據權利要求1所述的固體電解電容器，其中所述納米纖絲是導電的。
7. 根據權利要求6所述的固體電解電容器，其中所述導電的納米纖絲包括碳納米管。
8. 根據權利要求7所述的固體電解電容器，其中所述碳納米管是多壁碳納米管。
9. 根據權利要求1所述的固體電解電容器，其中所述納米纖絲和導電聚合物基質形成 納米復合材料的各單獨層。
10. 根據權利要求1所述的固體電解電容器，其中所述納米纖絲分散在導電聚合物基 質中。
11. 根據權利要求1所述的固體電解電容器，其中所述導電聚合物是聚（3, 4-己締基二 氧唾吩）。
12. 根據權利要求1所述的固體電解電容器，其中所述導電聚合物基質是由預聚合的 導電聚合物顆粒形成。
13. 根據權利要求1所述的固體電解電容器，其中固體電解質包含一內部層和一外部 層，并且其中所述外部層包含納米復合材料。
14. 根據權利要求13所述的固體電解電容器，其中所述外部層包含預聚合的導電聚合 物顆粒，其平均粒徑為約50至約500納米，優選地為約80至約250納米，更優選地為約100 至約200納米。
15. 根據權利要求1所述的固體電解電容器，其中所述納米復合材料進一步包含交聯 劑。
16. 根據權利要求1所述的固體電解電容器，其中所述陽極體由含有粗、魄或它們的導 電氧化物的粉末制成。
17. 根據權利要求1所述的固體電解電容器，進一步包括與陽極體電連接的陽極端子 及與固體電解質電連接的陰極端子。
18. 根據權利要求17所述的固體電解電容器，其中陽極引線從陽極體引出并與陽極端 子連接。
19. 一種形成權利要求1所述的固體電解電容器的方法，該方法包括將納米纖絲涂覆 到電介質上，然后涂覆預聚合的導電聚合物顆粒分散體。
20. 根據權利要求19所述的方法，其中所述納米纖絲是水性分散體的形式。
【專利摘要】一種固體電解電容器，其包括一陽極體、覆蓋在陽極體上的電介質和覆蓋在電介質上的固體電解質。所述固體電解質包括一包含分散在導電聚合物基質中的多個納米纖絲的納米復合材料。所述納米纖絲具有較小尺寸和較高縱橫比，本發明的發明人發現，其可以極大地提高得到的電容器的熱機械穩定性和強度。
【IPC分類】H01G9-15, H01G9-025
【公開號】CN104715930
【申請號】CN201410670023
【發明人】L·維爾克, I·普菲茨納羅瓦
【申請人】Avx公司
【公開日】2015年6月17日
【申請日】2014年11月20日
【公告號】DE6A1, US20150170844