用于電容器組件的導熱封裝材料的制作方法
【專利摘要】本發明提供了一種電容器組件，其包括殼體、被氣密密封于殼體內的電容器元件以及至少部分地封裝電容器元件的導熱材料。電容器元件包括燒結的陽極體、覆蓋陽極體的電介質以及覆蓋電介質的固體電解質。導熱材料具有根據ISO 22007-2:2014確定的約1W/m-K或更大的熱導率。
【專利說明】用于電容器組件的導熱封裝材料
【背景技術】
[0001] 對于在諸如包括如防抱死制動系統、發動機系統、安全氣囊、客艙娛樂系統等汽車 應用的極端環境電子電路中使用的電容器的性能特征改進而言，電容器設計的許多具體方 面一直是關注點。固體電解電容器(例如，粗電容器)對于電子電路的微型化作出了主要貢 獻，并且使得運種電路在極端環境中的應用成為可能。常規的固體電解電容器可通過W下 步驟來形成：圍繞金屬導線壓制金屬粉末(例如，粗），燒結所壓制的構件，使所燒結的陽極 陽極化，并在此后施加固體電解質W形成電容器元件。在汽車應用中，電容器組件可能需要 具有較高的電容(例如，約100微法拉至約500微法拉），在高電壓下(例如，約50伏特至約150 伏特)運行，且維持暴露于高溫(例如，約l〇〇°C至約150°C)和高紋波電流下(例如，約25安培 至約100安培)而無故障。由于電容器組件暴露于高紋波電流下可導致在電容器組件內產生 高溫，如果不能充分散熱，可損壞電容器組件并降低其可靠性。因此，目前需要暴露于高紋 波電流環境下時具有改善的散熱能力的電容器組件。

【發明內容】

[0002] 根據本發明的一個實施方案，公開了一電容器組件，其包括殼體、氣密密封于所述 殼體內的電容器元件W及至少部分地封裝所述電容器元件的導熱材料。所述電容器元件包 括燒結的陽極體，覆蓋所述陽極體的電介質W及覆蓋所述電介質的固體電解質。所述導熱 材料具有根據ISO 22007-2:2014確定的約IW/m-K或更大的熱導率。
[0003] 本發明的其它特征和方面在W下進行更詳細的闡述。
【附圖說明】
[0004] 針對本領域技術人員，將結合附圖在說明書的其余部分中更具體地闡述本發明的 完整的和可實施的公開內容(包括其最佳方式），其中：
[0005] 圖1為本發明電容器組件的一個實施方案的透視圖；
[0006] 圖2為本發明電容器組件的另一個實施方案的底視圖；
[0007] 圖3為用于本發明電容器組件中的多個電容器元件之一的透視圖；
[000引圖4為本發明電容器組件的一個實施方案的頂視圖；
[0009] 圖5為本發明電容器組件的另一個實施方案的頂視圖；
[0010] 圖6為本發明電容器組件的另一個實施方案的頂視圖；
[0011] 圖7為圖4-5中電容器組件的殼體的一個實施方案的底視圖，示出了外部的陽極端 子和陰極端子；
[0012] 圖8為圖6中電容器組件的殼體的一個實施方案的底視圖，示出了外部的陽極和陰 極端子;及
[0013] 圖9為本發明電容器組件的一個實施方案的透視圖，其中已移除蓋子W示出在殼 體內封裝至少一部分電容器元件的導熱材料。
[0014] 在本說明書和附圖中，附圖標記的重復使用意在表示本發明的相同或相似的特征 或元件。
【具體實施方式】
[0015] 本領域普通技術人員應理解，本討論僅為示例性實施方案的描述，并非意在限制 本發明的更廣泛的方面，其更廣泛的方面體現在示例性構造中。
[0016] -般而言，本發明設及包括殼體的電容器組件，其中至少一個電容器元件位于并 被氣密密封于所述殼體內。導熱材料包含于殼體內，至少部分地(在一些實施方案中完全 地)封裝所述電容器元件。例如，導熱材料通常具有如根據ISO 22007-2 :2014所確定的約 IW/m-K或更大的熱導率，在一些實施方案中為約2-20W/m-K，W及在一些實施方案中為約 2.5-lOW/m-K。盡管是導熱性的，所述材料一般是不導電的，因此具有如根據ASTM D257-14 所確定的相對高的體積電阻率，例如約IxlOi2歐姆?厘米或更高，在一些實施方案中約 Ixiou歐姆?厘米或更高，且在一些實施方案中約lxl〇i4至約lxl〇w歐姆?厘米。通過高熱 導率與低導電性的結合，本發明人已發現，當用于電容器組件的殼體中時，所述封裝材料可 提供多種不同的益處。例如，當電容器組件暴露于紋波電流時，導熱封裝材料可充當向殼體 表面散熱的傳熱片，從而提高冷卻效率及電容器組件的壽命。封裝材料還可呈現如根據 ASTM D570-98(2010)e-l所確定的低吸濕度，例如約1%或更小，在一些實施方案中約0.5% 或更小，W及在一些實施方案中約0.1%或更小。通過運種方式，封裝材料可抑制不想要的 與可能進入殼體內的水發生的降解反應。
[0017] 為了幫助獲得所需的性質，封裝材料包含一種或多種分散于聚合物基體中的導熱 填料。適宜的導熱填料材料包括金屬填料，如侶、銀、銅、儀、鐵、鉆等及它們的組合(例如，涂 覆W銀的銅或涂覆W銀的儀）；金屬氧化物，例如氧化侶、氧化鋒、氧化儀等及其組合;氮化 物，例如氮化侶、氮化棚、氮化娃等及它們的組合；W及碳填料，例如碳化娃、碳黑，碳富勒 締、石墨薄片、碳納米管、碳納米纖維等及它們的組合。侶、氧化鋒、氮化侶、氮化棚和/或碳 化娃粉末可特別適用于本發明。如果需要的話，可W用功能性涂層涂覆填料W改善填料與 聚合物基體間的親和性。例如，運樣的涂層可包括不飽和或飽和脂肪酸，例如鏈燒酸、鏈締 酸、丙酸、月桂酸、棟桐酸、硬脂酸等;有機硅烷、有機鐵酸醋、有機錯酸醋、異氯酸醋、徑基封 端的締控或燒控等。
[0018] 本發明中，可選擇性地控制導熱填料的尺寸W幫助獲得所需的性質。例如，適宜的 填料顆粒可具有約10納米至約75微米的平均尺寸(例如，直徑），在一些實施方案中約15納 米至約50微米，W及在一些實施方案中約20納米至約40微米。在一些實施方案中，可采用具 有納米級尺寸的填料顆粒，例如約10-500納米，在一些實施方案中約20-350納米，W及在一 些實施方案中約50-200納米，而在其他實施方案中，可采用具有微米級尺寸的填料顆粒，例 如約1-50微米，在一些實施方案中約2-30微米，W及在一些實施方案中約5-15微米。封裝材 料也可采用納米級和微米級導熱填料的組合。在運樣的實施方案中，微米級填料的平均尺 寸與納米級填料的平均尺寸的比可相對較大，W確保高的堆積密度，例如約50:1或更大，W 及在一些實施方案中約70:1至約150:1。
[0019] 在封裝材料基體中可采用多種不同的聚合物樹脂，可固化的熱固性樹脂已被發現 特別適用于本發明。運樣的樹脂的實例包括，例如，有機娃聚合物、雙酪A二縮水甘油酸聚合 物、丙締酸醋聚合物、氨基甲酸乙醋聚合物等。例如，在某些實施方案中，封裝材料可采用一 種或多種聚有機硅氧烷。用于運些聚合物中的娃鍵合的有機基團可包括一價控和/或一價 面代控基。運樣的一價基團通常具有1至約20個碳原子，優選1-10個碳原子，且通過舉例但 并不局限于烷基（例如、甲基、乙基、丙基、戊基、辛基、十一烷基、和十八烷基）；環烷基（例 如，環己基）；締基(例如，乙締基、締丙基、下締基及己締基）；芳基(例如，苯基、甲苯基、二甲 苯基、芐基和2-苯乙基）；W及面代控基（例如，3，3,3-=氣丙基、3-氯丙基和二氯苯基）。通 常，至少50%，更優選至少80%的有機基團為甲基。運樣的甲基聚硅氧烷可包括，例如，聚二 甲基硅氧烷（"PDMS")、聚甲基氨硅氧烷等。其他適宜的甲基聚硅氧烷可包括二甲基二苯基 聚硅氧烷、二甲基/甲基苯基聚硅氧烷、聚甲基苯基硅氧烷、甲苯基/二甲基硅氧烷、乙締基 二甲基封端的聚二甲基硅氧烷、乙締基甲基/二甲基聚硅氧烷、乙締基二甲基封端的乙締基 甲基/二甲基聚硅氧烷、二乙締基甲基封端的聚二甲基硅氧烷、乙締基苯基甲基封端的聚二 甲基硅氧烷、二甲基氨封端的聚二甲基硅氧烷、甲基氨/二甲基聚硅氧烷、甲基氨封端的甲 基辛基聚硅氧烷、甲基氨/苯基甲基聚硅氧烷等。
[0020] 有機聚硅氧烷也可包含一個或多個側鏈和/或末端的極性官能團，例如徑基、環氧 基、簇基、氨基、烷氧基、甲基丙締酸基，或琉基，其給予聚合物一定程度的親水性。例如，有 機聚硅氧烷每個分子可包含至少一個徑基基團W及任選的平均至少兩個娃鍵合的徑基(娃 燒醇基）。運樣的有機聚硅氧烷的實例包括，例如，二徑基聚二甲基硅氧烷、徑基甲基娃 氧基聚二甲基硅氧烷等。可采用烷氧基改性的有機聚硅氧烷，例如二甲氧基聚二甲基娃氧 燒、甲氧基甲基娃氧基聚二甲基硅氧烷、二乙氧基聚二甲基硅氧烷、乙氧基甲基娃氧 基-聚二甲基硅氧烷等。其他適宜的有機聚硅氧烷是那些W至少一個氨基官能團改性的有 機聚硅氧烷。運樣的氨基官能團聚硅氧烷的實例包括，例如，二氨基官能團的聚二甲基娃氧 燒。
[0021] 理想地，有機聚硅氧烷具有相對低的分子量，W改善固化之前封裝材料的黏性和 流動性。例如，在一個實施方案中，有機聚硅氧烷(例如，聚二甲基硅氧烷)具有約100，OOOg/ 摩爾或更小的分子量，在一些實施方案中約60 ,OOOg/摩爾或更小，W及在一些實施方案中 約5，000-30 ,OOOg/摩爾。例如，所得封裝材料的黏度(在固化前)可為約500Pa ? S或更小，在 一些實施方案中為約IOOPa ? S或更小，W及在一些實施方案中為約1-50化? S，如在25°C溫 度下使用配備有設定間隙為0.5mm的20mm平行板的ARES R550PS壓力控制流變儀所確定的。
[0022] 可選擇性地控制導熱填料與聚合物基體的相對量來獲得所需的性質。例如，封裝 材料通常包含約25-95體積％的導熱填料，在一些實施方案中約40-90體積％，W及在一些 實施方案中約50-85體積％。同樣地，聚合物基體可占所述材料的約5-75體積％，在一些實 施方案中約10-50體積％，W及在一些實施方案中約15-40體積％。如果需要的話，也可在所 述封裝材料中使用其他添加劑，例如相容劑、固化劑、光引發劑、黏度改性劑、顏料、偶聯劑 (例如，硅烷偶聯劑）、穩定劑等。
[0023] 如上所述，導熱材料用于本發明電容器組件中，W至少部分地將一個或甚至多個 電容器元件封裝在殼體內。下面將更詳細地描述所述電容器元件及殼體結構的多種實施方 案。
[0024] 1.電容器元件 [00巧]A.陽極
[0026]電容器元件通常包含由閥金屬粉末形成的陽極。粉末可具有約2,000微法拉*伏特 每克（"陽*V/g")至500，OO化F*V/g的比電荷。如本領域中已知的，比電荷可通過由所用的陽 極化電壓(anodiZing VO1 tage)乘W電容，然后將該乘積除W陽極化之前的電極體的重量 而確定。在某些實施方案中，粉末可具有高的比電荷，例如約70,000iiF*V/g或更大，在一些 實施方案中約80，000iiF*V/g或更大，在一些實施方案中約90，000iiF*V/g或更大，在一些實 施方案中約100,000-400,000陽*￥/邑，^及在一些實施方案中約150,000-350,000郵*￥/邑。 當然，粉末也可具有低的比荷，例如約70，000iiF*V/g或更小，在一些實施方案中約60，OOOii F*V/g或更小，在一些實施方案中約50，000iiF*V/g或更小，在一些實施方案中約2，000-40， 000陽*V/g，W及在一些實施方案中約5，000-350，000陽*V/g。
[0027]粉末可包含單獨的顆粒和/或運樣的顆粒的附聚物(agglomerate)。形成粉末的化 合物包括閥金屬（即，能夠氧化的金屬)或閥金屬基化合物，諸如粗、妮、侶、給、鐵，其合金， 其氧化物W及其氮化物等。例如，閥金屬組合物可包含妮的導電氧化物，如具有妮與氧的原 子比為1:1.0± 1.0的妮氧化物，在一些實施方案中為1:1.0±0.3,在一些實施方案中為1: 1.0±0.1，^及在一些實施方案中為1:1.0±0.05。例如，妮氧化物可為抓0〇.7、抓〇1.〇、抓〇1.1 及Nb化。W下描述了運樣的閥金屬氧化物的實例:Fife的美國專利6,322,912少1'6等人的 美國專利6,391，275少1'6等人的美國專利6,416,730少1'6的美國專利6,527,937、1(111111161 等人的美國專利6,576,099少1'6等人的美國專利6,592,740、1(111111161等人的美國專利6， 639，787和Kimmel等人的美國專利7，220，397 ; W及Schnitter的美國專利申請公布2005/ 0019581、Schnitter等人的美國專利申請公布2005/0103638和化omas等人的美國專利申請 公布 2005/0013765。
[00%]可通過使用本領域技術人員已知的技術形成粉末。例如，前體(precursor)粗粉末 可通過用還原劑（例如，氨、鋼、鐘、儀、巧等）還原粗鹽(例如，氣粗酸鐘化2化F?)、氣粗酸鋼 (化2TaF7)、五氯化粗(TaCls)等)而形成。運樣的粉末可W多種方式附聚，例如在約700-1400 °C溫度下通過一個或多個熱處理步驟，在一些實施方案中溫度約750-1200°C，W及在一些 實施方案中約800-110(TC。熱處理可在惰性或還原性氣氛中進行。例如，熱處理可在包含氨 或釋放氨氣的化合物的（例如，氯化錠、氨化巧、氨化儀等)氣氛中進行W部分燒結粉末并減 小雜質(例如，氣)的含量。如果需要的話，附聚也可在吸氣材料(例如，儀)的存在下進行。熱 處理后，高反應性粗附聚物可由于空氣的逐漸進入而純化。在Rao的美國專利6,576,038、 Wolf等人的美國專利6,238,456、化*11日的等人的美國專利5,954,856、1?6^1的美國專利5， 082,491、Getz的美國專利4,555,268、A化recht等人的美國專利4,483,819、Getz等人的美 國專利4,441，927^及8曰*63等人的美國專利4,017,302中也描述了其他適宜的附聚技術。 [0029]為了便于陽極體的構造，在粉末中也可包含某些組分。例如，可任選地將粉末與粘 結劑和/或滑潤劑混合W確保當壓制成陽極體時顆粒間彼此充分粘附。適宜的粘結劑可包 括，例如聚乙締醇縮下醒;聚醋酸乙締醋；聚乙締醇；聚乙締基化咯燒酬;纖維素聚合物（如 簇甲基纖維素、甲基纖維素、乙基纖維素、徑乙基纖維素W及甲基徑乙基纖維素）；無規立構 聚丙締、聚乙締;聚乙二醇（如陶氏化學公司的化rbowax);聚苯乙締、聚（下二締/苯乙締）； 聚酷胺、聚酷亞胺和聚丙締酷胺，高分子量的聚酸;環氧乙燒與環氧丙烷的共聚物;含氣聚 合物(如聚四氣乙締、聚偏氣乙締、氣代締控類共聚物;丙締酸聚合物，如聚丙締酸鋼、聚(丙 締酸低級烷基醋）、聚（甲基丙締酸低級烷基醋）W及丙締酸低級烷基醋與甲基丙締酸低級 烷基醋的共聚物；W及脂肪酸和石蠟(例如硬脂酸和其它皂性脂肪酸、植物蠟、微晶蠟(精制 石蠟））等。粘結劑可溶解并分散在溶劑中。示例性溶劑可包括水、醇類等。使用時，粘合劑 和/或潤滑劑占總質量的重量比可在約〇.1%-8%之間變化。然而應理解，粘結劑和/或滑潤 劑在本發明中并非是必需的。
[0030] 可使用任何常規的粉末壓制裝置壓實所得粉末W形成粒料。例如，可采用包含模 具及一個或多個模沖的單工位壓力機的壓模。可替代地，可使用僅用一模具和單下模沖的 化型的巧實壓模。單工位巧實壓模有幾種基本類型可用，諸如凸輪式、肘桿式/肘板式和偏 屯、/曲柄式壓力機，運些壓力機具有不同的生產能力，如單動、復動、浮動模、活動壓板、對置 柱塞、螺桿、沖擊、熱壓、印壓或精整式。粉末可圍繞陽極引線（如粗線）而壓實。應當進一步 理解的是，或者，在陽極體的壓制和/或燒結之后，也可W將陽極引線附著(例如，焊接)至陽 極體。
[0031] 在壓制完成后，通過在真空狀態下W-定溫度(例如，約150°C-50(rC)加熱粒料數 分鐘，可將任何粘結劑/滑潤劑去除掉。可替代地，粘結劑/滑潤劑也可通過使粒料與水溶液 接觸而除去，如在Bi shop等人的美國專利6，197，252中所描述的。其后，將粒料燒結W形成 多孔的整體物質。例如，在一個實施方案中，可在約1200°C-200(rC的溫度下燒結粒料，W及 在一些實施方案中，在約1500°C-180(rC于真空或惰性氣氛下燒結。燒結后，由于顆粒間件 的結合增長，粒料收縮。燒結后粒料的壓制密度可不同，但通常為約2.0-7.0克每立方厘米， 在一些實施方案中約2.5-6.5克每立方厘米，W及在一些實施方案中約3.0-6.0克每立方厘 米。壓制密度是由材料的量除W壓制粒料的體積而確定的。
[0032] 盡管不是必需的，可選擇陽極體的厚度W改善電容器的電氣性能。例如，陽極的厚 度可為約4毫米或更小，在一些實施方案中約0.05-2毫米，W及在一些實施方案中約0.1-1 毫米。也可選擇陽極的形狀W改善所得電容器的電氣性能。例如，陽極可具有彎曲的、正弦、 矩形、U型、V型等形狀。由于陽極可包含一個或多個槽溝、凹槽、凹口或凹痕，陽極也具有"槽 口"形狀，W增加表面積與體積之比，盡可能減小ESR并延長電容的頻率響應。在例如We^er 等人的美國專利6，191，936、1曰6(1曰等人的美國專利5,949,639、8〇11'旨曰1111等人的美國專利 3，345，545 W及化hn等人的美國專利申請公布2005/0270725中描述了運種"槽江'狀陽極。
[0033] 陽極引線也可連接至陽極體，在縱向方向上從陽極體延伸出來。陽極引線可W是 導線、板等形式，并且可W由閥金屬化合物，例如粗、妮、氧化妮等制成。可使用已知技術來 實現引線的連接，例如在形成過程中（例如，在壓實和/或燒結之前)通過將引線焊接至陽極 或嵌入陽極體內來實現。
[0034] B.電介質
[0035] 電介質也覆蓋或涂覆陽極體。電介質可通過對燒結的陽極進行陽極氧化（"陽極 化"）而形成，使得介電層在陽極體上和/或陽極體內形成。例如，粗(Ta)陽極體可被陽極化 為五氧化二粗(Ta地5)。通常，陽極化是通過首先向陽極體施加溶液來進行的，例如通過將陽 極體浸入電解質中。通常采用諸如水(例如，去離子水）的溶劑。為了增強離子導電性，可采 用能夠在溶劑中解離W形成離子的化合物。例如，酸(例如憐酸)可占陽極化溶液的約0.01- 5重量％，在一些實施方案中約0.05-0.8重量％，W及在一些實施方案中約0.1-0.5重量％。 如果需要的話，也可采用酸的共混物。
[0036] 使電流通過陽極化溶液W形成介電層。形成電壓的值控制介電層的厚度。例如，電 源初始可設為恒電流模式直至達到所需的電壓。此后，電源可切換到恒電位模式W確保在 陽極體的整個表面上形成所需的介電厚度。當然，也可W采用其它已知的方法，例如脈沖或 階梯恒電位法。陽極氧化發生時的電壓通常為約4-400伏，在一些實施方案中約9-200伏，W 及在一些實施方案中約20-150伏。在氧化過程中，陽極化溶液可維持在升高的溫度下，例如 約30°C或更高，在一些實施方案中約40-200°C，W及在一些實施方案中約50-100°C。陽極氧 化也可W在環境溫度或更低的溫度下完成。所得介電層可形成于陽極體的表面上及其孔 內。
[0037] C.固體電解質
[0038] 如上所述，固體電解質覆蓋電介質，其通常用作陰極。在一些實施方案中，固體電 解質可包括二氧化儘。如果固體電解質包括二氧化儘，二氧化儘固體電解質可，例如，通過 硝酸儘(Mn (N03)2)的熱解而形成。例如，在授turmer等人的美國專利4,945,452中描述了運 種技術。
[0039] 在其他實施方案中，固體電解質包含導電聚合物，通常是JT共輛的W及氧化或還原 后具有導電性(例如，至少化S/cm的導電性)的導電聚合物。運樣的JT-共輛導電聚合物的實 例包括，例如，聚雜環(例如，聚化咯、聚嚷吩、聚苯胺等）、聚乙烘、聚對苯撐、聚苯酪等。在一 個實施方案中，例如，該聚合物為取代的聚嚷吩，如那些具有如下通用結構的取代的聚嚷 吩：
[0040]
[0041 ]其中，
[0042] T 為0或 S;
[0043] D為任選取代的Cl至Cs亞烷基（例如，亞甲基、亞乙基、正亞丙基、正亞下基、正亞戊 基等)；
[0044] R?是直鏈或支鏈的，任選取代的Cl至Cis烷基（例如，甲基，乙基，正或異丙基，正、 異、仲或叔下基，正戊基，1-甲基下基，2-甲基下基，3-甲基下基，1-乙基丙基，1,1-二甲基丙 基，1,2-二甲基丙基，2,2-二甲基丙基，正己基，正庚基，正辛基，2-乙基己基，正壬基，正-癸 基，正十一烷基、正十二烷基，正十=烷基，正十四烷基，正十六烷基，正十八烷基等）；任選 取代的Cs至Cl2環烷基(例如，環戊基、環己基、環庚基、環辛基、環壬基、環癸基等）；任選取代 的Cs至Cl4芳基(例如，苯基、糞基等）；任選取代的C7至Cis芳烷基(如，芐基，鄰、間、對甲苯基， 2，3-，2，4-，2，5-，2-6，3-4-，3，5-二甲苯基、異亞丙基等）；任選取代的Cl至C4的徑烷基，或徑 基；W及
[0045] q為0至8的整數，在一些實施方案中為0至2, W及在一個實施方案中為0; W及
[0046] n為2-5,000,在一些實施方案中為4-2,000, W及在一些實施方案中為5-1,000。取 代基團"D"或"R?"的取代基的實例包括，例如，烷基、環烷基、芳基、芳烷基、烷氧基、面素、 酸、硫酸，二硫化物、亞諷、諷、橫酸、氨基、醒基、酬基、簇酸醋、簇酸、碳酸醋、簇酸鹽 (carboxy late)、氯基、烷基硅烷和烷氧基娃烷基、簇酷胺基，等等。
[0047] 特別適宜的嚷吩聚合物是那些其中"護是任選取代的C2至C3亞烷基。例如，該聚合 物可為任選取代的聚(3,4-乙締二氧嚷吩），其具有W下通用結構：
[004引
[00例 物的方法（如上所述)在現有技術中是公知的。例如，在Merker 等人的 描述了從單體前體形成取代聚嚷吩的各種技術。例如，單體前 體可具
[(K)加 ]
[0化1 ]
[0化2] :^。特別適宜的嚷吩單體是那些其中"護是任選取代的C2至C3亞 烷基的 代的3,4-乙締二氧嚷吩，其具有W下通用結構：
[0化3]
[0054] 其中R?和q如上定義。在一個具體實施方案中/V'為0。可商購的適宜的3,4-乙締 二氧嚷吩的一個實例來自賀利氏公司化eraeus Clevios)的Clevios?M。其它適宜的單體在 Blohm等人的美國專利5,111,327中W及Groenendaal等人的美國專利6,635,729中也進行 了描述。也可W采用運些單體的衍生物，例如，上述單體的二聚物或=聚物。單體的更高的 分子衍生物（即，四聚物、五聚物等)是適于在本發明中使用的。所述衍生物可W由相同的或 不同的單體單元組成，并W純的形式或者W與彼此和/或單體的混合物的形式使用。也可W 采用運些前體的氧化或還原形式。
[0055] 可利用各種方法形成導電聚合物層。例如，原位聚合層可通過在氧化催化劑存在 下化學聚合單體而形成。氧化催化劑通常包括過渡金屬陽離子，如鐵（III)、銅（II)、銘 (VI)、姉(IV)、儘(IV)、儘(W)或釘（III)陽離子等。也可W采用滲雜劑W向導電聚合物提供 額外的電荷并穩定聚合物的導電性。滲雜劑通常包括無機或有機陰離子，例如橫酸離子。在 某些實施方案中，氧化催化劑具有催化和滲雜功能，運是因為它包括陽離子(例如，過渡金 屬)和陰離子(例如，橫酸）。例如，該氧化催化劑可W是包括鐵(虹）陽離子的過渡金屬鹽，例 如鐵（III)面化物(例如，FeCl3)，或其它無機酸的鐵（III)鹽(如Fe(Cl〇4)3或Fe2(S〇4)3W及 含有機基團的有機酸和無機酸的鐵(III)鹽。帶有有機基團的無機酸的鐵(III)鹽的實例包 括，例如，C適C20鏈燒醇的硫酸單醋的鐵(III)鹽(例如，十二烷基硫酸鐵(III)鹽）。同樣，有 機酸的鐵（III)鹽的實例包括，例如，C適C20燒控硫酸(例如，甲燒、乙燒、丙烷、T燒或十二 烷基橫酸）的鐵（III)鹽;脂肪族全氣簇酸(例如，=氣甲橫酸、全氣下燒橫酸或全氣辛燒橫 酸）的鐵（III)鹽;脂肪族Cl至C20簇酸(例如，2-乙基己基簇酸）的鐵（III)鹽;脂肪族全氣簇 酸(例如，=氣乙酸或全氣辛酸)的鐵(III)鹽;Cl至C20烷基任選取代的芳族橫酸(例如，苯橫 酸，鄰甲苯橫酸，對-甲苯橫酸，或十二烷基苯橫酸)的鐵(III)鹽;環燒控橫酸(例如，精腦橫 酸）的鐵（III)鹽;等。也可使用運些上述鐵（III)鹽的混合物。對甲苯橫酸鐵（111)、鄰甲苯 橫酸鐵(III)及其混合物是特別合適的。可商購的一個合適的對甲苯橫酸鐵(III)實例來自 賀利氏公司的Clevios?C。
[0056] 可將氧化催化劑和單體依次或者一起施加W引發聚合反應。用于涂覆運些組分的 適宜的涂覆技術包括絲網印刷、浸潰、電泳涂裝和噴涂。例如，單體可首先與氧化催化劑混 合W形成前體溶液。一旦混合物形成，其可被涂覆至陽極部件，然后使之聚合，使得在表面 上形成導電涂層。可替代地，氧化催化劑和單體可依次涂覆。在一個實施方案中，例如，氧化 催化劑溶解于有機溶劑(例如，下醇）中，然后作為浸潰溶液涂覆。隨后可對陽極部件進行干 燥W除去其中的溶劑。此后，可將該部件浸入含單體的溶液中。無論怎樣，通常在約-l〇°C至 約250°C的溫度下進行聚合，W及在一些實施方案中在約(TC至約200°C溫度下聚合，取決于 所使用的氧化劑和所需的反應時間。適宜的聚合技術（如上所述）在Biler的美國專利7， 515,396中進行了更詳細的描述。而用于涂覆運樣的導電涂層的其它方法還在Sakata等人 的美國專利5,457,862、5曰1?1化等人的美國專利5,473,503、5曰1?1化等人的美國專利5,729， 428W及Kudoh等人的美國專利5,812,367中進行了描述。
[0057] 除原位涂覆外，導電聚合物固體電解質也可W導電聚合物顆粒的分散體的形式涂 覆。采用分散體的一個好處是，它可W使得在原位聚合過程中所產生的離子物質(例如，Fe2+ 或Fe3+)的存在最小化，離子物質會由于離子遷移，在高電場下導致電介質擊穿。因此，通過 將導電聚合物作為分散體而非通過原位聚合進行涂覆，所得電容器可表現出相對高的"擊 穿電壓"。為了使陽極能夠良好地被浸潰，在分散體中所采用的顆粒通常具有小的尺寸，例 如約1-150納米的平均尺寸(例如，直徑），在一些實施方案中約2-50納米，W及在一些實施 方案中約5-40納米。顆粒的直徑可使用已知技術確定，例如通過超高速離屯、、激光衍射等。 顆粒的形狀同樣也可W改變。在一個具體實施方案中，例如，顆粒是球形的。然而，應當理解 的是，本發明也可W設想其他形狀，例如板、棒、盤、條、管、不規則形狀等。分散體中顆粒的 濃度根據所需的分散體黏度W及其中分散體施加至電容器的具體方式而不同。然而，通常 顆粒占分散體的約0.1-10重量％，在一些實施方案中約0.4-5重量％，W及在一些實施方案 中約0.5-4重量％。
[005引分散體通常也包含增強顆粒穩定性的抗衡離子。即導電聚合物(例如，聚嚷吩或其 衍生物)通常在聚合物主鏈上具有中性或正（陽離子的）電荷。例如，聚嚷吩衍生物通常在聚 合物主鏈上帶有正電荷。在某些情況下，聚合物可在結構單元中具有正和負電荷，正電荷位 于主鏈上，而負電荷任選地位于基團"R"的取代基上，如橫酸基或簇酸基上。主鏈上的正電 荷可被基團"R"上任選存在的陰離子基團部分或全部飽和。整體來看，在運些情況下，聚嚷 吩可W是陽離子、中性離子，或甚至是陰離子。但是，它們均被認為是陽離子型聚嚷吩，因為 聚嚷吩主鏈具有正電荷。
[0059] 抗衡離子可為單體的或聚合物的陰離子，其抵消了導電聚合物的電荷。例如，聚合 物的陰離子可為聚合簇酸(例如，聚丙締酸、聚甲基丙締酸、聚馬來酸等）的陰離子;聚合橫 酸(例如，聚苯乙締橫酸（"PSS")、聚乙締基橫酸等）的陰離子;等。酸也可W是共聚物，例如 乙締基簇酸和乙締基橫酸與其他可聚合單體(如丙締酸醋和苯乙締）的共聚物。同樣地，適 宜的單體陰離子包括，例如，Cl至C20燒控橫酸(例如，十二烷基橫酸）的陰離子、脂肪族全氣 簇酸(例如，=氣甲橫酸、全氣下燒橫酸或全氣辛燒橫酸）的陰離子、脂肪族Cl至C20簇酸(例 如，2-乙基-己基簇酸）的陰離子、脂肪族全氣酸酸（例如，=氣乙酸或全氣辛酸）的陰離子、 Cl至C20烷基任選取代的芳族橫酸(例如，苯橫酸、鄰甲苯橫酸、對-甲苯橫酸，或十二烷基苯 橫酸）的陰離子、環燒控橫酸（例如，精腦橫酸或四氣棚酸、六氣憐酸、高氯酸鹽、六氣錬酸 鹽、六氣神酸鹽或六氯錬酸鹽）的陰離子等。尤其適宜的抗衡離子是聚合物陰離子，例如聚 合簇酸或橫酸（例如，聚苯乙締橫酸（"PSS"))。運樣的聚合物陰離子的分子量通常為約1， 000-2，000，000，且在一些實施方案中約2，000-500，000。
[0060] 使用時，在分散體中W及在所得層中運種抗衡離子與導電聚合物的重量比通常為 約0.5:1-50:1,在一些實施方案中約1:1-30:1，W及在一些實施方案中約2:1-20:1。導電聚 合物的重量與所提到的重量之比稱為所使用單體的重量比(wei曲-in portion)，假定在聚 合過程中完全轉化。除導電聚合物和抗衡離子，分散體也可包含一種或多種粘結劑、分散 劑、填料、粘合劑、交聯劑等。
[0061] 聚合物分散體可通過使用多種已知技術進行涂覆，例如通過旋涂、浸潰、傾倒、逐 滴滴加、注射、噴涂、刮涂、刷涂、印刷(例如，噴墨、絲網印刷或移印）或浸涂。盡管根據所采 用的涂覆技術而不同，分散體的黏度通常為約〇.1-1〇〇,〇〇〇111?3-3(在10〇3-1的切變率下測 量），在一些實施方案中約l-l〇,〇〇〇mPa ? S，在一些實施方案中約10-l，500mPa ? S，W及在 一些實施方案中約IOO-1000 mPa ? S。一旦涂覆，可對該層進行干燥和/或清洗。也可W此方 式形成一個或多個附加層W獲得所需的厚度。通常，由該顆粒分散體形成的層的總厚度為 約1-50皿，在一些實施方案中約5-20皿。同樣，抗衡離子與導電聚合物的重量比為約0.5:1- 50:1，在一些實施方案中約1:1-30:1，W及在一些實施方案中約2:1-20:1。
[0062] 如果需要的話，也可在固體電解質中包含徑基官能化非離子型聚合物。術語"徑基 官能化"通常是指化合物包含至少一個徑基官能團或在溶劑的存在下能夠具有運種官能 團。不限于任何理論，徑基官能化非離子型聚合物被認為可提高導電聚合物與內部電介質 表面之間的接觸度，由于有較高的形成電壓，接觸在本質上通常較平滑。非預期地，運增加 了所得電容器的擊穿電壓和濕-干電容。此外，具有一定分子量的徑基官能化聚合物的使用 被認為還可W使得高壓下化學分解的可能性降到最低。例如，徑基官能化聚合物的分子量 可為約100-10，000克每摩爾，在一些實施方案中約200-2，000克每摩爾，在一些實施方案中 約300-1，200克每摩爾，W及在一些實施方案中約400-800克每摩爾。
[0063] 為此，通常可采用多種徑基官能化非離子型聚合物中的任一種。在一個實施方案 中，例如，徑基官能化聚合物為聚亞烷基酸。聚亞烷基酸可包括聚亞烷基乙二醇(例如，聚乙 二醇、聚丙二醇、聚四亞甲基二醇、聚環氧氯丙烷等）、聚氧雜環下燒、聚亞苯基酸、聚酸酬 等。聚亞烷基酸通常主要為具有末端徑基的線性非離子型聚合物。特別適宜的為聚乙二醇、 聚丙二醇及聚四亞甲基二醇（聚四氨巧喃），是由環氧乙燒、環氧丙烷或四氨巧喃通過與水 的加聚反應而生成的。聚亞烷基酸可通過二元醇或多元醇的縮聚反應來制備。二元醇組分 特別地可選自飽和或不飽和、有支鏈或無支鏈的包含5至36個碳原子的脂肪族二徑基化合 物或芳基二徑基化合物，例如，戊燒-1,5-二醇、己燒-1,6-二醇、新戊二醇、雙婚甲基)環己 燒、雙酪A、二聚體二醇、氨化二聚體二醇或甚至W上所述二醇的混合物。此外，也可W在聚 合反應中使用多元醇，包括例如，甘油、二聚甘油或多聚甘油、=徑甲基丙烷、季戊四醇或山 梨醇。
[0064] 除上述提及的那些，本發明中也可W使用其他徑基官能化非離子聚合物。運樣的 聚合物的實例包括，例如，乙氧基烷基酪；乙氧基或丙氧基C6-C24脂肪醇；具有通式畑3- (C此)1〇-16-(〇-C2H4)1-25-〇H的聚氧乙締乙二醇烷基酸(例如，八甘醇單正十二烷基酸和五甘 醇單十二烷基酸）；具有通式C出-(C此)10-16-( 0-C3也)1-25-OH的聚氧丙締醇烷基酸;具有通式 C化7-(C6H4)-(0-C2H4)1-25-OH的聚氧乙締二醇辛基酪酸（例如，化iton?x-100);具有通式 C曲9-(C6H4)-(0-C2H4)1-25-OH的聚氧化乙締二醇燒代酪酸(例如，壬苯醇酸-9);C8-C24脂肪酸 的聚氧乙締二醇醋，例如聚氧乙締二醇山梨醇酢烷基醋(例如，聚氧乙締(20)山梨醇酢單月 桂酸醋、聚氧乙締(20)山梨醇酢單棟桐酸醋、聚氧乙締(20)山梨醇酢單硬脂酸醋、聚氧乙締 (20)山梨醇酢單油酸醋、PEG-20甲基葡萄糖二硬脂酸醋、PEG-20甲基葡萄糖倍半硬脂酸醋、 陽G-80藍麻油、PEG-20藍麻油、PEG-3藍麻油、PEG 600二油酸醋及陽G 400二油酸醋）、聚氧 乙締甘油烷基醋(例如，聚氧乙締-23-月桂酸甘油醋和聚氧乙締-20-硬脂酸甘油醋）；Cs-C24 脂肪酸的聚氧乙締二醇酸(例如，聚氧乙締10十六烷基酸、聚氧乙締-10十八烷基酸、聚氧乙 締-20十六烷基酸、聚氧乙締-10油酸、聚氧乙締-20油酸、聚氧乙締-20異十六烷基酸、聚氧 乙締-15十=烷基酸和聚氧乙締-6十=烷基酸）；聚乙二醇和聚丙二醇的嵌段共聚物(例如， 泊洛沙姆)等及其混合物。
[0065] 所述徑基官能化非離子型聚合物可W多種不同方式加入固體電解質中。在某些實 施方案中，例如，非離子型聚合物可通過上述方法(例如，原位聚合物或預聚合的顆粒分散 體)簡單地加入到形成的任何導電聚合物層中。而在其他實施方案中，可在初始聚合物層形 成之后涂覆所述非離子型聚合物。
[OOW D.外部聚合物涂層
[0067]盡管不是必需的，可向陽極體涂覆外部聚合物涂層并覆蓋固體電解質。外部聚合 物涂層通常包含由預聚合的導電顆粒分散體形成的一層或多層，如W上所詳細描述的。外 部涂層能夠進一步滲透到電容器主體的邊緣區域中，W增加對電介質的粘合并形成在機械 性能上更加堅固的部分，運可W減小等效串聯電阻和泄漏電流。如果需要的話，也可W在外 部聚合物涂層中使用交聯劑W提高對固體電解質的粘合度。通常，在涂覆用于外部涂層中 的分散體之前涂覆交聯劑。例如，適宜的交聯劑在Merker等人的美國專利公布2007/ 0064376中進行了描述，并包括，例如，胺類(例如，二元胺、=元胺、低聚胺、多聚胺等）；多價 的金屬陽離子，諸如Mg、AUCaXr、Mn、Ba、Ti、Co、Ni、Cu、Ru、Ce或Zn的鹽或化合物、憐化合 物、梳化合物等。
[006引 E.其他組分
[0069]如果需要的話，電容器元件還可W包含在本領域中已知的其他層。例如，可任選地 在電介質與固體電解質之間形成保護性涂層，如由諸如蟲膠樹脂的相對絕緣的樹脂材料 (天然的或合成的）制成的涂層。運些W及其他保護性涂層材料在Fife等人的美國專利6， 674,635中進行了更詳細的描述。如果需要的話，還可分別用碳層(例如，石墨）和銀層涂覆 部件。例如，銀涂層可作為電容器的可焊接導體、接觸層和/或電荷收集器，而碳涂層可限制 銀涂層與固體電解質的接觸。運樣的涂層可覆蓋固體電解質的部分或全部。
[0070] II.殼體
[0071] 如上所述，電容器元件被氣密密封于殼體內W形成本發明的電容器組件。在某些 實施方案中，可采用多個電容器元件，例如2至約150個，在一些實施方案中約5-100個，在一 些實施方案中約25-75個，W及在一些實施方案中約30-50。氣密密封通常發生在包含至少 一種惰性氣體的氣態氣氛中，W抑制使用過程中固體電解質的氧化。惰性氣體可包括，例 如，氮氣、氮氣、氣氣、氣氣、氛氣、氯氣、氮氣等，W及它們的混合物。通常，惰性氣體占殼體 內氣態氣氛的多數，例如占氣氛的約50-100重量％，在一些實施方案中占約75-100重量％， W及在一些實施方案中占約90-99重量％。如果需要的話，也可W使用相對小量的非惰性氣 體，例如二氧化碳、氧氣、水蒸氣等。然而，在運種情況下，非惰性氣體通常占殼體內氣氛的 15重量％或更少，在一些實施方案中占10重量％或更少，在一些實施方案中占約5重量％或 更少，在一些實施方案中占約1重量％或更少，W及在一些實施方案中占約0.01-1重量％。 例如，水分含量（W相對濕度表示)可為約10%或更小，在一些實施方案中為約5%或更小， 在一些實施方案中為約1 %或更小，W及在一些實施方案中為約0.01-5%。
[0072] 多種不同材料的任一種可用于形成殼體，如金屬、塑料、陶瓷等。在一個實施方案 中，例如，殼體可包括一層或多層金屬，例如粗、妮、侶、儀、給、鐵、銅、銀、鋼(如不誘鋼），其 合金（如導電氧化物）W及其復合物（如涂覆有導電氧化物的金屬）等。在另一個實施方案 中，殼體可包括一層或多層陶瓷材料，例如氮化侶、氧化侶、氧化娃、氧化儀、氧化巧、玻璃等 及其組合。
[0073] 可使用多種不同技術中的任一種將電容器元件附接至殼體。盡管并非必需，但是 可通過使得陽極端子和陰極端子形成于殼體的外部用于后續集成到電路中的運種方式將 電容器元件附接至殼體。端子的特定構造取決于意圖的應用。在一個實施方案中，例如，電 容器組件形成為使得它是可表面安裝的，而在機械性能上仍然是堅固的。例如，陽極引線和 電容器元件的陰極可電連接至外部的、可表面安裝的端子(例如，墊、片、板、框等），其可延 伸穿過殼體W通過陽極引線框(例如通過W下將更詳細討論的導電部件、鍛層、焊盤等)與 電容器元件的陽極相連接，且其可延伸通過殼體W通過鍛層與陰極相連接。在另一個實施 方案中，陽極引線和電容器元件的陰極可直接電連接至外部的、可表面安裝的端子(例如， 墊、片、板、框等），其可延伸通過殼體W與陰極W及與陽極引線相連接。
[0074] 通常選擇外部端子的厚度或高度W使電容器組件的厚度最小化。例如，端子的厚 度可為約0.05-1毫米，例如約0.05-0.5毫米，例如約0.1-0.2毫米。如果需要的話，如本領域 中已知的，端子表面可利用儀、銀、金、錫、鉆等及其合金進行電鍛，W確保最終部件可安裝 至電路板。在一個具體實施方案中，端子(多個)分別沉積W儀和銀閃(nickel and silver flashes),且安裝表面也鍛W錫焊層。在另一個實施方案中，在基底金屬層(例如，銅合金） 上對端子沉積W薄的外金屬層(例如，金），W進一步提高導電性。
[0075] 本發明的導熱材料被置于殼體內，使得它至少部分地封裝電容器元件。在某些實 施方案中，例如，材料可完全封裝電容器元件。可通過多種方式實現封裝。例如，導熱材料可 被置于與電容器元件直接接觸。可替代地，導熱材料可簡單地被涂覆至殼體表面本身（例 如，蓋子），使得它覆蓋電容器元件。例如，參照圖9,示出了電容器組件100的一個實施方案， 該電容器組件100包含置于其上的導熱封裝材料143,從而封裝一個或多個電容器元件(未 示出）。一經涂覆，可使用多種技術中的任一種將所述材料固化。在一個實施方案中，例如， 所述材料可在約20-200°C的溫度下固化，W及在一些實施方案中在約25-150°C的溫度下固 化。如果需要的話，可通過向所述材料加入硬化劑或其他固化劑來促進固化。
[0076] 通常多種不同殼體構造的任一種可用于本發明中。例如，盡管并非必需，"低輪廓" (low profile)電容器組件可用于具有相對低的厚度的一個實施方案中。參照圖1-4及7-9， 例如，示出了低輪廓電容器組件100的多種實施例，其中殼體具有在-Z方向上約1-20毫米的 高度化，例如約2-10毫米，例如約3-6毫米。同樣地，殼體在-X方向上的長度^為約20-100毫 米，例如約40-70毫米，例如約45-65毫米，而殼體在-y方向上的寬度Wi可為約10-60毫米，例 如約20-50毫米，例如約25-45毫米。此外，在一些實施方案中，殼體可具有約7000-12， OOOmm3的體積，例如約7500-11，500mm3，例如約8000-11，OOOmm 3。此外，殼體可具有使得殼體 在-X方向上的長度^與殼體在-Z方向上的高度化的比至少為約2的低輪廓。例如，長度^與 高度化的比可為約2-80，例如約4-60，例如約10-40。
[0077] 盡管并非必需，示于圖1-4及7-9中的電容器組件具有置于多個平行的行(例如，行 1-4)中的多個電容器元件(例如，40)，其中每行10個的電容器元件沿殼體長度^在縱向方 向U上延伸。然而，應理解，在每一行中可有任意數量的電容器元件，且可采用任意數目的 行，取決于電容器組件的特定要求。如所示，電容器組件100的殼體包括下壁123及相對的側 壁124W及125,腔526形成于其間并包括電容器元件20(1)-20(40)。下壁123及側壁124和 125可由例如上述的一層或多層的金屬、塑料或陶瓷材料形成。電容器元件20(1)-20(40)平 行設置于殼體的腔526內，其中運樣的平行設置有助于減小電容器組件100的ESR，其中減小 的ESR有助于電容器組件100的有效散熱能力。
[0078] 電容器元件20(1)-20(40)是對齊的，使得一個電容器元件（例如，電容器元件20 (1))的次表面25b鄰近且面向其相鄰電容器元件(例如，電容器元件20(2))的次表面25曰。電 容器元件20(1)-20(40)的每個電容器元件下主表面23b(見圖3)面對殼體的下壁123并例如 經由將在W下詳細討論的鍛層而與下壁123接觸，其中電容器元件20(1)-(40)的使得它們 下主表面23b而不是其相對的次表面25a、25b、27a及27b與下壁123接觸（見圖3)的設置，增 大了與外殼接觸的電容器元件20(1)-20(40)的表面積，運進一步有助于電容器組件100的 有效散熱能力。更具體地，經由鍛層與外殼接觸的電容器元件的下主表面的總表面積與殼 體體積的比可大于約0.0 Smnfi，在一些實施方案中大于約0.06mnfi，且在一些實施方案中約 0.06-0.3mm-i，例如約0.065-0.25臟-1，例如約0.07-0.20臟-1，W及例如約0.075-0.1 Smnfi。 [00巧]如上所述且如圖1-2所示，電容器組件100還可包含外部陽極端子135及外部陰極 端子137,陽極引線6及在每個電容器元件20(1)-20(40)的下主表面23b上的固體電解質/陰 極平行電連接至所述陽極端子135及陰極端子137,此外，可在殼體的內部腔內采用引線框 和鍛層W促進W在機械性能上穩定的方式形成外部端子135和137。例如，參照圖4,電容器 組件100可包括具有第一平板狀部分65W及就設置在通常與每個電容器元件20(1)-20(40) 的陽極引線6延伸的方向垂直的平面內而言是"直立的"的第二部分67。W運種方式，第二部 分67可限制引線6的移動，W提高使用時的表面接觸和機械穩定性。此外，如果需要的話，可 使用絕緣材料7(例如，Teflon?墊圈）圍繞引線6。第二部分67可具有連接至陽極引線6的安 裝區域(未示出）。該區域可具有"U型"，用于進一步提高引線6的表面接觸與機械穩定性。此 夕h陽極引線6可經由激光焊接、電阻焊接、導電粘合劑或任何其他適宜的方法連接至陽極 引線框的第二部分67。
[0080] 例如，可采用包括用于每行電容器元件的第一部分65a、65b、65c和65dW及與40個 電容器元件中的每一個相對應的四十個第二部分67(1)-67(40)(為簡單起見，標記為67)的 陽極引線框，W連接四行電容器元件(每行10個）（例如，第1行包括經由它們的陽極引線6在 第二部分67(1)-(10)處連接至陽極引線框的電容器元件20(1)-20(10);第2行包括經由它 們的陽極引線6在第二部分67(11)-67(20)處連接至陽極引線框的電容器元件20(11)-20 (20);第3行包括經由它們的陽極引線6在第二部分67(21)-67(30)處連接至陽極引線框部 件65c的電容器元件20(21)-20(30); W及第4行包括經由它們的陽極引線6在第二部分67 (31)-67(40)處連接至陽極引線框的電容器元件20(31)-20(40))。此外，盡管未示出，由于 電容器元件20(11)-20(20)和20(21)-20(30)被如此定位使得它們的陽極引線6彼此相對， 如果需要的話，與第2行和第3行相關聯的陽極引線框的第一部分65b和65c可被組合為陽極 引線框的單獨的第一部分。如W上所討論的，在一個具體實施方案中，每個陽極引線6是激 光焊接至陽極引線框的每個第二部分67的。但也可理解的是，運些部件可經由電阻焊接、導 電粘合劑等連接。同時，在一個具體實施方案中，陽極引線框的第一部分65a-65d可經由電 阻焊接連接至殼體的下壁123。但是，也可理解，也可使用任何其他適宜的方法，例如經由導 電粘合劑將第一部分65a-65d連接至殼體的下壁123。
[0081 ] 此外，陽極引線框第一部分65a-65d及第二部分67(1)-67(40)的表面可被電鍛W 儀、銀、金、錫、鉆等，或允許其如在本領域中已知的，W確保經由陽極引線6至電容器元件20 (1)-20(40) W及至殼體的下壁123的連接。在一個具體實施方案中，分別對陽極引線框沉積 W儀和銀閃，且安裝表面也鍛W錫焊層。在另一個實施方案中，在基底金屬層(例如，銅合 金)上對陽極引線框沉積W薄的外金屬層(例如，金），W進一步提高導電性。在再又一個實 施方案中，儀鐵合金條(例如，NILO?條)或任何其他適宜的金屬材料條(未示出）可被焊接 在陽極引線框的第一部分65a-6加下的殼體的下壁123上。
[0082] 此外，也可采用各種部件W將四行電容器元件(每行10個)連接至殼體的下壁123 (例如，第1行包括在它們的下主表面23b處連接至下壁123的電容器元件20(1)-20(10);第2 行包括在它們的下主表面23b處連接至下壁123的電容器元件20(11)-20(20);第3行包括在 它們的下主表面23b處連接至下壁123的電容器元件20(21)-20(30); W及第4行包括在它們 的下主表面23b處連接至下壁123的電容器元件20 (31) -20 (40))。例如，在一個實施方案中， 電容器元件20(1)-20(40)的下主表面23b可經由導電粘合劑（未示出）連接至殼體的下壁 123，其中下壁123包括四行金屬鍛層29曰、2抓、29(：及29(1。金屬鍛層29曰、2913、29(3及29(1可由 任何適宜的金屬形成，且在一個具體實施方案中可為儀鍛層。
[0083] 電容器元件的附接，無論在陽極側或陰極側，通常可使用多種已知技術中的任何 一種來實現，例如焊接、激光焊接、導電粘合劑等。使用時，導電粘合劑可由含有樹脂組合物 的導電金屬顆粒形成。金屬顆粒可為銀、銅、金、銷、儀、鋒、祕等。樹脂組合物可包括熱固性 樹脂(例如，環氧樹脂）、固化劑(例如，酸酢)及偶聯劑(例如，硅烷偶聯劑）。在Osako等人的 美國專利申請公布2006/0038304中描述了適宜的導電粘合劑。
[0084] 參照圖5,示出了電容器組件200的另一個實施方案。為了進一步提高電容器組件 的散熱能力，電容器組件200可任選包括在-y方向上的金屬條133和在-X方向上的金屬條 131，金屬條133和金屬條131與若干電容器元件20的上部主表面23a接觸。金屬材料可為銅 或任何其他散熱材料且用于進一步增加可供散熱的表面積。
[0085] 現在轉向圖6,示出了具有替代圖4-5中所示設置的電容器組件300,其中與如W上 定義的第1行的電容器元件20(1)-20(10)及第2行中的電容器元件20(11)-20(20)相關聯的 陽極引線6彼此相對，如果需要的話，允許用于第1行和第2行的陽極引線框的第一部分65a 和65b被組合為單一部件。類似地，與如W上定義的第3行的電容器元件20(21)-20(30)及第 4行中的電容器元件20(31)-20(40)相關聯的陽極引線6彼此相對，如果需要的話，允許用于 第3行和第4行的陽極引線框的第一部分65c和65d被組合為單一部件。此外，如W上定義的 第2行和第3行電容器元件的上部主表面23a彼此鄰近，如果需要的話，允許鍛層29b和29c組 合為單一的部件。
[0086] 如W上所討論的，電容器組件包含陽極端子135和陰極端子137,其可位于殼體的 外部并由單獨的板、片等形成。此外，運樣的端子可經由延伸穿過殼體下壁123的導電跡線 連接至陽極引線框和陰極鍛層/金屬條(例如，NILO"'條)部件。參照圖7用于圖4-5中電容器 元件的設置W及圖8用于圖6中電容器元件設置，因為陽極引線框的第一部分65a-65d及金 屬鍛層29a-29d延伸電容器組件100外殼的長度b和寬度Wi,將陽極引線框的第一部分65a- 65d連接至外部陽極端子135的導電跡線139僅通過直接設置在外部陽極端子135上方的和 直接設置在陽極引線框部件的第一部分65a-65d下方的外殼下壁123的部分而形成，而將金 屬鍛層29a-29d連接至外部陰極端子137的導電跡線141僅通過直接設置在外部陰極端子 137上方的和直接設置在金屬鍛層65a-65d下方的外殼下壁123的部分而形成。當然，本發明 無論如何并非限于使用導電跡線用于形成所需端子，任何其他適宜的連接都可采用。例如， 在一些實施方案中（未示出），應理解，陽極引線框和陰極鍛層的部分可延伸穿過外殼來同 樣形成外部陽極端子和外部陰極端子。
[0087] 不論所采用的具體構造如何，如W上所討論的，在將電容器元件20連接至下壁123 后，電容器元件20可被涂覆W封裝材料143并固化。此后，所得組件可被氣密密封。例如，殼 體也可包括蓋子127,其在電容器元件被置于殼體內之后被放置于側壁124和125的上表面 上。蓋子可由陶瓷、金屬（例如，鐵、銅、儀、鉆等，及其合金）、塑料等形成。如果需要的話，可 在蓋子與側壁124和125之間設置密封件(未示出）W幫助提供良好的密封。例如，在一個實 施方案中，密封件可包括玻璃-金屬密封、松)va掩!環(Goo壯el low Camridge ,Ltd.(顧特服 劍橋有限公司））等。側壁的高度通常是使得蓋子不接觸電容器元件的任何表面W使它們不 被污染的高度。當放置在所需的位置時，通過使用諸如焊接(例如，電阻焊接、激光焊接等）、 焊合(solder)等已知技術將蓋子氣密密封至側壁124和125。在一些實施方案中，如上所述， 氣密密封可在惰性氣體存在下進行，使得所得組件基本不含反應性氣體，例如氧氣或水蒸 氣。
[0088] 無論其具體構造如何，即便暴露在高壓環境和較高的溫度下，本發明的電容器組 件可表現出優異的電氣性能。例如，由于本發明電容器組件的散熱能力，在不損傷電容器組 件的情況下可達到相對高的紋波電流。例如，最大的紋波電流可為約25安培或更大，在一些 實施方案中約50安培或更大，W及在一些實施方案中約75安培或更大。此外，電容器組件的 等效串聯電阻化SR)可小于約75毫歐姆，在一些實施方案中小于約50毫歐姆，W及在一些實 施方案中小于約25毫歐姆。例如，ESR可為約0.5-50毫歐姆，例如為約1-25毫歐姆，例如約2- IO毫歐姆。
[0089] 通過參考W下的實例可更好地理解本發明。
[0090] 測試過程
[0091] 等效串聯電阻化SR)
[0092] 使用具有Kelvin引線、2.2伏特DC偏壓及0.5伏特峰-峰正弦信號的安捷倫E4980A 精密LCR測量計測量等效串聯電阻。工作頻率為100曲Z且溫度為23°C+2°C。
[0093] 電容(CAP)
[0094] 使用具有Kelvin引線、2.2伏特DC偏壓及0.5伏特峰-峰正弦信號的安捷倫E4980A 精密LCR測量計測量電容。工作頻率為120Hz。
[00巧]泄漏電流(D化）
[0096] 使用Keithl巧2410源測量計測量泄漏電流，在適當的電壓下（25°C-85°C的化， 125 °C下的60 %的化W及150 °C下的50 %的化)在在至少60秒后。
[0097] 紋波電流：
[0098] 使用GoldStar GP505電源、安捷倫33210A信號發生器、具有PtlOO熱電偶的Almemo 2590-9數據記錄器W及Fluke 80i示波器測量紋波電流。當適當值的紋波電流通過電容器 時，工作頻率為20kHz ,AC信號且具有10伏特的DC偏壓。隨著紋波電流的增大，溫度也增大， 并通過熱成像儀監測。
[0099] 實例 1
[0100] 使用9,000iiFV/g粗粉形成陽極樣品。每個陽極樣品埋有粗線，在1800°C下燒結，并 壓制至密度為5.3g/cm3。所得粒料具有4.6mm X 5.25mm X 2.6mm的尺寸。在具有8.6mS電導率 的水/憐酸電解質中W85°C的溫度使該粒料陽極化至260VW形成介電層。然后通過將陽極 浸入具有1.1%固含量和20mPa ? S黏度(Clevios?K，H.C.S化rck)的聚(3,4-乙締二氧嚷吩） 分散體中來形成導電聚合物涂層。經涂覆后，在125°C下干燥所述構件20分鐘。運一過程重 復10次。此后，將所述構件浸入具有2%固含量和20mPa ? S的黏度(Clevios?K，H.C.S化rck) 的聚(3,4-乙締二氧嚷吩)分散體中。經涂覆后，在125°C下干燥所述構件20分鐘。運一過程 不再重復。接著，將所述構件浸入具有2%固含量和ieOmPa ? S的黏度（Clevios?K， H.C.Starck)的聚(3,4-乙締二氧嚷吩)分散體中。經涂覆后，在125°(：下干燥所述構件20分 鐘。運一過程重復8次。然后將所述構件浸入石墨分散體中并進行干燥。最后，將所述構件浸 入銀分散體中并進行干燥。通過運一方式，制造了 IOOV電容器的多個部件。
[0101] 使用銅基引線框來完成將電容器元件置于陶瓷殼體內的組裝過程。電容器組件包 括4行(每行9個電容器元件)平行聯接的36個電容器元件。接著將陰極連接件粘合至儀陰極 端子，在具有58.Omm長度、35.Omm寬度及5.45mm厚度的陶瓷殼體的下壁處將陽極引線框焊 接至儀陽極端子。殼體具有焊接在陶瓷殼體下壁內表面上的鍛儀NILO?焊盤。
[0102] 所有連接采用的粘合劑為銀漿(silver paste)。然后將組件裝入對流烤箱中W焊 接銀漿。在此之后，用于陽極連接的焊接為電阻焊接，在引線框部分與陶瓷殼體鍛儀焊盤之 間施加300W能量持續IOOms的時間段。然后，將導熱有機娃封裝劑(熱固性SC-320)涂覆在電 容器元件的陽極和陰極部分的頂部，并在150°C下干燥24小時。接著，將Kovar及蓋子放置于 殼體的頂部，緊接(closely)在陶瓷的密封環上。所得組件被置于焊接室，并且在進行密封 環與蓋子之間的縫焊之前W氮氣對其進行吹掃。
[0104]
[0103] 經測試后，確定電容為340.1 iiF，而ESR為4.3mQ。W下示出泄漏電流和紋波電流測 試結果的總、結。
[0105]
[0106] 如所顯示，根據實例制造的電容器組件能夠經受25安培的紋波電流，而溫度僅達 至 IJ103.6°C。
[0…7] 實例2A
[0108] W在上述實例1中描述的相同方式形成多個電容器元件。
[0109] 接著，采用銅基引線框來完成將電容器元件置于陶瓷殼體內的組裝過程。電容器 組件包括并聯的2個電容器元件。接著將陰極連接件粘合至金陰極端子，在具有11.OOmm長 度、12.50mm寬度及5.40mm厚度的陶瓷殼體的下壁處將陽極引線框焊接至金陽極端子。殼體 具有在部分陶瓷殼體內側底部上的鍛金焊盤。
[0110] 陰極連接采用的粘合劑為銀漿。然后將組件裝入對流烤箱中W焊接銀漿。用于陽 極連接的焊接為電阻焊接，且在引線框部分與陶瓷殼體鍛金焊盤之間施加300W的能量 100ms。然后，將導熱有機娃封裝劑(熱固性SC-320)涂覆至電容器元件的陽極和陰極部分的 頂部，并在15(TC下干燥24小時。接著，將Kova巧蓋子放置于殼體的頂部，緊接陶瓷的密封 環上。所得組件被置于焊接室，并且在進行密封環與蓋子之間的縫焊之前W氮氣對其進行 吹掃。
[0111 ] 經測試后，確定電容為18.3]iF，而ESR為53. Om Q。下面示出了泄漏電流和紋波電流 測試結果的總結。
[01。]實例 2B
[0113] W在上面實例2A中描述的相同方式形成多個電容器元件。
[0114] 在電容器元件的陽極和陰極部分的頂部上涂覆耐熱保護性有機娃涂層，并在23°C 下干燥24小時。接著，在殼體的頂部放置Kovar霞蓋子，靠近陶瓷的密封環上。所得組件被置 于焊接室，并且在進行密封環與蓋子之間的縫焊之前W氮氣對其進行吹掃。
[0115] 經測試后，確定電容為18.3]iF，而ESR為56. Im Q。下面示出了泄漏電流和紋波電流 測試結果的總結。
[0116] 實例 2C
[0117] W在上面實例2A中描述的相同方式形成多個電容器元件。
[0118] 在電容器元件的陽極和陰極部分的頂部涂覆單組分環氧樹脂基復合泡沫 (syntactic foam)粉末封裝劑，并在150°C下干燥4小時。接著，在殼體的頂部放置Kovar@ 蓋子，緊接在陶瓷的密封環上。所得組件被置于焊接室，并且在進行密封環與蓋子之間的縫 焊之前W氮氣對其進行吹掃。
[0119] 經測試后，確定電容為19.5iiF，而ESR為54.6mQ。下面示出了泄漏電流和紋波電流 測試結果的總結。
[0120] 實例 2D
[0121] W在上面實例2A中描述的相同方式形成多個電容器元件。
[0122] 在陽極和陰極的頂部不施加封裝劑。接著，在殼體的頂部放置Kovar芭蓋子，緊接 在陶瓷的密封環上。所得組件被置于焊接室，并且在進行密封環與蓋子之間的縫焊之前W 氮氣對其進行吹掃。
[0123] 經測試后，確定電容為18.4iiF，而ESR為49.SmQ。下面再次示出泄漏電流和紋波電 流測試結果的總結。
[0124] 實例 2E
[0125] W在上面實例2A中描述的相同方式形成多個電容器元件。
[0126] 在陽極和陰極的頂部不施加封裝劑。接著，在殼體的頂部放置投ova旗)蓋子，緊接 在陶瓷的密封環上。所得組件被置于焊接室，并且在進行密封環與蓋子之間的縫焊之前W 氮氣對其進行吹掃。
[0127] 經測試后，確定電容為18.祉F，而ESR為47.6m Q。下面示出了泄漏電流和紋波電流 測試結果的總結。
[012 引
[0129]本發明的運些和其它修改W及變型可在不脫離本發明的精神和范圍下，由本領域 的普通技術人員來實施。此外，應當理解的是，各種實施例的各方面可W整體或部分地互 換。此外，本領域技術人員將理解，上述僅通過實例進行說明，并不旨在限制在所附權利要 求書中進一步描述的本發明。
【主權項】
1. 一種電容器組件，其包括： 殼體； 被氣密密封于所述殼體內的電容器元件，其中所述電容器元件包括燒結的陽極體、覆 蓋所述陽極體的電介質以及覆蓋所述電介質的固體電解質；以及 至少部分地封裝所述電容器元件的導熱材料，其中所述導熱材料具有根據13022007-2:2014所確定的約1 W/m-K或更大的熱導率。2. 如權利要求1所述的電容器組件，其中所述導熱材料具有根據ASTM D257-14所確定 的IX 1012歐姆·厘米或更大的體積電阻率。3. 如權利要求1所述的電容器組件，其中所述導熱材料表現出根據ASTM D570-98 (2010) e-Ι所確定的約1 %或更小的吸濕度。4. 如權利要求1所述的電容器組件，其中所述導熱材料包含分散于聚合物基體內的導 熱填料。5. 如權利要求4所述的電容器組件，其中導熱填料包括金屬填料、金屬氧化物填料、氮 化物填料、碳填料，或它們的組合。6. 如權利要求5所述的電容器組件，其中所述導熱填料包括鋁、銀、銅、鎳、鐵、鈷、氧化 鋁、氧化鋅、氧化鎂、氮化鋁、氮化硼、氮化硅、碳化硅、碳黑、碳富勒烯、石墨薄片、碳納米管、 碳納米纖維，或它們的組合。7. 如權利要求4所述的電容器組件，其中所述導熱填料包括具有約10-500納米平均尺 寸的填料顆粒。8. 如權利要求4所述的電容器組件，其中所述導熱填料包括具有約1-50微米平均尺寸 的顆粒。9. 如權利要求4所述的電容器組件，其中所述導熱填料包含納米級顆粒和微米級顆粒， 其中微米級填料顆粒的平均尺寸與納米級填料顆粒的平均尺寸的比為約50:1或更大。10. 如權利要求4所述的電容器組件，其中所述聚合物基體包括有機聚硅氧烷。11. 如權利要求10所述的電容器組件，其中所述有機聚硅氧烷為聚二甲基硅氧烷。12. 如權利要求10所述的電容器組件，其中所述有機聚硅氧烷具有約5，000-30，000g/ mol的分子量。13. 如權利要求4所述的電容器組件，其中所述導熱填料占所述導熱材料的約25-95體 積％。14. 如權利要求4所述的電容器組件，其中聚合物基體占所述導熱材料的約5-75體 積％。15. 如權利要求1所述的電容器組件，其中所述電容器組件包括多個電容器元件，所述 電容器元件至少部分地由所述導熱材料封裝。16. 如權利要求1所述的電容器組件，其中所述陽極體包括鉭，且所述電介質包括五氧 化二鉭。17. 如權利要求1所述的電容器組件，其中所述固體電解質包括導電聚合物層。18. 如權利要求17所述的電容器組件，其中所述導電聚合物層包括取代的聚噻吩。19. 如權利要求1所述的電容器組件，其中所述殼體限定氣態氣氛，且其中惰性氣體占 所述氣態氣氛的約50-100重量％。20. 如權利要求1所述的電容器組件，其中所述殼體由金屬、陶瓷或其組合形成。21. 如權利要求1所述的電容器組件，其中所述導熱材料完全封裝所述電容器元件。22. 如權利要求1所述的電容器組件，其中所述導熱材料與所述電容器元件直接接觸。23. 如權利要求1所述的電容器組件，其中所述殼體限定具有上表面的側壁及位于所述 側壁的上表面上的蓋子。24. 如權利要求23所述的電容器組件，其中所述導熱材料設置在所述蓋子上。
【文檔編號】H01G9/00GK105977031SQ201610053109
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年1月25日
【發明人】J·彼得日萊克, J·奈華德, M·比樂
【申請人】Avx公司