導(dǎo)電高分子在固體鉭電解電容器中的應(yīng)用.ppt

1、一、引言,隨著電子技術(shù)向自動(dòng)化和小型化發(fā)展，也要求鉭電解電容器朝著小型化、片式化、高性能的方向發(fā)展。陰極材料不僅嚴(yán)重影響鉭電解電容器的電容量、損耗角正切、等效串聯(lián)電阻和阻抗的溫度頻率特性，而且嚴(yán)重影響鉭電解電容器的漏電流、紋波特性、溫度特性、使用壽命和可靠性，因此，改進(jìn)和開發(fā)新型陰極材料是提高鉭電解電容器性能的重要途徑。 目前鉭固體電解電容器的陰極材料主要是二氧化錳。但是二氧化錳鉭電解電容器存在諸多問題。 ￥ 近年來(lái)，隨著導(dǎo)電高分子的迅速發(fā)展，許多研究工作者用聚吡咯(Polypyrrole)、聚噻吩、聚苯胺(Polyaniline)以及它們的衍生物等導(dǎo)電高分子來(lái)代替二氧化錳。,導(dǎo)電高分子鉭電解

2、電容器和二氧化錳鉭電解電容器的比較,由于導(dǎo)電高分子可以在室溫的條件下合成，不需要熱分解，減少了對(duì)氧化膜的破壞，這可以減少中間形成次數(shù)。由于導(dǎo)電高分子的電導(dǎo)率（1100 S/cm）遠(yuǎn)高于二氧化錳電導(dǎo)率（0.1 S/cm），因此與二氧化錳鉭電解電容器相比，導(dǎo)電高分子鉭電解電容器具有極低的Res 和阻抗，在高頻區(qū)域具有較高的電容量和較小的損耗角正切，大大減小高頻時(shí)的噪聲，而且容許更大的紋波電流。 由于鉭電解電容器的氧化膜難免會(huì)存在裂縫、夾雜物或雜質(zhì)，導(dǎo)致漏電流增大，因此電容器的自愈性很重要。對(duì)于液體鉭電解電容器，瑕疵處的鉭金屬被氧化，形成新的氧化膜，具有自愈性。 ￥ 導(dǎo)電高分子鉭電解電容器也有兩種可

3、能的自愈方式。由于導(dǎo)電高分子中不存在大量的氧，不容易使鉭電解電容器因燃燒而失效。,二、在鉭電解電容器的應(yīng)用,目前用于鉭電解電容器的導(dǎo)電高分子有聚吡咯、聚乙撐二氧噻吩（PEDOT）和聚苯胺等。雖然在通常條件下它們都可以達(dá)到較高的電導(dǎo)率，但聚合條件與聚合環(huán)境對(duì)電導(dǎo)率有顯著的影響。由于鉭陽(yáng)極體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，表面還有一層介質(zhì)氧化膜，因此如何在其表面形成完整、均勻的高導(dǎo)電、高穩(wěn)定的聚合物膜層，且又能盡量減少對(duì)介質(zhì)氧化膜的破壞，是制造導(dǎo)電高分子鉭電解電容器的關(guān)鍵所在。 1聚吡咯鉭電解電容器 2聚乙撐二氧噻吩鉭電解電容器 3聚苯胺鉭電解電容器,1聚吡咯鉭電解電容器,由于摻雜聚吡咯具有較高的電導(dǎo)率（10100 S

4、/cm）、良好的穩(wěn)定性和摻雜性，因此用聚吡咯來(lái)代替二氧化錳引起了許多鉭電解電容器生產(chǎn)商的關(guān)注。日本NEC、Matsushita 等公司對(duì)它進(jìn)行了較系統(tǒng)的研究。最近NEC 開發(fā)出的NEOCAPACITOR，就是以聚吡咯為陰極材料的鉭電解電容器，其結(jié)構(gòu)如圖1 所示。,用聚吡咯代替二氧化錳作為鉭電解電容器的陰極材料，可以使電容器具有極低的Res 和阻抗，在1 kHz以上的頻率范圍內(nèi)，其Res 低于傳統(tǒng)MnO2 鉭電解電容器的1/5，這就大大減小了高頻時(shí)的噪聲，并可容許更大的紋波電流，另外也具有較小的漏電流，其原因是聚吡咯鉭電解電容器從局部溫度升高到300就開始絕緣，而MnO2 鉭電解電容器則要待局部

5、溫度升高到600左右才開始絕緣。 為了尋求最佳的聚吡咯被覆工藝，1995 年NEC公司的M.Satoh 等人試驗(yàn)了多種在鉭陽(yáng)極體上被覆聚吡咯的方法：電化學(xué)聚合法、化學(xué)氧化聚合法，以及電化學(xué)聚合和化學(xué)氧化聚合相結(jié)合的方法。￥,2聚乙撐(烯)二氧噻吩鉭電解電容器(3, 4-Polyethylene dioxythiophene, 簡(jiǎn)稱PEDT),最近PEDOT 由于其良好的環(huán)境穩(wěn)定性，引起了人們的關(guān)注。Matsushita 研究院的Yasuo Kudoh等人在含有EDOT、Fe2(SO4)3、烷基萘磺酸鈉和對(duì)硝基苯的水溶液中合成了PEDOT。烷基萘磺酸鈉和對(duì)硝基苯分別用作乳化劑和增強(qiáng)環(huán)境穩(wěn)定性的添

6、加劑。所得PEDOT 的最初電導(dǎo)率是30 S/cm。并比較了PEDOT 和他們通過(guò)化學(xué)氧化聚合得到的最穩(wěn)定的聚吡咯的環(huán)境穩(wěn)定性（圖9）。 ￥,下圖 為所研制的導(dǎo)電高分子PEDT 固體鉭電解電容器的結(jié)構(gòu)示意圖。如結(jié)構(gòu)圖所示,固體鉭電解電容器的陰極是緊附于Ta2O5 介質(zhì)氧化膜表面的PEDT 導(dǎo)電膜,而不是傳統(tǒng)的MnO2 。固體鉭電解電容器的陰極引出則是在PEDT 導(dǎo)電膜表面再涂覆石墨和銀漿并焊接引出線而成。,經(jīng)過(guò)對(duì)導(dǎo)電高分子PEDT 固體鉭電解電容器的分析和試驗(yàn)研究,可以得到以下的結(jié)論: (1) 改進(jìn)和開發(fā)陰極材料是提高鉭電解電容器性能的重要途徑。 (2) PEDT 取代MnO2 作鉭固體電解電

7、容器的陰極,不僅具有電導(dǎo)率高、生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn),而且其可靠性大大提高。 (3) PEDT 取代MnO2 作鉭固體電解電容器的陰極,可以顯著降低電解電容器Res值,明顯改進(jìn)Res頻率、容量頻率特性。,3聚苯胺鉭電解電容器,聚苯胺由于其良好的環(huán)境穩(wěn)定性，低廉的價(jià)格也引起了人們的關(guān)注。1996 年NEC 公司的H. Ishikawa等人用新型質(zhì)子酸間苯二甲基二磺酸（XDSA）作為摻雜劑，通過(guò)化學(xué)氧化法制得聚苯胺。其電導(dǎo)率達(dá)5 S/cm。在125空氣中熱處理1 000 h，電導(dǎo)率沒有變化(圖12)。所得聚合物顯示出良好的熱穩(wěn)定性，這種熱穩(wěn)定性與使用XDSA 作摻雜劑有關(guān)。 ￥,三、展望,改進(jìn)和開發(fā)新型陰極材料是提高鉭電解電容器性能的重要途徑。用導(dǎo)電高分子如聚吡咯、PEDOT 和聚苯胺代替?zhèn)鹘y(tǒng)二氧化錳作為鉭電解電容器的陰