導電高分子在固體鉭電解電容器中的應用.ppt

1、一、引言,隨著電子技術向自動化和小型化發(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，隨著導電高分子的迅速發(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電高分子來代替二氧化錳。,導電高分子鉭電解

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，減少了對氧化膜的破壞，這可以減少中間形成次數(shù)。由于導電高分子的電導率（1100 S/cm）遠高于二氧化錳電導率（0.1 S/cm），因此與二氧化錳鉭電解電容器相比，導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存在裂縫、夾雜物或雜質，導致漏電流增大，因此電容器的自愈性很重要。對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用,目前用于鉭電解電容器的導電高分子有聚吡咯、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到較高的電導率，但聚合條件與聚合環(huán)境對電導率有顯著的影響。由于鉭陽極體結構復雜，表面還有一層介質氧化膜，因此如何在其表面形成完整、均勻的高導電、高穩(wěn)定的聚合物膜層，且又能盡量減少對介質氧化膜的破壞，是制造導電高分子鉭電解電容器的關鍵所在。 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率（10100 S

4、/cm）、良好的穩(wěn)定性和摻雜性，因此用聚吡咯來代替二氧化錳引起了許多鉭電解電容器生產商的關注。日本NEC、Matsushita 等公司對它進行了較系統(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，其結構如圖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，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 等人試驗了多種在鉭陽極體上被覆聚吡咯的方法：電化學聚合法、化學氧化聚合法，以及電化學聚合和化學氧化聚合相結合的方法。￥,2聚乙撐(烯)二氧噻吩鉭電解電容器(3, 4-Polyethylene dioxythiophene, 簡稱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、烷基萘磺酸鈉和對硝基苯的水溶液中合成了PEDOT。烷基萘磺酸鈉和對硝基苯分別用作乳化劑和增強環(huán)境穩(wěn)定性的添

6、加劑。所得PEDOT 的最初電導率是30 S/cm。并比較了PEDOT 和他們通過化學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 為所研制的導電高分子PEDT 固體鉭電解電容器的結構示意圖。如結構圖所示,固體鉭電解電容器的陰極是緊附于Ta2O5 介質氧化膜表面的PEDT 導電膜,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 導電膜表面再涂覆石墨和銀漿并焊接引出線而成。,經過對導電高分子PEDT 固體鉭電解電容器的分析和試驗研究,可以得到以下的結論: (1) 改進和開發(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,不僅具有電導率高、生產工藝簡單的優(yōu)點,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，低廉的價格也引起了人們的關注。1996 年NEC 公司的H. Ishikawa等人用新型質子酸間苯二甲基二磺酸（XDSA）作為摻雜劑，通過化學氧化法制得聚苯胺。其電導率達5 S/cm。在125空氣中熱處理1 000 h，電導率沒有變化(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。 ￥,三、展望,改進和開發(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