導電高分子在固體鉭電解電容器中的應(yīng)用 (2)課件

導電高分子在固體鉭電解電容器中的應(yīng)用一、引言

隨著電子技術(shù)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（1～100S/cm）遠高于二氧化錳電導率（0.1S/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(zhì)，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。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（10～100S/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(chǎn)商的關(guān)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(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1kHz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(jié)合的方法。￥2．聚乙撐(烯)二氧噻吩鉭電解電容器

(3,4-Polyethylenedioxythiophene,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(guān)注。Matsushita研究院的YasuoKudoh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)定性的添加劑。所得PEDOT的最初電導率是30S/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）。￥經(jīng)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(jié)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作鉭固體電解電容器的陰極,不僅具有電導率高、生產(chǎn)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(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，通過化學氧化法制得聚苯胺。其電導率達5S/cm。在125℃空氣中熱處理1000h，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(guān)。￥

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極材料，可以降低電容器的等效