先进的聚合物分散体及基于其的电容器的制作方法

本发明涉及一种尤其适用于制造具有改进的电容和esr的电解电容器的改进的分散体。

背景技术：

1、导电聚合物广泛地用于固体电解质电容器中。使用由分散体形成的导电聚合物制造了高电压和高可靠性电容器，其中固体聚合物颗粒分布在液相溶剂中。分散体的制备，尤其是用于制造电解电容器的分散体的制备是已知的。本领域的重点主要在于分散体中聚合物的颗粒尺寸(如申请号为8,699,208的美国专利所示，该专利在此通过引用并入本文)，或者在于电容器中聚合物层的最终结构(如申请号为10,381,167和10,074,490的美国专利所示，这两项专利在此通过引用并入本文)。第一种方法有一个很大的缺点，即假定颗粒尺寸是唯一限制电容器阳极改性的因素，但是还有其他以前没有意识到的因素。

2、尽管取得了一些进展，但该行业仍然要求聚合物基电容器具有更好的性能。在扩展温度范围(如125℃至165℃)下，尤其需要提高与液体电解质结合使用的成型导电聚合物(称为混合电容器)的相容性性能。这对于固态聚合物和液体电解质同时存在于电容器中的混合电解电容器来说非常重要。电解电容器有微型化的趋势，这通过使用高导电聚合物更容易实现。然而，为了满足需求并达到所需的电容，还需要进一步的进展。因此，实现阳极表面上电介质的高覆盖率变得非常重要。

3、以前没有意识到导电聚合物的z-电位可能对电介质表面的涂层质量产生不利影响。如图1示意性所示，相反电荷的导电聚合物颗粒被吸引到电介质的表面，图中示出了带负电荷的聚合物颗粒被吸引到带正电荷的表面，但不限于此。随着表面涂层的增加，表面的电荷逐渐反转，这抑制了涂层中更多聚合物颗粒的形成。随后的聚合物颗粒不太可能从溶液中被吸收，因此它们不能有助于涂层的继续构建。在干燥力作用下，聚合物颗粒可以随交错的盐层沉积，其中反离子补偿了削弱涂层完整性的相同电荷。结果是，由于反离子对电解质(在混合电容器中)或水分(在固体电解质电容器中)的亲和力小，可能导致分层。因此，涂层质量受到有效限制，导致缺陷。

4、本发明提供了一种改进的表面涂层，因此也提供了一种改进的电容器。

技术实现思路

1、本发明涉及一种改进的分散体，其中改进的分散体在带电表面上提供了优越的涂层。

2、更具体地，本发明涉及改进的电容器，尤其是混合电容器，其中包括正z-电位聚合物颗粒和负z-电位聚合物颗粒组合的导电聚合物分散体提供了优越的性能。

3、本发明的特定特征是能够形成一种包括改进电容和等效串联电阻(esr)的电容器。

4、如将认识到的，这些和其他实施方案提供了包括具有正z-电位的第一导电聚合物颗粒和具有负z-电位的第二导电聚合物颗粒的聚合物分散体。

5、另一实施方案提供了一种形成聚合物分散体的方法。该形成聚合物分散体的方法包括：

6、提供导电聚合物分散体，其中导电聚合物包括双极态的导电聚合物；

7、使导电聚合物分散体进行高压均质化，从而将导电聚合物转化为具有正z-电位的第一聚合物颗粒和具有负z-电位的第二聚合物颗粒。

8、另一实施方案提供了一种形成电容器的方法。该方法包括：

9、形成阳极；

10、在阳极上形成电介质；和

11、通过施加包括具有正z-电位的第一聚合物颗粒和具有负z-电位的第二聚合物颗粒的分散体在电介质上形成导电聚合物层。

12、另一实施方案提供了一种电容器，包括阳极、在阳极上的电介质和在电介质上的导电聚合物层，其中导电聚合物层包括具有正z-电位的第一导电聚合物颗粒和具有负z-电位的第二导电聚合物颗粒。

技术特征：

1.一种聚合物分散体，包括具有正z-电位的第一聚合物颗粒和具有负z-电位的第二聚合物颗粒。

2.根据权利要求1所述的聚合物分散体，其中所述第一聚合物颗粒具有10mv至+150mv的电荷，所述第二聚合物颗粒具有0mv至-150mv的电荷。

3.根据权利要求1所述的聚合物分散体，其中所述第一聚合物颗粒和所述第二聚合物颗粒具有至少20mv的电荷差。

4.根据权利要求1所述的聚合物分散体，其中所述第一聚合物颗粒和所述第二聚合物颗粒的平均颗粒尺寸为至少5nm。

5.根据权利要求4所述的聚合物分散体，其中所述第一聚合物颗粒和所述第二聚合物颗粒的平均颗粒尺寸为至少10nm。

6.根据权利要求5所述的聚合物分散体，其中所述第一聚合物颗粒和所述第二聚合物颗粒的平均颗粒尺寸为至少50nm。

7.根据权利要求6所述的聚合物分散体，其中所述第一聚合物颗粒和所述第二聚合物颗粒的平均颗粒尺寸为100nm至500nm。

8.根据权利要求9所述的聚合物分散体，其中所述第一聚合物颗粒和所述第二聚合物颗粒的平均颗粒尺寸为100nm至200nm。

9.根据权利要求1所述的聚合物分散体，还包括添加剂，其中所述添加剂粘附至所述第一聚合物颗粒，从而形成辅助分散体。

10.根据权利要求9所述的聚合物分散体，其中所述辅助分散体包括改性的第一聚合物颗粒，其中所述改性的第一聚合物颗粒和所述第二聚合物颗粒具有小于20mv的电荷差。

11.根据权利要求9所述的聚合物分散体，其中所述添加剂为芳香酸或芳香盐。

12.根据权利要求11所述的聚合物分散体，其中所述添加剂选自水杨酸、邻苯二甲酸、苯甲酸和苯乙烯-4-磺酸。

13.根据权利要求11所述的聚合物分散体，其中所述添加剂选自2,3,4,4-四羟基丁酸、1,2,3,4-丁烷四羧酸和聚苯乙烯磺酸。

14.一种形成聚合物分散体的方法，包括：

15.根据权利要求14所述的形成聚合物分散体的方法，其中所述导电聚合物为双极态，所述导电聚合物的平均颗粒尺寸为100nm至5000nm。

16.根据权利要求14所述的形成聚合物分散体的方法，其中所述第一聚合物颗粒具有10mv至+150mv的电荷，所述第二聚合物颗粒具有0mv至-150mv的电荷。

17.根据权利要求14所述的形成聚合物分散体的方法，其中所述第一聚合物颗粒和所述第二聚合物颗粒具有至少20mv的电荷差。

18.根据权利要求14所述的形成聚合物分散体的方法，其中所述第一聚合物颗粒和所述第二聚合物颗粒的平均颗粒尺寸为至少5nm。

19.根据权利要求18所述的形成聚合物分散体的方法，其中所述第一聚合物颗粒和所述第二聚合物颗粒的平均颗粒尺寸为至少10nm。

20.根据权利要求19所述的形成聚合物分散体的方法，其中所述第一聚合物颗粒和所述第二聚合物颗粒的平均颗粒尺寸为至少50nm。

21.根据权利要求20所述的形成聚合物分散体的方法，其中所述第一聚合物颗粒和所述第二聚合物颗粒的平均颗粒尺寸为100nm至500nm。

22.根据权利要求21所述的形成聚合物分散体的方法，其中所述第一聚合物颗粒和所述第二聚合物颗粒的平均颗粒尺寸为100nm至200nm。

23.根据权利要求14所述的形成聚合物分散体的方法，还包括添加剂，其中所述添加剂粘附至所述第一聚合物颗粒，从而形成辅助分散体。

24.根据权利要求23所述的形成聚合物分散体的方法，其中所述辅助分散体包括改性的第一聚合物颗粒，其中所述改性的第一聚合物颗粒和所述第二颗粒具有小于20mv的电荷差。

25.根据权利要求23所述的形成聚合物分散体的方法，其中所述添加剂为芳香酸或芳香盐。

26.根据权利要求25所述的形成聚合物分散体的方法，其中所述添加剂选自水杨酸、邻苯二甲酸、苯甲酸和苯乙烯-4-磺酸。

27.根据权利要求25所述的形成聚合物分散体的方法，其中所述添加剂选自2,3,4,4-四羟基丁酸、1,2,3,4-丁烷四羧酸和聚苯乙烯磺酸。

28.一种形成电容器的方法，包括以下步骤：

29.根据权利要求28所述的形成电容器的方法，其中所述第一聚合物颗粒具有10mv至+150mv的电荷，所述第二聚合物颗粒具有0mv至-150mv的电荷。

30.根据权利要求28所述的形成电容器的方法，其中所述第一聚合物颗粒和所述第二聚合物颗粒具有至少20mv的电荷差。

31.根据权利要求28所述的形成电容器的方法，其中所述第一聚合物颗粒和所述第二聚合物颗粒的平均颗粒尺寸为至少5nm。

32.根据权利要求31所述的形成电容器的方法，其中所述第一聚合物颗粒和所述第二聚合物颗粒的平均颗粒尺寸为至少10nm。

33.根据权利要求32所述的形成电容器的方法，其中所述第一聚合物颗粒和所述第二聚合物颗粒的平均颗粒尺寸为至少50nm。

34.根据权利要求33所述的形成电容器的方法，其中所述第一聚合物颗粒和所述第二聚合物颗粒的平均颗粒尺寸为100nm至500nm。

35.根据权利要求34所述的形成电容器的方法，其中所述第一聚合物颗粒和所述第二聚合物颗粒的平均颗粒尺寸为100nm至200nm。

36.根据权利要求28所述的形成电容器的方法，还包括添加剂，其中所述添加剂粘附至所述第一聚合物颗粒，从而形成辅助分散体。

37.根据权利要求36所述的形成电容器的方法，其中所述辅助分散体包括改性的第一聚合物颗粒，其中所述改性的第一聚合物颗粒和所述第二颗粒具有小于20mv的电荷差。

38.根据权利要求36所述的形成电容器的方法，其中所述添加剂为芳香酸或芳香盐。

39.根据权利要求38所述的形成电容器的方法，其中所述添加剂选自水杨酸、邻苯二甲酸、苯甲酸和苯乙烯-4-磺酸。

40.根据权利要求38所述的形成电容器的方法，其中所述添加剂选自2,3,4,4-四羟基丁酸、1,2,3,4-丁烷四羧酸和聚苯乙烯磺酸。

41.一种电容器，包括：

42.根据权利要求41所述的电容器，其中所述第一聚合物颗粒具有10mv至+150mv的电荷，所述第二聚合物颗粒具有0mv至-150mv的电荷。

43.根据权利要求41所述的电容器，其中所述第一聚合物颗粒和所述第二聚合物颗粒具有至少20mv的电荷差。

44.根据权利要求41所述的电容器，其中所述第一聚合物颗粒和所述第二聚合物颗粒的平均颗粒尺寸为至少5nm。

45.根据权利要求44所述的电容器，其中所述第一聚合物颗粒和所述第二聚合物颗粒的平均颗粒尺寸为至少10nm。

46.根据权利要求45所述的电容器，其中所述第一聚合物颗粒和所述第二聚合物颗粒的平均颗粒尺寸为至少50nm。

47.根据权利要求46所述的电容器，其中所述第一聚合物颗粒和所述第二聚合物颗粒的平均颗粒尺寸为100nm至500nm。

48.根据权利要求47所述的电容器，其中所述第一聚合物颗粒和所述第二聚合物颗粒的平均颗粒尺寸为100nm至200nm。

49.根据权利要求41所述的电容器，还包括添加剂，其中所述添加剂粘附至所述第一聚合物颗粒，从而形成辅助分散体。

50.根据权利要求49所述的电容器，其中所述辅助分散体包括改性的第一聚合物颗粒，其中所述改性的第一聚合物颗粒和所述第二颗粒具有小于20mv的电荷差。

51.根据权利要求49所述的电容器，其中所述添加剂为芳香酸或芳香盐。

52.根据权利要求51所述的电容器，其中所述添加剂选自水杨酸、邻苯二甲酸、苯甲酸和苯乙烯-4-磺酸。

53.根据权利要求51所述的电容器，其中所述添加剂选自2,3,4,4-四羟基丁酸、1,2,3,4-丁烷四羧酸和聚苯乙烯磺酸。

54.根据权利要求41所述的电容器，所述电容器的工作电压最高达500v。

55.根据权利要求54所述的电容器，所述电容器的工作电压为35v至500v。

56.根据权利要求54所述的电容器，所述电容器的工作电压为3v至35v。

技术总结本发明涉及一种包括具有正Z‑电位的第一导电聚合物颗粒和具有负Z‑电位的第二导电聚合物颗粒的聚合物分散体、形成该聚合物分散体的方法、包括该聚合物分散体的电容器的制备方法和包括该聚合物分散体的电容器。技术研发人员：维克多·安多拉洛夫,瓦尼亚·派斯,黛博拉·撒,瑞·A·蒙泰罗受保护的技术使用者：基美电子公司技术研发日：技术公布日：2024/5/12