EP1524678B2

Electrolytic capacitors with polymeric outer layer

Abstract

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EP1524678B2, drawing sheet 1
Sheet 1 of 18

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Expired 5 October 2024, 2 years ago.

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29 claims: 20 independent, 9 dependent

  1. 1
    Elektrolytkondensator enthaltend • einen porösen Elektrodenkörper eines Elektrodenmaterials, • ein Dielektrikum, das die Oberfläche dieses Elektrodenmaterials bedeckt, • einen Feststoffelektrolyten enthaltend ein leitfähiges Material, der die Dielektrikumsoberfläche ganz oder teilweise bedeckt, • eine Schicht auf der ganzen oder einem Teil der äußeren Oberfläche des mit einem Dielektrikum sowie ganz oder teilweise mit einem Feststoffelektrolyten bedeckten porösen Elektrodenkörpers enthaltend wenigstens ein polymeres Anion und wenigstens ein gegebenenfalls substituiertes Polyanilin und/oder wenigstens ein Polythiophen mit wiederkehrenden Einheiten der allgemeinen Formel (I), (II) oder wiederkehrenden Einheiten der allgemeinen Formel (I) und (II), worin A für einen gegebenenfalls substituierten C 1 -C 5 -Alkylenrest steht, R für einen linearen oder verzweigten, gegebenenfalls substituierten C 1 -C 18 -Alkylrest, einen gegebenenfalls substituierten C 5 -C 12 -Cycloalkylrest, einen gegebenenfalls substituierten C 6 -C 14 -Arylrest, einen gegebenenfalls substituierten C 7 -C 18 -Aralkylrest, einen gegebenenfalls substituierten C 1 -C 4 -Hydroxyalkylrest oder einen Hydroxylrest steht, x für eine ganze Zahl von 0 bis 8 steht und für den Fall, dass mehrere Reste R an A gebunden sind, diese gleich oder unterschiedlich sein können, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht enthaltend wenigstens ein polymeres Anion und wenigstens ein gegebenenfalls substituiertes Polyanilin und/oder wenigstens ein Polythiophen mit wiederkehrenden Einheiten der allgemeinen Formel (I), (II) oder wiederkehrenden Einheiten der allgemeinen Formel (I) und (II) wenigstens einen Binder enthält, wobei der Binder ein polymerer organischer Binder ist.
  2. 2
    Elektrolytkondensator gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das leitfähige Material des Feststoffelektrolyten, welcher die Dielektrikumsoberfläche ganz oder teilweise bedeckt, ein leitfähiges Polymer darstellt.
  3. 3
    Elektrolytkondensator gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil des polymeren Binders in der Außenschicht in einem Bereich von 1 - 90 % liegt.
  4. 4
    Elektrolytkondensator gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil des polymeren Binders in der Außenschicht in einem Bereich von 5 - 80 % liegt.
  5. 5
    Elektrolytkondensator gemäß wenigstens einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das im Feststoffelektrolyten enthaltene leitfähige Polymer ein gegebenenfalls substituiertes Polythiophen, Polypyrrol oder Polyanilin ist.
  6. 6
    Elektrolytkondensator gemäß wenigstens einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das im Feststoffelektrolyten enthaltene leitfähige Polymer ein Polythiophen mit wiederkehrenden Einheiten der allgemeinen Formel (I), (II) oder wiederkehrenden Einheiten der allgemeinen Formel (I) und (II) ist.
  7. 7
    Elektrolytkondensator gemäß wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Feststoffelektrolyt monomere Anionen enthält.
  8. 8
    Elektrolytkondensator gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das leitfähige Material ein Ladungstransferkomplex, Mangandioxid oder ein Salz ist.
  9. 9
    Elektrolytkondensator gemäß wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das in der Schicht auf der ganzen oder einem Teil der äußeren Oberfläche des porösen Elektrodenkörpers enthaltene Polythiophen Poly(3,4-ethylendioxythiophen) ist.
  10. 10
    Elektrolytkondensator gemäß wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das in der Schicht auf der ganzen oder einem Teil der äußeren Oberfläche des porösen Elektrodenkörpers enthaltene polymere Anion ein Anion einer polymeren Carbon- oder Sulfonsäure ist.
  11. 11
    Elektrolytkondensator gemäß wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das in der Schicht auf der ganzen oder einem Teil der äußeren Oberfläche des porösen Elektrodenkörpers enthaltene polymere Anion ein Anion der Polystyrolsulfonsäure ist.
  12. 12
    Elektrolytkondensator gemäß wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7 und 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Feststoffelektrolyt Poly(3,4-ethylendioxythiophen) und monomere Gegenionen und die Schicht auf der äußeren Oberfläche Poly(3,4-ethylendioxythiophen)/Polystyrolsulfonsäure und einen oder mehrere polymere(n), organische(n) Binder enthält.
  13. 13
    Elektrolytkondensator gemäß wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Elektrodenmaterial um ein Ventilmetall oder eine Verbindung mit einem Ventilmetall mit vergleichbaren Eigenschaften handelt.
  14. 14
    Elektrolytkondensator gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Ventilmetall oder der Verbindung mit vergleichbaren Eigenschaften um Tantal, Niob, Aluminium, Titan, Zirkon, Hafnium, Vanadium, eine Legierung oder Verbindung von wenigstens einem dieser Metalle mit anderen Elementen. NbO oder eine Legierung oder Verbindung von NbO mit anderen Elementen handelt.
  15. 15
    Elektrolytkondensator gemäß Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Dielektrikum um ein Oxid des Ventilmetalls oder ein Oxid der Verbindung mit elektrischen Eigenschaften eines Ventilmetalls handelt.
  16. 16
    Elektrolytkondensator wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Schichtdicke der Schicht enthaltend wenigstens ein polymeres Anion und wenigstens ein gegebenenfalls substituiertes Polyanilin und/oder wenigstens ein Polythiophen mit wiederkehrenden Einheiten der allgemeinen Formel (I), (II) oder wiederkehrenden Einheiten der allgemeinen Formel (I) und (II) 1 - 100 µm beträgt.
  17. 17
    Verfahren zur Herstellung eines Elektrolytkondensators gemäß wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7 und 9 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Feststoffelektrolyt enthaltend wenigstens ein leitfähiges Polymer hergestellt wird, indem Vorstufen zur Herstellung leitfähiger Polymere, ein oder mehrere Oxidationsmittel und gegebenenfalls Gegenionen, zusammen oder nacheinander gegebenenfalls in Form von Lösungen, auf ein - gegebenenfalls mit weiteren Schichten belegtes - Dielektrikum eines porösen Elektrodenkörpers aufgebracht und chemisch oxidativ bei Temperaturen von -10°C bis 250°C polymerisiert werden, oder dass Vorstufen zur Herstellung leitfähiger Polymere und Gegenionen gegebenenfalls aus Lösung durch elektrochemische Polymerisation bei Temperaturen von -78°C bis 250°C auf einem - gegebenenfalls mit weiteren Schichten belegten - Dielektrikum eines porösen Elektrodenköpers polymerisiert werden, und gegebenenfalls nach Aufbringen weitere Schichten auf den Kondensatorkörper die Schicht enthaltend wenigstens ein polymeres Anion und wenigstens ein gegebenenfalls substituiertes Polyanilin und/oder ein Polythiophen mit wiederkehrenden Einheiten der allgemeinen Formel (I), (II) oder wiederkehrenden Einheiten der allgemeinen Formel (I) und (II) worin A, R und x die in Anspruch 1 oder 8 genannte Bedeutung haben, und wenigstens einem polymeren organischen Binder aus einer Dispersion enthaltend wenigstens ein polymeres Anion und wenigstens ein gegebenenfalls substituiertes Polyanilin und/oder ein Polythiophen mit wiederkehrenden Einheiten der allgemeinen Formel (I), (II) oder wiederkehrenden Einheiten der allgemeinen Formel (I) und (II) und wenigstens einen polymeren organischen Binder aufgebracht wird.
  18. 18
    Verfahren gemäß Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass als Vorstufen zur Herstellung leitfähiger Polymere gegebenenfalls substituierte Thiophene, Pyrrole oder Aniline eingesetzt werden.
  19. 19
    Verfahren gemäß Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass als Vorstufe zur Herstellung leitfähiger Polymere 3,4-Ethylendioxythiophen eingesetzt wird.
  20. 20
    Verfahren gemäß Anspruch wenigstens einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass als Oxidationsmittel Alkali- oder Ammoniumperoxodisulfate, Wasserstoffperoxid. Alkaliperborate, Eisen-III-salze organischer Säuren, Eisen-III-salze anorganischer Säuren oder Eisen-III-salze anorganischer Säuren, welche organische Reste aufweisen, verwendet werden.
  21. 21
    Verfahren gemäß wenigstens einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Feststoffelektrolyt nach der Polymerisation und gegebenenfalls nach Trocknung mit geeigneten Lösungsmitteln gewaschen wird.
  22. 22
    Verfahren gemäß wenigstens einem der Ansprüche 17 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Oxidschicht des Metalls nach der Polymerisation elektrochemisch reformiert wird.
  23. 23
    Verfahren gemäß wenigstens einem der Ansprüche 17 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufbringen und gegebenenfalls Trocknen und Waschen der leitfähigen Polymerschicht und Reformieren der Oxidschicht mehrfach durchgeführt wird.
  24. 24
    Verfahren gemäß wenigstens einem der Ansprüche 17 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Gegenionen um Anionen von monomeren Alkan- oder Cycloalkansulfonsäuren oder aromatischen Sulfonsäuren oder Kombinationen hieraus handelt.
  25. 25
    Verfahren gemäß wenigstens einem der Ansprüche 17 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Dispersion enthaltend wenigstens ein polymeres Anion und wenigstens ein gegebenenfalls substituiertes Polyanilin und/oder wenigstens ein Polythiophen mit wiederkehrenden Einheiten der allgemeinen Formel (I), (II) oder wiederkehrenden Einheiten der allgemeinen Formel (I) und (II) und wenigstens einen polymeren organischen Binder als Lösungsmittel organische Lösungsmittel, Wasser oder Mischungen aus diesen enthalten.
  26. 26
    Verfahren gemäß wenigstens einem der Ansprüche 17 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Dispersion Vernetzer, oberflächenaktive Substanzen und/oder weitere Additive enthält.
  27. 27
    Verfahren gemäß Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Dispersion als weitere Additive ether-, lacton-, amid- oder lactamgruppenhaltige Verbindungen, Sulfone, Sulfoxide, Zucker, Zuckerderivate, Zuckeralkohole, Furanderivate und/oder Di- oder Polyalkohole enthält.
  28. 28
    Verfahren gemäß wenigstens einem der Ansprüche 17 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung des porösen Elektrodenkörpers Pulver des Elektrodenmaterials mit einer spezifischen Ladung von größer 35000 µC/g eingesetzt werden.
  29. 29
    Verwendung von Elektrolytkondensatoren gemäß wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 16 in elektronischen Schaltungen.
Independent claims29