[发明专利]具有聚合物阴极的钽电容器

说明书

本发明详细描述了改进的电容器(10)和用于形成改进的电容器(10)的方法。该方法包括由钽粉末形成钽阳极(11)，该钽粉末的粉末荷电量为不超过40,000μC/g；在不超过100V的形成电压下，通过阳极氧化在所述阳极上形成电介质(12)；以及在所述电介质(12)上形成导电聚合物阴极(13)，其中所述电容器(10)的击穿电压高于所述形成电压。

相关申请的交叉引用

本发明要求2014年9月15日提交的待审美国临时专利申请No.62/050,504的优先权。

背景技术

本发明涉及电解电容器。更具体而言，本发明涉及包括能够实现高击穿电压(BDV)的固有(intrinsically)导电聚合物阴极层的电解电容器，其中该BDV超过电介质形成电压，先前认为BDV超过电介质形成电压对于聚合物阴极层是不可行的。

具有固有导电聚合物作为阴极材料的固体电解电容器已经被广泛应用在电子工业中，这是因为其具有优良的低等效串联电阻(ESR)以及“非燃烧/非点火”失效模式(“non-burning/non-ignition”failure mode)。固有导电聚合物(更通常地称为导电聚合物)在分子水平上是导电的。换句话说，这种类型的聚合物的单个分子(聚合物链)是导电的，这使其与其他类型的聚合物材料(导电性是由于聚合物内的导电颗粒之间的渗透)区分开。后者的实例是填充有导电炭黑颗粒的非导电聚酯。固有导电聚合物可以以许多物理形态存在，包括固体、溶液和液体分散体。

导电聚合物的骨架由共轭键结构组成。所述聚合物可以以两种常规状态存在：非掺杂非导电状态，以及掺杂导电状态。在掺杂状态中，所述聚合物是导电的，但由于沿聚合物链的共轭程度高所以其加工性能差；在处于非掺杂形式时，同样的聚合物失去其导电性，但可以更容易地加工，因为其更易溶解。当掺杂时，所述聚合物在其带正电荷的骨架上引入了作为构成部分的阴离子部分。为了获得高导电性，电容器中所用的导电聚合物在完成加工后必须是掺杂形式的，但是在加工过程中，该聚合物可以是非掺杂/掺杂的，以实现特定的加工优点。

描述了用于Ta电容器的各种类型的导电聚合物(包括聚吡咯、聚苯胺和聚噻吩)。无论采用的导电聚合物是何种类型，导电聚合物电容器的主要缺点都在于它们的电介质的形成电压和电容器的额定电压之间的比率相对较高，这影响这些电容器的充电效率。此外，在失效时，具有导电聚合物阴极的电容器以闭路模式失效，在该模式中，电容器基本上表现为可能对电路有害的电短路。

本领域长期以来期望提供一种包括导电聚合物阴极的电容器，该电容器适合在形成电压和额定电压之间的比率较低的情况下使用，这需要击穿电压超过形成电压。在本领域中长期以来还期望提供具有开路失效模式的钽电容器。通过勤勉的研究，本发明人已经获得了以前认为不可行的方案。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有较高击穿电压和开路失效模式的电容器。

本发明的特别特征在于能够在具有导电聚合物阴极的同时实现高于形成电压的击穿电压，这在先前被认为是不可实现的。

另一个优点是，能够在给定电压下形成电容器，并且使该电容器的额定电压为超过形成电压的60％，由此减少电容器形成过程中的能量需求。

在用于形成电容器的方法中提供了所实现的这些以及其他优点。该方法包括由钽粉末形成钽阳极，该钽粉末的粉末荷电量为不超过40,000μC/g；在不超过100V的形成电压下，通过阳极氧化在所述阳极上形成电介质；以及在所述电介质上形成导电聚合物阴极，其中所述电容器的击穿电压高于所述形成电压。

另一个优点在这样的包括钽阳极的电容器中提供，该电容器在所述阳极上具有电介质，并在所述电介质上具有导电聚合物阴极。该电容器的击穿电压为至少1V至不超过100V，并且当暴露于高于击穿电压的电压时具有开路失效模式。

附图说明

图1为本发明的一个实施方案的示意图。