专利名称：用于湿式电解电容器的经喷砂的导电聚合物阴极的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及一种导电聚合物阴极，特别是一种用于湿式电解电容器的经喷砂的导电聚合物阴极。
背景技术：
由于其体积效率、可靠性和工艺兼容性良好，湿式电容器在电路设计中的应用越来越多。一般而言，与某些其它类型的电容器相比，湿式电容器每单位体积的电容更大，使其在高电流、高功率和低频率电路中非常有价值。已经开发的一种湿式电容器是湿式电解电容器，它包括一阀金属阳极、一阴极和液体电解质。由于在阳极表面上形成了介电金属氧化物膜，这种电容器的单位电池电压通常较高。湿式电解电容器往往提供了高电容和低漏电流的良好组合。另一种湿式电容器是湿式对称电容器，其中阳极和阴极具有类似的结构和组成。由于在高电压时，电解质不可避免地会发生分解，因此，这种电容器的单位电池电压通常较低。然而，不管是电解电容器还是对称电容器，湿式电容器的阴极一般都包括一基底(substrate)和一涂层，通过感应机制(faradic mechanism)或非感应机制来提供较高的电容。传统的涂层包括活性炭、金属氧化物(例如，氧化钌)等。然而，不幸的是，在某些条件下，如在含水电解质存在的条件下，涂层容易剥离。因此，需要提供一种具有良好的机械强度和电气性能的高压湿式电解电容器。
发明内容
在本发明的一个实施方案中，公开了一种用于形成湿式电解电容器阴极的方法。 该方法包括在金属基底上喷射(propel)磨料以形成包含多个凹坑的微粗化表面。在微粗化表面上形成包含内在导电的取代聚噻吩的导电涂层。在本发明的另一个实施方案中，公开了一种湿式电解电容器，其包括多孔阳极体、液体电解质和金属外壳，所述阳极体包括经阳极氧化而形成的介电层，阳极和液体电解质置于金属外壳内。该金属外壳限定了一内表面，该内表面包括通过喷砂(abrasive blasting)形成的多个凹坑。导电涂层设置在外壳的内表面及其凹坑内，其中所述导电涂层包含聚(3，4-乙烯二氧噻吩)。本发明的其它特点和方面将在下文进行更详细的说明。
本发明的完整和具体的说明，包括对于本领域技术人员而言的最佳实施方式，在说明书余下部分包括参考附图作更具体的描述，其中
图1是本发明湿式电解电容器的一个实施方案的剖视图； 图2是本发明中使用的微粗化金属基底的一个实施方案的剖视图； 图3是实施例1圆柱形钽罐(can)内壁的SEM照片(放大250倍)； 图4是实施例1圆柱形钽罐内壁的SEM照片(放大1000倍)；图5是实施例1圆柱形钽罐内底面的SEM照片(放大250倍)； 图6是实施例1圆柱形钽罐内底面的SEM照片(放大1000倍)； 图7是实施例7圆柱形钽罐内壁的SEM照片(放大250倍)； 图8是实施例7圆柱形钽罐内壁的SEM照片(放大1000倍)； 图9是实施例7圆柱形钽罐内底面的SEM照片(放大250倍)；以及图10是实施例7圆柱形钽罐内底面的SEM照片(放大1000倍)。本说明书和附图中重复使用的附图标记是用来代表本发明相同或相似的特征或元件。
具体实施例方式本领域技术人员应理解，下面的内容仅作为本发明的示范性具体实施方案来描述，并不是对本发明更广泛方面的限制。一般来说，本发明涉及湿式电解电容器，其包括一包含介电层的多孔阳极体、电解质和一包含经喷砂的金属基底的阴极。喷砂可以实现多个不同的目的。例如，喷砂可以使表面基本均勻并且肉眼可见光滑，从而提高在其上形成的导电涂层的一致性。虽然具有一定程度的光滑性，但是经喷砂的表面经过微粗化使其含有多个凹坑。这些凹坑提供了增大的表面积，从而在给定尺寸时可以具有增大的阴极电容和/或在给定电容时，电容器尺寸可以减小。在微粗化表面上设有一包含取代聚噻吩的导电涂层。基底上存在的凹坑增加导电涂层和金属基底之间的接触程度，从而改善机械强度和电气性能(如降低等效串联电阻和漏电流)。下面将更为详细地说明本发明的各种实施方案。I.阴极
A.金属基底
阴极的金属基底可包括任何金属，例如钽、铌、铝、镍、铪、钛、铜、银、钢(如不锈钢)及它们的合金(如导电氧化物)、它们的复合物(如涂覆导电氧化物的金属)等。钛和钽以及它们的合金尤其适合用于本发明。正如本领域技术人员所熟知的那样，基底的几何构型通常可以改变，例如可以为容器、罐、薄片、板、筛、网等形式。例如，在一个实施方案中，金属基底形成一基本为圆柱形的外壳。然而，应该理解的是，本发明可以使用任何几何形状，例如 D-形、矩形、三角形、棱形等。外壳可任选包括一盖子，用于覆盖阳极和电解质，盖子可由与外壳相同或不同的材料制成。不管其具体形式如何，基底通过对其表面的至少一部分喷射一磨料流来进行喷砂。除其它以外，喷砂物理上对表面施加压力，使表面变形，以在表面产生小的凹坑，使表面带凹坑并粗化。这些凹坑可以增大导电聚合物对金属基底的粘附程度。此外，喷砂可使凹坑以基本均勻的方式分布，使表面在肉眼可见水平基本光滑。基底的表面积也得到增大。 例如，在粗化之前，基底的表面积为约0. 05至约5平方厘米，在一些实施例中为约0. 1至约 3平方厘米，在一些实施例中，为约0. 5至约2平方厘米。经微粗化的表面面积与初始表面 (微粗化之前)面积的比率可类似地为约1至约5，并且在一些实施例中为约1. 1至约3。 表面积增加可使得在给定尺寸时阴极电容增加和/或在给定电容时，电容器的尺寸可以减
例如，参考图2，显示了金属基底200的一个实施方案，其经喷砂以形成具多个凹坑206的微粗化表面204。凹坑206的相对尺寸和间距随期望的电容器性质而变化。例如， 凹坑206的平均深度(“D”)可为约200至约2500纳米，在一些实施例中为约300至约2000 纳米，以及在一些实施例中为约500至约1500纳米。类似地，相邻凹坑206彼此隔开一段 “峰-峰”距离(“P”)，该距离为约20至约500微米，在一些实施例中为约30至约400微米，在一些实施例中为约50至约200微米。凹坑206的数量还可多至足以产生期望增加的表面积。例如，每100平方微米表面可具有1-20个凹坑，在一些实施例中，可具有2-15个凹坑，以及在一些实施例中，可具有3-10个凹坑。凹坑206可以均勻或非均勻排布在表面 202上。例如，凹坑206可以以间隔分开的方式存在于表面上，形成“岛状”结构。应该理解的是，并非整个基底表面均需进行喷砂。实际上，在某些实施例中，可能希望只对金属基底的一部分进行喷砂，使其余部分保持相对光滑，以用于连接密封机构。例如，在喷砂期间，基底的一部分可用掩盖装置(例如，套圈、胶带等)覆盖，使凹坑仅在期望的位置形成。例如， 当采用圆柱形基底时，可能需要使用基本为圆柱形的空心套圈来掩盖基底顶部。可选择性控制用来对表面进行喷砂的方法以实现期望的特征。合适的方法可包括例如，打砂(sandblasting)、喷丸、颗粒喷砂等。在这些方法中使用的磨料可不同并且可包括例如，陶瓷颗粒、金属颗粒、聚合物颗粒、液体(如水)等。打砂尤其适合在本发明中使用并通常包括将一陶瓷磨料流(如金刚砂、氧化铝、二氧化钛等)通过喷嘴喷射到基底表面。 磨料的尺寸可基于基底类型、采用的压力和所期望成品基底的质量进行选择。例如，磨料平均尺寸可为约20微米至约150微米。此外，磨料朝表面喷射的压力可为约1至约50磅/ 平方英寸，以及在一些实施例中为约10至约35磅/平方英寸，喷射时间为约1至约50秒， 在一些实施例中为约5至约40秒，以及在一些实施例中，为约10至约30秒。在这些条件下，还可以控制喷嘴离金属基底表面的距离，以形成期望的凹坑，例如，离基底表面大约0. 1 至约5英寸。在喷射磨料期间，喷嘴可以固定或相对基底移动。当喷射圆柱形外壳的内表面时，例如，可以旋转喷嘴，或喷嘴保持固定而旋转外壳。通常可采用一个或多个喷砂步骤。 一旦完成喷砂，通常除去(例如通过清洗基底)残留在金属基底表面上的任何磨料。B.导电涂层
如上文所述，在金属基底微粗化表面上形成一导电涂层。该导电涂层包含η-共轭且具有内在导电性(例如电导率至少约IPS · cm-1)的取代聚噻吩。在一个具体的实施方案中，取代聚噻吩具有通式(I)、通式(II)或两者的重复单元其中
A是任选C1-C5烯烃取代基(例如，亚甲基、乙烯基、正丙烯基、正丁烯基、正戊烯基等)； R是直链或支链的任选C1-C18烷基取代基(例如，甲基、乙基、正丙基或异丙基、正丁基、异丁基、仲丁基或叔丁基、正戊基、1-甲基丁基、2-甲基丁基、3-甲基丁基、1-乙基丙基、1，1- 二甲基丙基、1，2- 二甲基丙基、2，2- 二甲基丙基、正己基、正庚基、正辛基、2-乙基己基、正壬基、正癸基、正i^一烷基、正十二烷基、正十三烷基、正十四烷基、正十六烷基、正十八烷基等)；任选C5-C12环烷基取代基(如环戊基、环己基、环庚基、环辛基、环壬基、环癸基等)；任选C6-Cw芳基取代基(如苯基、萘基等)；任选C7-C18芳烷基取代基(如苄基， 邻、间、对-甲苯基、2，3-,2, 4-,2, 5-,2, 6、3，4-,3, 5- 二甲苯基、2，4，6-三甲苯基等)；任选 C1-C4羟烷基取代基或羟基取代基；以及
χ是0-8的整数，在一些实施例中，χ是0-2的整数，以及在一些实施例中，χ为0。“A” 或“R”的取代基实例包括，例如，烷基、环烷基、芳基、芳烷基、烷氧基、卤基、醚、硫醚、二硫化物、亚砜、砜、磺酸酯、氨基、醛、酮、羧酸酯(carboxylic acid ester)、羧酸、碳酸酯、羧酸盐 (carboxylate)、氰基、烷基硅烷和烷氧基硅烷基、羧酰胺基等。通式(I)或通式(II)或通式(I)和(II)的重复单元总数通常是2-2000，在一些实施例中是2-100。尤其适合的取代聚噻吩是其中“A”为任选C2-C3烯烃取代基且χ为0或1的那些取代聚噻吩。在一个具体实施方案中，取代聚噻吩是聚(3，4-乙烯二氧噻吩)(“PEDT”)， 它具有通式(II)的重复单元，其中“A”是CH2-CH2, “X”是0。用于形成此类聚合物的单体可根据需要改变。例如，尤其适合的单体是具有通式(III)、(IV)或两者的取代3，4-烯烃
权利要求
1.一种用于形成湿式电解电容器阴极的方法，该方法包括对金属基底喷射磨料以形成具有多个凹坑的微粗化表面；以及在微粗化表面上形成导电涂层，其中导电涂层包含内在导电的取代聚噻吩。
2.根据权利要求1所述的方法，其中凹坑的平均深度为约200至约2500纳米。
3.根据权利要求1所述的方法，其中凹坑的峰-峰距离为约30至约400微米。
4.根据权利要求1所述的方法，其中磨料包括陶瓷颗粒。
5.根据权利要求1所述的方法，其中磨料以约10至约35磅/平方英寸的压力喷射。
6.根据权利要求1所述的方法，其中磨料对金属基底喷射的时间为约10至约30秒。
7.根据权利要求1所述的方法，其中磨料通过喷嘴喷出。
8.根据权利要求7所述的方法，其中喷嘴相对基底转动。
9.根据权利要求1所述的方法，其中在涂覆前体溶液之前将磨料从表面除去。
10.根据权利要求1所述的方法，其中取代聚噻吩具有通式(I)、通式(II)或两者的重复单元
11.根据权利要求10所述的方法，其中A是任选取代的C2-C3烯烃取代基并且χ为0或
12.根据权利要求1所述的方法，其中取代聚噻吩为聚(3，4-乙烯二氧噻吩)。
13.根据权利要求1所述的方法，其中取代聚噻吩通过噻吩单体原位聚合形成。
14.根据权利要求1所述的方法，其中导电涂层包括颗粒的分散体，所述颗粒包括取代聚噻吩。
15.根据权利要求1所述的方法，其中金属基底包括钛、钽或其组合。
16.一种用于形成湿式电解电容器的方法，该方法包括 对金属基底喷射磨料以形成具有多个凹坑的微粗化表面；在微粗化表面上形成导电涂层，其中导电涂层包含内在导电的取代聚噻吩；以及将经涂覆的金属基底与阳极和电解质电连接，其中阳极由包括介电层的多孔阳极体形成。
17.一种湿式电解电容器，包括多孔阳极体，其包括通过阳极氧化形成的介电层； 液体电解质；金属外壳，阳极和液体电解质置于该金属外壳内，其中金属外壳限定了一内表面， 该内表面包括通过喷砂形成的多个凹坑；以及导电涂层，其设置在外壳内表面及其凹坑内，其中导电涂层包含聚(3，4-乙烯二氧噻吩)。
18.根据权利要求17所述的湿式电解电容器，其中涂层厚度为约0.2Mffl至约50Mm。
19.根据权利要求17所述的湿式电解电容器，其中阳极体包括钽、铌或其导电氧化物。
20.根据权利要求17所述的湿式电解电容器，其中金属基底包括钛、钽或其组合。
21.根据权利要求17所述的湿式电解电容器，其中液体电解质含水。
22.根据权利要求17所述的湿式电解电容器，其中液体电解质的pH为约4.5至约7.0。
23.根据权利要求17所述的湿式电解电容器，其中液体电解质包括硫酸。
24.根据权利要求17所述的湿式电解电容器，其中外壳基本为圆柱形。
全文摘要
本发明公开了一种湿式电解电容器，其包括一包含介电层的多孔阳极体、电解质和一包含经喷砂的金属基底的阴极。喷砂可以实现多个不同的目的。例如，喷砂可以使表面基本均匀并且肉眼可见光滑，从而提高其上形成的导电涂层的一致性。虽然具有一定程度的光滑性，但是经喷砂的表面经过微粗化使其含有多个凹坑。这些凹坑提供了增大的表面积，从而在给定尺寸时可以具有增大的阴极电容和/或在给定电容时，电容器尺寸可以减小。在经微粗化的表面上设有一包含取代聚噻吩的导电涂层。基底上存在的凹坑增加导电涂层和金属基底之间的接触程度，从而改善机械强度和电气性能(如降低等效串联电阻和漏电流)。
文档编号H01G9/145GK102403132SQ20111027350
公开日2012年4月4日 申请日期2011年9月15日 优先权日2010年9月16日
发明者D·H·德雷斯格, F·普里班, J·加尔瓦格尼, M·比乐, Z·L·西博尔德 申请人:Avx公司