機械穩定的固體電解電容器組件的制作方法

本發明涉及一種電容器組件，尤其是涉及一種機械穩定的固體電解電容器組件。

背景技術：

固體電解電容器(例如鉭電容器)對電子電路的微型化做出了重要貢獻，并使這種電路在極端環境中的應用成為可能。傳統的固體電解電容器是這樣形成的：在金屬引線周圍壓制金屬粉末(例如，鉭)、燒結壓制部件、對燒結的陽極進行陽極氧化，然后涂覆固體電解質。固體電解質通常采用本征導電的聚合物，因為它們具有等效串聯電阻(“esr”)低及“不燃燒/不著火”失效模式的優點。這種電解質可在催化劑和摻雜劑存在下，通過單體的原位聚合形成。或者，也可以使用預先制備的導電聚合物漿料。不管它們是如何形成的，導電聚合物電解質的一個問題是它們本質上比較弱，在電容器形成期間或在其操作期間，有時會導致電解質與介質層剝離。這在某些應用中尤其成為問題。例如，在開關電源、微處理器和數字電路應用中，通常要求電容器在較高的工作頻率下具有較低的噪聲。為了滿足這些要求，通常要求采用esr非常低的電容器。降低鉭電容器的esr的一種方法是在單電容器芯子內采用多個電容器元件。然而，不幸的是，由于電容器的強度較差及其分層傾向，在此類多陽極電容器中使用導電聚合物電解質的能力受到限制。

因此，需要一種具有良好的機械強度和電氣性能的固體電解電容器組件。

技術實現要素：

在本發明的一個實施例中，公開了一種電容器組件，它包括一第一固體電解電容器元件和一第二固體電解電容器元件，其中所述電容器元件包括一陽極、一通過陽極氧化形成的、覆蓋在陽極上的介質層及一覆蓋在介質層上的導電聚合物。所述電容器元件并列放置，第一個電容器元件與第二個電容器元件在某一方向相隔一定距離。該組件還包括一與所述第一電容器元件和第二電容器元件電連接的陽極端子及一與所述第一電容器元件和第二電容器元件電連接的陰極端子。在第一電容器元件和第二電容器元件之間基本填充有一種樹脂類材料。

在本發明的另一個實施例中，公開了一種形成電容器組件的方法。該方法包括將第一和第二電容器元件放置于一引線框架上，使第一電容器元件和第二電容器元件在某一方向上相隔一定距離。第一電容器元件和第二電容器元件與一陰極端子電連接，第一和第二電容器元件的陽極引線與一陽極端子電連接。電容器元件和各端子均放置在一個外殼內，并在外殼應用一種樹脂類材料，使其填充第一電容器元件和第二電容器元件之間的間隙。

本發明的其它特點和方面將在下文進行更詳細的說明。

附圖說明

本發明的完整和具體說明，包括對于本領域技術人員而言的最佳實施方式，將結合附圖在下面的說明書中作進一步描述。本發明的說明書及附圖中的重復使用的附圖標記表示相同或者相似部件或元件。其中：

圖1是本發明電容器組件的一個實施例的透視圖；

圖2是圖1所示電容器組件的局部俯視圖，其中示出了電容器元件和樹脂類材料；及

圖3是圖1所示電容器組件的局部主視圖，其中示出了電容器元件和樹脂類材料。

具體實施方式

對于本領域技術人員來說，下面的內容僅作為本發明的具體實施例，并不是對本發明保護范圍的限制。

總體來說，本發明涉及一種集成電容器組件，包含至少兩個與共同的陽極和陰極端子電連接的固體電解電容器元件。所述電容器元件包括一陽極、一通過陽極氧化形成且覆蓋在陽極上的介質層及一覆蓋在介質層上的導電聚合物固體電解質。各電容器元件彼此隔開一定距離，在各元件之間填充有樹脂類材料。本發明人認為，采用這種方式，樹脂類材料可以限制導電聚合物層的膨脹，從而使其基本不會從電容器元件上剝離。除具有機械穩定性之外，該電容器組件還具有良好的綜合電性能，如低esr、高電容和高介質擊穿電壓。

下面將更為詳細地說明本發明的各種實施例。

i.固體電解電容器元件

a.陽極

固體電解電容器元件的陽極可采用比電荷大約為5,000μf*v/g–300,000μf*v/g的閥金屬組合物形成。正如下文更為詳細的描述所示，本發明的電容器尤其適合用于高電壓的應用。這種高電壓部件通常要求形成相對較厚、可以在陽極顆粒的間隙和孔間增長的介質層。為了優化這種方式的介質增長能力，陽極可采用比電荷較低的粉末形成。也就是說，粉末的比電荷大約低于70,000微法拉*伏特/克(“μf*v/g”)，在一些實施例中大約為2,000μf*v/g-65,000μf*v/g，在一些實施例中大約為5,000-50,000μf*v/g。

閥金屬組合物包含一種閥金屬(即能夠氧化的金屬)或基于閥金屬的化合物，如鉭、鈮、鋁、鉿、鈦，以及它們的合金、氧化物、氮化物等。例如，閥金屬組合物可以包含鈮的導電氧化物，如鈮-氧原子比為1:1.0±1.0，在一些實施例中為1:1.0±0.3，在一些實施例中為1:1.0±0.1，在一些實施例中為1:1.0±0.05的鈮的氧化物。例如，鈮的氧化物可以是nbo0.7、nbo1.0、nbo1.1和nbo2。在優選的實施例中，組合物包含nbo1.0，這種一種導電的鈮氧化物，即使在高溫燒結后仍能保持化學穩定。這種閥金屬氧化物的實例在fife的專利號為6,322,912、fife等人的專利號為6,391,275、6,416,730、fife的專利號為6,527,937、kimmel等人的專利號為6,576,099、fife等人的專利號為6,592,740、kimmel等人的專利號為6,639,787、7,220,397的美國專利，及schnitter的申請公開號為2005/0019581、schnitter等人的申請公開號為2005/0103638及thomas等人的申請公開號為2005/0013765的美國專利申請中均有所描述，對于所有目的以上專利均以全文的形式引入本專利中作為參考。

通常可以采用常規的制造程序來形成陽極主體。在一個實施例中，首先選擇具有某種粒徑的鉭或鈮的氧化物粉末。例如，顆粒可以是片狀、角狀、節狀及上述混合體或者變體。顆粒的篩分粒度分布至少為大約60目，在一些實施例中大約為60目到325目，一些實施例中大約為100目到200目。進一步來說，比表面積大約為0.1-10.0m²/g，在一些實施例中大約為0.5-5.0m²/g，在一些實施例中大約為1.0-2.0m²/g。術語“比表面積”是指按照《美國化學會志》1938年第60卷309頁上記載的bruanauer、emmet和teller發表的物理氣體吸附法(b.e.t.)測定的表面積，吸附氣體為氮氣。同樣，體積(或者斯科特)密度一般大約為0.1-5.0g/cm³，在一些實施例中大約為0.2-4.0g/cm³，一些實施例中大約為0.5-3.0g/cm³。

為了便于制造陽極，在導電顆粒中還可以加入其它成分。例如，導電顆粒可選擇性的與粘結劑與/或潤滑劑混合，以保證在壓制成陽極體時各顆粒彼此適當粘結在一起。合適的粘結劑包括樟腦、硬脂酸和其它皂質脂肪酸、聚乙二醇(carbowax)(聯合碳化物公司)、甘酞樹脂(glyptal)(美國通用電氣公司)、萘、植物蠟以及微晶蠟(精制石蠟)、聚合物粘結劑(例如聚乙烯醇、聚(乙基-2-唑啉)等)。粘結劑可在溶劑中溶解和分散。溶劑實例包括水、醇等。使用時，粘結劑和/或潤滑劑占總質量的重量百分比大約為0.1％-8％。但是，應該理解的是，本發明并不一定需要使用粘合劑和潤滑劑。

得到的粉末可以采用任一種常規的粉末壓模機壓緊。例如，壓模機可為采用一模具和一個或多個模沖的單站壓模機。或者，還可采用僅使用單模具和單下模沖的砧型壓模機。單站壓模機有幾種基本類型，例如，具有不同生產能力的凸輪壓力機、肘桿式壓力機/肘板壓力機和偏心壓力機/曲柄壓力機，例如可以是單動、雙動、浮動模壓力機、可移動平板壓力機、對置柱塞壓力機、螺旋壓力機、沖擊式壓力機、熱壓壓力機、壓印壓力機或精整壓力機。必要時，在壓制后，可在某一溫度(例如，大約150℃-500℃)、真空條件下對顆粒加熱幾分鐘，脫除任何粘結劑/潤滑劑。或者，也可以采用將顆粒與水溶液接觸來脫除粘結劑/潤滑劑，如bishop等人的專利號為6,197,252的美國專利所述。對于所有目的此專利以全文的方式引入本專利中作為參考。

壓制的陽極主體的厚度相對較薄，例如大約等于或小于4毫米，在一些實施例中，大約為0.05-2毫米，在一些實施例中，大約為0.1-1毫米。也可以選擇陽極主體的形狀，以提高電容器的電氣性能。例如，陽極體可以為彎曲形狀、正弦曲線形狀、長方形、u形、v形等。陽極體還可以為“槽”形，槽內包括一個或多個溝槽、凹槽、凹陷或者壓痕，以增加表面積-體積比，使esr最小化并延長電容的頻率響應。上述“槽”在webber等人的美國專利6,191,936，maeda等人的美國專利5,949,639、bourgault等人的美國專利3,345,545及hahn等人申請公開號為2005/0270725的美國專利中有所描述，對于所有目的上述專利以全文的方式引入本專利中作為參考。

必要時，還可將一陽極引線與陽極主體連接。該陽極引線可以是線、片等形式，可以采用閥金屬化合物如鉭、鈮、鈮氧化物等形成。引線的連接可以采用已知的技術完成，如將引線焊接到陽極主體上或在陽極主體形成期間將引線嵌入到陽極主體內。

b.介質

可對陽極主體進行陽極氧化，以在陽極上面和/或陽極內形成一層介質層。陽極氧化是一種電化學過程，通過此過程，陽極被氧化，形成介電常數相對較高的材料。例如，鉭陽極可經陽極氧化變為五氧化二鉭(ta2o5)。一般來說，陽極氧化首先是在陽極上涂覆電解液，例如將陽極浸到電解液中。電解液通常為液體的形式，比如溶液(例如，水溶液或者非水溶液)、分散體、熔體等。電解液中通常采用溶劑，例如水(例如，去離子水)；醚(例如，二乙醚和四氫呋喃)；醇(例如，甲醇、乙醇、正丙醇、異丙醇和丁醇)；甘油三酸酯；酮(例如,丙酮、甲基乙基酮和甲基異丁基酮)；酯(例如,乙酸乙酯、醋酸丁酯、二乙二醇乙醚乙酸酯和丙二醇甲醚乙酸酯)；酰胺(例如,二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二甲基辛/癸脂肪酸酰胺和n-烷基吡咯烷酮)；腈(例如,乙腈、丙腈、丁腈和芐腈)；亞砜或砜(例如,二甲亞砜(dmso)和環丁砜)等。上述溶劑大約占電解液的質量百分比為約50wt％-99.9wt％，在一些具體實施例中大約為75wt％-99wt％，一些實施例中大約為80wt％-95wt％。雖然不是必須的，但是，為了得到需要的氧化物，經常采用水溶劑(例如，水)。實際上，水可以占電解液所用溶劑的質量百分比為大約50wt％或以上，在一些實施例中，大約占70wt％或以上，在一些實施例中大約占90wt％-100wt％。

電解液具有離子導電性，其在溫度25℃時測定的離子電導率大約為1毫西門子/厘米(ms/cm)或以上，在一些實施例中，離子電導率大約為30ms/cm或以上，在一些實施例中，大約為40ms/cm-100ms/cm。為了增強電解液的離子電導率，可以采用能夠在溶劑中離解形成離子的化合物。用于此目的的合適的離子化合物包括，例如，酸，如鹽酸、硝酸、硫酸、磷酸、多磷酸、硼酸、有機硼酸(boronicacid)等；有機酸，包括羧酸，如丙烯酸、甲基丙烯酸、丙二酸、琥珀酸、水楊酸、磺基水楊酸、己二酸、馬來酸、蘋果酸、油酸、五倍子酸、酒石酸、檸檬酸、甲酸、乙酸、乙醇酸、草酸、丙酸、鄰苯二甲酸、間苯二甲酸、戊二酸、.葡糖酸、乳酸、天冬氨酸、谷氨酸、衣康酸,三氟乙酸、巴比妥酸、肉桂酸、苯甲酸、4-羥基苯甲酸、氨基苯甲酸等；磺酸，例如甲磺酸、苯磺酸、甲苯磺酸、三氟甲磺酸、苯乙烯磺酸、萘二磺酸、羥基苯磺酸、十二烷基磺酸、十二烷基苯磺酸等；聚合物酸，例如，聚(丙烯酸)或聚(甲基丙烯酸)及其共聚物(例如，馬來酸-丙烯酸共聚物、磺酸-丙烯酸共聚物、苯乙烯-丙烯酸共聚物)、角叉菜酸、羧甲基纖維素、藻酸等。選擇離子化合物的濃度，以得到要求的離子電導率。例如，酸(例如磷酸)占電解液的質量百分比大約為0.01wt％-5wt％，在一些實施例中大約為0.05wt％-0.8wt％，在一些實施例中大約為0.1wt％-0.5wt％。必要時，電解液中也可使用離子化合物的混合物。

電流通過電解液，形成介質層。電壓值決定介質層的厚度。例如，電源開始可設定在恒電流模式，直到達到所需的電壓值。然后，電源可轉到恒電位模式以確保在陽極表面上形成所期望的介電層厚度。當然，也可以采用其它已知的方法，如恒電位脈沖法或恒電位階躍法。電壓一般大約為4-200v，在一些實施例中，大約為9-100v。在陽極氧化期間，電解液保持在較高溫度，例如，大約30℃或以上，在一些實施例中，大約為40℃-200℃，在一些實施例中，大約為50℃-100℃。陽極氧化也可在室溫或更低溫度下進行。所得到的介質層可在陽極表面形成或在陽極孔內形成。

c.固體電解質

固體電解質覆蓋在介質層上面，并且由一層或多層導電聚合物層形成。導電聚合物層采用的導電聚合物通常是π-共軛的，并在氧化或還原后具有本征導電性，例如，氧化后電導率大約至少為1μscm^-1。此類π-共軛的導電聚合物的實例包括，例如，聚雜環類(例如聚吡咯；聚噻吩、聚苯胺等)；聚乙炔；聚-對苯撐；聚苯酚鹽等。合適的聚噻吩包括，例如，聚噻吩及其衍生物，如聚(3,4-乙烯基二氧噻吩)(“pedt”)。在一個特定實施例中，采用具有通式(i)或通式(ii)的重復單元或具有通式(i)和通式(ii)的重復單元的聚噻吩衍生物：

式中：

a是c1-c5的選擇性取代的烯烴基(例如，亞甲基、乙烯基、正丙烯基、正丁烯基、正戊烯基等)；

r是線性或支鏈的c1-c18的選擇性取代的烷基(例如，甲基、乙基、正丙基或異丙基、正丁基、異丁基、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、正十一烷基、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)；c5-c12的選擇性取代的環烷基(如環戊基、環己基、環庚基、環辛基、環壬基、環癸基等)；c6-c14的選擇性取代的芳基(如苯基、萘基等)；c7-c18的選擇性取代的芳烷基(如芐基，鄰、間、對-甲苯基、2,3-、2,4-、2,5-、2-6、3-4-、3,5-二甲苯基、三甲苯基等)；任選c1-c4的選擇性取代的羥烷基或羥基；及

x是0-8的整數，在一些實施例中，是0-2的整數，在一些實施例中，x是0。“a”或“r”的取代基實例包括，例如，烷基、環烷基、芳基、芳烷基、烷氧基、鹵素、醚、硫醚、二硫化物、亞砜、砜、磺酸酯、氨基、醛、酮、羧酸酯、羧酸、碳酸酯、羧酸酯、氰基、烷基硅烷基團和烷氧基硅烷基團、羧酰胺基團(carboxylamidegroup)等。

通式(i)或通式(ii)或通式(i)和(ii)的重復單元的總數量通常是2-2000，在一些實施例中是2-100。

尤其適合的聚噻吩衍生物是那些a為c2-c3的選擇性取代的烯烴基且x是0或1的衍生物。在一個特定的實施例中，聚噻吩衍生物是pedt，具有式(ii)的重復單元，其中“a”是ch2-ch2，“x”是0。形成所述聚噻吩衍生物的方法是本領域所熟知的，例如，merker等人的美國專利6,987,663中有所描述，對于所有目的該專利以全文的方式引入本專利中作為參考。例如，聚噻吩衍生物可由單體前體，如選擇性取代的噻吩形成。尤其適合的單體前體是具有通式(iii)、(iv)或通式(iii)和(iv)的噻吩混合物的取代3,4-烯烴基二氧噻吩：

式中a、r和x的定義如上文所述。

此類單體前體實例包括，例如，選擇性取代3,4-乙烯基二氧噻吩。也可以采用這些單體前體的衍生物，例如上述單體前體的二聚體或三聚體。分子量較高的衍生物，如單體前體的四聚體、五聚體等也適合用于本發明。衍生物可以由相同的或不同的單體單元構成，可以以純組分形式及與另一種衍生物與/或單體前體的混合物的形式使用。還可以使用這些前體的氧化或還原形式。

為了得到所需的導電聚合物，如上文所述的單體前體，通常需要在氧化劑存在的條件下進行氧化聚合。氧化劑可以采用過渡金屬鹽，如包含鐵(iii)、銅(ii)、鉻(vi)、鈰(iv)、錳(iv)、錳(vii)或釕(iii)陽離子的無機或有機酸鹽。尤其適合的過渡金屬鹽包括鐵(iii)陽離子，如鐵(iii)鹵化物(如fecl3)或鐵(iii)的其它無機酸鹽，如fe(clo4)3或fe2(so4)3及鐵(iii)的有機酸鹽和包含有機自由基的無機酸的鐵鹽(iii)。鐵(iii)的帶有機自由基的無機酸鹽實例包括，例如，c1-c20烷醇的硫酸單酯的鐵(iii)鹽(如月桂基硫酸鐵(iii)鹽)。同樣，有機酸鐵(iii)鹽實例包括，例如，c1-c20烷基磺酸鐵(iii)鹽(例如，甲烷磺酸、乙烷磺酸、丙烷磺酸、丁烷磺酸或十二烷基磺酸)；脂肪族全氟磺酸鐵(iii)鹽(如三氟甲烷磺酸、全氟丁烷磺酸或全氟辛烷磺酸)；脂肪族c1-c20羧酸鐵(iii)鹽(2-乙基己基羧酸)；脂肪族全氟羧酸鐵(iii)鹽(如三氟乙酸或全氟辛酸)；被c1-c20烷基選擇性取代的芳香族磺酸鐵(iii)鹽(如苯磺酸、鄰-甲苯磺酸、對-甲苯磺酸或十二烷基苯磺酸)；環烷烴磺酸鐵(iii)鹽(如樟腦磺酸)等。也可以使用上文提到的鐵(iii)鹽的混合物。對甲苯磺酸鐵(iii)、鄰甲苯磺酸鐵(iii)及其混合物，尤其適合本發明。

可以采用各種方法將固體電解質涂覆在陽極部件上面。在一個實施例中，可以按順序或同時涂覆氧化劑和單體前體，在部件上原位進行聚合反應。合適的用于形成導電聚合物層的涂覆技術包括絲網印刷、浸漬、電泳涂層和噴涂等。舉例而言，單體前體(如3,4-乙烯基二氧噻吩)可以首先與氧化劑混合形成溶液。一種合適的氧化劑是clevios^tmc，它是h.c.starck公司銷售的甲苯-磺酸鐵iii。clevios^tmc是clevios^tmm的商業催化劑。clevios^tmm是3,4-乙烯基二氧噻吩，它也是h.c.starck公司銷售的一種pedt單體。混合物一旦形成，然后，可將陽極部件浸入到溶液中，這樣，聚合物在陽極部件表面形成。或者，氧化劑和前體也可以分開涂覆到陽極部件上。在一個實施例中，例如，氧化劑可以溶解在有機溶劑(例如，丁醇)中，然后，以浸漬溶液的形式涂覆到陽極部件上。然后，干燥陽極部件，脫除其上的溶劑。然后，將陽極部件浸到包含合適單體的溶液中。

由于單體與包含氧化劑的陽極部件表面接觸，陽極表面上可能發生化學聚合。根據使用的氧化劑和要求的反應時間，聚合大約在溫度-10℃-250℃條件下進行，在一些實施例中大約在0℃-200℃的條件下進行。合適的聚合方法，例如如上所述，在biler的公開號為2008/232037的美國專利中有更詳細的說明。涂覆此類導電聚合物涂層的其它方法，在sakata等人的專利號為5,457,862、5,473,503、5,729,428的美國專利和kudoh等人的專利號為5,812,367的美國專利中有所說明，對于所欲目的上述專利以全文的形式引入本專利中作為參考。

除原位涂覆外，固體電解質還可以以預聚合的固體導電聚合物顆粒分散體的形式涂覆到部件上。雖然其粒徑可能不同，但是，一般要求粒徑較小，以增加粘附到陽極部件上的表面積。例如，顆粒平均粒徑大約為1-500納米，在一些實施例中大約為5-400納米，在一些實施例中大約為10-300納米。顆粒的d90值(粒徑小于或等于d90值的顆粒占所有固體顆粒總體積的90％)大約等于或小于15微米，在一些實施例中大約等于或小于10微米，在一些實施例中大約為1納米–8微米。顆粒的直徑可采用已知的方法測定，如超速離心法、激光衍射法等。

導電聚合物形成顆粒形態的過程可采用獨立的反離子中和帶電的導電聚合物(例如聚噻吩)來加強。也就是說，固體電解質中使用的導電聚合物(例如，聚噻吩或其衍生物)聚合物主鏈上的電荷通常是中性的或帶正電荷(陽離子)。例如，聚噻吩衍生物通常在主聚合物鏈上攜帶正電荷。在一些情況下，聚合物在結構單元中可能具有正電荷和負電荷，正電荷位于主鏈上，而負電荷選擇性的位于“r”取代基上，如磺酸酯基團或羧酸酯基團。主鏈的正電荷可以被“r”上選擇性存在的陰離子基團部分或全部中和。從整體來看，在這些情形中，聚噻吩可以是陽離子、中性粒子或甚至是陰離子。但是，因為聚噻吩主鏈帶正電荷，它們全都被視為陽離子聚噻吩。

反離子可以是單體陰離子或聚合物陰離子。聚合物陰離子，例如，是聚羧酸(如聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、聚馬來酸等)的陰離子；聚磺酸(如聚苯乙烯磺酸(“pss”)，聚乙烯基磺酸等)的陰離子等。所述酸還可以是共聚物，如乙烯基羧酸和乙烯基磺酸與其它可聚合單體，如丙烯酸酯和苯乙烯的共聚物。同樣，合適的單體陰離子包括，例如，c1-c20烷基磺酸(如十二烷基磺酸)的陰離子；脂肪族全氟磺酸(如三氟甲烷磺酸、全氟丁烷磺酸或全氟辛烷磺酸)的陰離子；脂肪族c1-c20羧酸(2-乙基己基羧酸)的陰離子；脂肪族全氟羧酸(如三氟乙酸或全氟辛酸)的陰離子；被c1-c20烷基選擇性取代的芳香族磺酸(如苯磺酸、鄰-甲苯磺酸、對-甲苯磺酸或十二烷基苯磺酸)；環烷烴磺酸(如樟腦磺酸或四氟硼酸鹽、六氟磷酸鹽、高氯酸鹽、六氟銻酸鹽、六氟砷酸鹽或六氯銻酸鹽)的陰離子等。特別適合的反離子是聚合陰離子，如聚羧酸或聚磺酸(如聚苯乙烯磺酸(“pss”)。此類聚合陰離子的分子量一般大約為1,000-2,000,000，在一些實施例中，大約為2,000-500,000。

使用時，在給定固體電解質層中的此類反離子和導電聚合物的重量比一般大約為0.5:1-50:1，在一些實施例中大約為1:1–30:1，在一些實施例中大約為2:1-20:1。假設單體在聚合期間完全轉化，上述重量比中提到的導電聚合物的重量指的是所使用單體部分的重量。

除導電聚合物和任選的反離子之外，分散體還可以包含一種或多種粘結劑，進一步增強聚合層的粘附性質，還可提高分散體內顆粒的穩定性。該粘結劑可以是有機的，如聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚氯乙烯、聚醋酸乙烯酯、聚乙烯丁酸酯、聚丙烯酸酯、聚丙烯酰胺、聚甲基丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酰胺、聚丙烯腈、苯乙烯/丙烯酸酯、乙酸乙烯酯/丙烯酸酯和乙烯/乙酸乙烯酯共聚物、聚丁二烯、聚異戊二烯、聚苯乙烯、聚醚、聚酯、聚碳酸酯、聚氨酯、聚酰胺、聚酰亞胺、聚砜、三聚氰胺-甲醛樹脂、環氧樹脂、硅酮樹脂或纖維素。還可采用交聯劑來增強粘結劑的粘附能力。此類交聯劑包括，例如，三聚氰胺化合物、封閉異氰酸酯或功能硅烷，如3-縮水甘油氧基丙基三烷基硅烷、四乙氧基硅烷和四乙氧基硅烷水解產物或可交聯的聚合物，如聚氨酯、聚丙烯酸酯或聚烯烴和隨后的交聯。

還可以使用分散劑，以促進固體電解質的形成和增強將其涂覆到陽極部件上的能力。合適的分散劑包括溶劑，如脂肪醇(如甲醇、乙醇、異丙醇和丁醇)、脂肪酮(如丙酮、甲基乙基酮)、脂肪族羧酸酯(如乙酸乙酯和乙酸丁酯)、芳香烴(如甲苯和二甲苯)、脂肪烴(如己烷、庚烷和環己烷)、氯代烴(如二氯甲烷和二氯乙烷)、脂肪腈(如乙腈)、脂肪族亞砜和砜(如二甲基亞砜和環丁砜)、脂肪族羧酸酰胺(如甲基乙酰胺、二甲基乙酰胺和二甲基甲酰胺)、脂肪醚和芳脂醚(如二乙醚和苯甲醚)、水及上述任何溶劑的混合物。尤其合適的分散劑是水。

除上文提到的之外，在分散體中還可以使用其它成分。例如，還可以使用傳統填料，填料粒徑大約為10納米-100微米，在一些實施例中大約為50納米–50微米，在一些實施例中大約為100納米–30微米。此類填料的實例包括碳酸鈣、硅酸鹽、二氧化硅、硫酸鈣或硫酸鋇、氫氧化鋁、玻璃纖維或玻璃球、木屑、纖維素粉、碳黑、導電聚合物等。填料可以以粉末形式加入到分散體中，但是，也可以采用其它形式，如纖維。

在分散體中還可以使用表面活性物質，如離子型或非離子型表面活性劑。此外，還可以使用粘合劑，如有機功能硅烷或其水解產物，如3-縮水甘油氧基丙基三烷氧基硅烷、3-氨基丙基-三乙氧基硅烷、3-巰基丙基-三甲氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷或辛基三乙氧基硅烷。分散體還可以包含增強導電性的添加劑，如含醚基化合物(如四氫呋喃)、含內酯基化合物(如γ-丁內酯或γ-戊內酯)、含酰胺基或內酰胺基化合物(如己內酰胺、n-甲基己內酰胺、n,n-二甲基乙酰胺、n-甲基乙酰胺、n,n-二甲基甲酰胺(dmf)、n-甲基酰胺、n-甲基甲酰苯胺、n-甲基吡咯烷酮(nmp)、n-辛基吡咯烷酮或吡咯烷酮)；砜和亞砜(如環丁砜(四甲撐砜)或二甲基亞砜(dmso))、糖或糖的衍生物(如蔗糖、葡萄糖、果糖或乳糖)、糖醇(如山梨糖醇或甘露醇)、呋喃衍生物(如2-呋喃羧酸或3-呋喃羧酸)和醇(如乙二醇、甘醇、二甘醇或三甘醇)。

聚合分散體可以采用各種已知的方法涂覆到部件上，如旋涂、浸漬、傾倒、滴加、注射、噴涂、刮涂、刷涂或印刷(如噴墨、絲網印刷或移印)。雖然，根據采用的涂布技術，分散體的粘度可能會有所不同，但是，其粘度一般大約為0.1-100,000mpa·s(在剪切速率100s^-1時測定)，在一些實施例中大約為1-10,000mpa·s，在一些實施例中大約為10-1,500mpa·s，在一些實施例中大約為100-1000mpa·s。一旦涂覆完成，即可對該層進行干燥和清洗。

采用這種分散體的一個好處是其能夠滲透到電容器器身的邊緣地區，提高介質的粘附性。這樣就可以得到機械穩定性更強的部件，降低等效串聯電阻和漏電流。這種分散體還可將原位聚合期間產生的離子族(如fe²⁺或fe³⁺)降到最低。在高電場條件下，由于離子遷移，這些離子族會導致介質擊穿。因此，以分散體的形式涂覆導電聚合物，而不是通過原位聚合涂覆，得到的電容器具有相對較高的“擊穿電壓”(電容器失效時的電壓)，如大約等于或大于60v，在一些實施例中是大約等于或大于80v，在一些實施例中是大約等于或大于100v，在一些實施例中大約是120-200v。擊穿電壓是以3v的增量增加施加電壓，直到漏電流達到1ma時測定的。

如上所述，可形成一層或多層固體電解質。當采用多層固體電解質時，它們可以通過原位形成的導電聚合物形成與/或通過聚合分散體形成。每層可采用一種或多種涂布步驟形成。不管采用多少層，所得到的固體電解質的總厚度一般大約為1μm-200μm，在一些實施例中大約為2μm-50μm，在一些實施例中大約為5μm-30μm。

固體電解質層還可在涂布到陽極部件上時進行愈合(heal)。愈合可以在固體電解質層每次涂布之后進行或在整個涂層涂布完成之后進行。在一些實施例中，例如，固體電解質可通過將顆粒浸入到電解質溶液，例如，酸溶液中，然后，對溶液施加恒定的電壓，直到電流降低到預先選擇的水平進行愈合。必要時，這種愈合可在多個步驟中完成。在涂布上述一些層或所有層后，必要時，可清洗顆粒，除去各種副產品、多余氧化劑等。此外，在某些情況下，在上述某些或全部浸漬操作后可進行干燥。例如，在涂布氧化劑與/或清洗顆粒后，可能需要干燥，以打開顆粒的孔，使它在后面的浸漬步驟中能夠接收液體。

e.外部涂層

固體電解電容器元件還可包含一層覆蓋在固體電解質上面的外部涂層。外部涂層可包含至少一種炭質層和至少一種覆蓋在炭質層上的金屬層。金屬層可作為電容器的可焊接性的導體、接觸層與/或電荷收集器。金屬層可由導電金屬形成，如銅、鎳、銀、鋅、錫、鈀、鉛、鋁、鉬、鈦、鐵、鋯、鎂，以及其它們的合金。銀是尤其適合用于此金屬層的導電金屬。炭質層可限制金屬層和固體電解質之間的接觸。這種接觸會增加電容器的電阻。炭質層可采用各種已知的含碳材料形成，例如石墨、活性碳、碳黑等。炭質層的厚度一般大約為1μm-50μm，在一些實施例中大約為2μm-30μm，在一些實施例中大約為5μm-10μm。同樣，金屬層的厚度一般大約為1μm-100μm，在一些實施例中大約為5μm-50μm，在一些實施例中大約為10μm-25μm。

ii.樹脂類材料

本發明采用樹脂類材料填充兩個或多個并列電容器元件之間的間隙。正如本技術領域所熟知的那樣，同理，可以采用相同或不同的材料封裝或遮蓋電容器元件，形成電容器組件的保護外殼。雖然可以使用任何樹脂類材料，但是，通常要求使用可以固化的熱固性樹脂，如環氧樹脂、三聚氰胺樹脂、馬來酰亞胺樹脂、聚酰亞胺樹脂、酚醛樹脂等。環氧樹脂尤其適合用于本發明。合適的環氧樹脂實例包括，例如，縮水甘油醚型環氧樹脂，如雙酚a型環氧樹脂、雙酚f型環氧樹指、線形酚醛環氧樹脂、鄰甲酚酚醛環氧樹脂、溴化環氧樹脂和聯苯型環氧樹脂、脂環族環氧樹脂、縮水甘油酯型環氧樹脂、縮水甘油胺型環氧樹脂、甲酚酚醛環氧樹脂、萘型環氧樹脂、芳烷基酚型環氧樹脂、環戊二烯型環氧樹脂、雜環環氧樹脂等。在樹脂類材料中還可以使用其它添加劑，如固化劑、光引發劑、粘度改進劑、助懸浮劑、顏料、應力降低劑、偶聯劑(如硅烷偶聯劑)、非導電填料(如粘土、二氧化硅、氧化鋁等)和穩定劑等。

iii.電容器元件的組裝

如上所述，在本發明中，可以使用任意數量的固體電解電容器元件。例如，電容器組件可包含2-8個(如2、3或4個)電容器元件，在一些實施例中，包含2-4個電容器元件，在一個特殊的實施例中，包含2個電容器元件。

參照圖1-3，圖中示出了電容器組件64的一個特殊實施例，它包含了兩個電容器元件，這里將進行更詳細的說明。更具體地說，電容器組件64包括與第二固體電解電容器元件24電連接的第一固體電解電容器元件22。在此實施例中，兩個電容器元件具有普通的直角菱形形狀，并對齊，這樣，其主表面(即具有最大面積的表面)彼此并置。也就是說，由其寬度(-x方向)和長度(-y方向)定義的固體電解電容器元件22的表面90面對固體電解電容器元件24的對應主表面80。電容器元件22和24可垂直排列，其中表面80和表面90位于一個與-z方向大體上平行的平面中；并且可水平排列，其中表面80和表面90位于一個與-z方向大體上垂直的平面中。在所述實施例中，例如，電容器元件22和24垂直放置在一個與-z方向平行的平面中。應該理解的是，電容器元件22和電容器元件24并不需要向同一個方向延伸。例如，電容器元件22的表面90可位于一個與-x方向大體上垂直的平面中，而電容器元件24的表面80可位于一個與-y方向大體上垂直的平面內。然而，更合適的是兩個電容器元件22和24實際上向相同的方向延伸。

不管其特定的幾何排列如何，各電容器元件在某一方向彼此隔開一定距離，這樣，可在各電容器之間填充樹脂類材料。電容器元件的間隔距離通常要足夠大，以提供所需的對導電聚合物層的穩定性影響，然而又要足夠小，以避免顯著降低容積效率。例如，兩個并置電容器元件之間的距離和電容器組件的總體尺寸(元件隔開方向的尺寸)之比通常大約為0.01-0.1，在一些實施例中大約為0.01-0.05，在一些實施例中大約為0.015-0.02。如圖1-3所示，例如，電容器元件22和24在–x方向彼此分開的距離為“d”。在此實施例中，前述比值是將距離“d”除以電容器組件64在-x方向的寬度定義。當然，根據電容器組件的外殼大小，各元件分開的實際距離通常會有所變化。僅作為實例來說，兩個電容器元件分開的距離大約為40-100微米，在一些實施例中大約為50-90微米，在一些實施例中大約為60-70微米。

除固體電解電容器元件本身之外，電容器組件還包含一陽極端子，各電容器元件的陽極引線與陽極端子電連接。一般說來，各陽極引線大體上彼此平行，并朝向同一側。采用這種方式，陽極引線并列放置，通過引線與陽極端子連接提高效率。陽極引線還可大體上水平對齊放置(如在-y方向)，可以增強電容器組件的尺寸穩定性。例如，可通過將一根陽極引線與陽極端子的上部區域連接，而另一根陽極引線與陽極端子的下部區域連接而實現這一點。電容器組件還包含一陰極端子，其與固體電解電容器元件的陰極電連接。

可以采用任何導電材料來形成這些端子，如導電金屬(如銅、鎳、銀、鋅、錫、鈀、鉛、鋁、鉬、鈦、鐵、鋯、鎂，以及它們的合金)。尤其適合的導電金屬包括，例如銅、銅合金(例如銅-鋯、銅-鎂、銅-鋅或銅-鐵)、鎳及鎳合金(如鎳-鐵)。通常選擇端子的厚度，以降低電容器的厚度。例如，端子的厚度大約為0.05-1毫米，在一些實施例中大約為0.05-0.5毫米，大約為0.07-0.2毫米。端子可以采用本領域已知的任何技術連接，如焊接、粘合劑粘接等。在一個實施例中，例如，首先在陽極與/或陰極端子表面涂導電粘合劑。導電粘合劑包括，例如，樹脂組合物中包含的導電金屬顆粒。金屬顆粒是銀、銅、金、鉑、鎳、鋅、鉍等。樹脂組合物包括熱固性樹脂(如環氧樹脂)、固化劑(如酸酐)和偶聯劑(如硅烷偶聯劑)。合適的導電粘合劑在osako等專利申請公開號為2006/0038304的美國專利中有所說明，對于所有目的其全文以引用的方式并入本專利中作為參考。

重新參照圖1-3，例如，圖中示出了固體電解電容器元件22和24，它們平行連接至共同的電端子72和62，構成電容器組件64。更具體地說，電容器組件64包含一與電容器元件22和24的陰極電連接的陰極端子72。在此具體實施例中，陰極端子72一開始位于一基本與電容器元件底面平行的平面中。然而，正如下文更詳細的討論中所述，隨后，陰極端子72可在封裝后彎曲，以構成用于安裝的暴露部分。因此，雖然陰極端子72的一部分通常保持與底面平行，但是，根據其彎曲的方式，在最終電容器組件64中，暴露部分可為多種角度(如垂直)。

電容器組件64還包括一由第一部件65和第二部件67構成的陽極端子62。如圖1所示，第一部件65與第二部件67是一體的。然而，應該理解的是，這些部件65和67可以是直接或借助其它導電元件(如金屬)連接在一起的分立部件。在圖示的實施例中，第一部件65首先放置在與電容器元件底面基本平行的平面上。然而，如上所述，第一部件65隨后可以彎曲，構成安裝端子。陰極端子62的第二部件67通常首先放置在與電容器元件底面基本垂直的平面上。第二部件67具有一與陽極引線6a連接的上部區域51和一與陽極引線6b連接的下部區域53。如圖所示，第二部件67保持陽極引線6a和6b大體上水平對齊(即在-x方向)，以進一步增強電容器組件64的尺寸穩定性。區域51和53可以為“u形”，進一步增大引線6a和6b的表面接觸和機械穩定性。

一旦連接好，電容器元件、陽極端子和陰極端子可放置在一外殼內，外殼可具有任何所需的尺寸，如“d”外殼(7.3mmx4.3mmx2.9mm)、“e”外殼(7.3mmx4.3mmx4.1mm)、“v”外殼(7.3mmx6.1mmx3.5mm)或“y”外殼(7.3mmx4.3mmx2.0mm)。所述外殼可填充樹脂類材料，以使其在電容器元件之間和周圍流動。然后，樹脂類材料可以采用本領域已知的方法固化，構成堅固的保護套。重新參照圖1-3，例如，電容器組件64包含一由樹脂類材料58構成的保護套59，所述樹脂類材料位于電容器元件22和24之間和周圍。封裝后，對陽極端子62和陰極端子67的暴露部分(圖中未示出)進行修剪，并沿保護套59彎曲(如以將近90°彎曲)。采用這種方式，完成的電容器組件64的暴露部分可構成j-形引腳，不過根據本發明，也可以形成任何其它已知的形狀。

因此，本發明可以形成具有優異電性能的電容器組件。電容器組件的等效串聯電阻大約等于或小于100毫歐姆，在一些實施例中大約等于或小于50毫歐姆，在一些實施例中大約為0.1–35毫歐姆。等效串聯電阻在2.2伏特直流偏壓，0.5伏特峰-峰正弦信號、無諧波、頻率100khz條件下測定。同時可以相信電容器組件的損耗因數(df)也可以保持在相對較低的水平。損耗因數(df)通常指電容器組件出現的損耗，通常以理想性能的百分數表示。例如，在頻率120hz條件下測定時，本發明電容器組件的損耗因數通常大約等于或小于10％，在一些實施例中，大約為0.1％-5％。此外，漏電流通常指的是從一個導體通過一個絕緣體流向附近一個導體的電流，它也可以保持在相對較低的水平。例如，漏電流大約等于或小于2μa，在一些實施例中大約等于或小于1μa，在一些實施例大約為0.01-0.5μa。同樣，在頻率120hz條件下測定時，電容器組件的電容大約為1-100μf，在一些實施例中大約為150-1,500μf，在一些實施例中大約為200-800μf。

通過下述實施例可以更好地理解本發明。

測試程序

等效串聯電阻(esr)

等效串聯電阻可以采用帶kelvin引線的keithley3330精密lcz測試儀，在直流偏壓2.2伏特、峰-峰正弦信號0.5伏特時進行測定。工作頻率采用100khz，溫度采用23℃±2℃。

電容

電容可以采用帶kelvin引線的keithley3330精密lcz測試儀，在直流偏壓2.2伏特、峰-峰正弦信號0.5伏特時進行測定。工作頻率采用120khz，溫度采用23℃±2℃。

漏電流：

漏電流(“dcl”)采用泄漏測試裝置在溫度25℃、達到額定電壓至少60秒后測定。

實例1

將尺寸為4.3mmx3.1mmx2.7mm的鉭陽極在140v條件下在液體電解質中進行陽極氧化到22μf。然后，將陽極浸入到甲苯磺酸鐵(iii)(clevios^tmc,h.c.starck)溶液中5分鐘，然后浸入到3,4-乙烯基二氧噻吩(clevios^tmm,h.c.starck)中1分鐘，在陽極上形成一層導電聚合物涂層。聚合45分鐘后，在介質表面形成一薄層聚(3,4-乙烯基二氧噻吩)。在甲醇中清洗該部件，清除反應副產物，在液體電解質中進行陽極氧化，并重新在甲醇中清洗。重復聚合循環12次。然后，在該部件上涂上石墨和銀，并通過將陽極粘到引線框架槽(pocket)上進行組裝，切割，并將陽極引線激光焊接到引線框架立面(upstand)上，并模制成電容器。

實例2

將尺寸為4.3mmx3.1mmx2.7mm的鉭陽極在140v條件下在液體電解質中進行陽極氧化到22μf。然后，將陽極浸入到固含量1.1％的分散的聚(3,4-乙烯基二氧噻吩)(clevios^tmk,h.c.starck)中，在陽極上形成一層導電聚合物涂層。形成涂層后，將部件在125℃干燥20分鐘。重復此過程6次。然后，將此部件浸入到固含量2％的分散的聚(3,4-乙烯基二氧噻吩)中，并在125℃干燥20分鐘。再一次，重復此過程6次。然后，在該部件上涂覆石墨和銀涂層，并按照實例1所述的相同的方式進行組裝。

實例3

將尺寸為4.1mmx3.1mmx1.0mm的鉭陽極在140v條件下在液體電解質中進行陽極氧化到7μf。然后，將陽極浸入到固含量1.1％的分散的聚(3,4-乙烯基二氧噻吩)(clevios^tmk,h.c.starck)中，在陽極上形成一層導電聚合物涂層。形成涂層后，將部件在125℃干燥20分鐘。重復此過程6次。然后，將此部件浸入到固含量2％的分散的聚(3,4-乙烯基二氧噻吩)中，并在125℃干燥20分鐘。再一次，重復此過程6次。然后，在該部件上涂覆石墨和銀涂層。然后，將這些部件中的兩個進行垂直真空“拾取和貼裝”(pickedandplaced)到引線框架焊墊(paddle)上，如圖1-3所示。在引線框架焊墊(負極端子)上涂上銀粘合劑，以確保電容器元件的粘附。引線框架的正極端子設計有多個槽，用于容納引線。引線通過激光焊接到槽上。然后，將電容器進行封裝，這樣，成型樹脂在元件周圍和之間流動。

然后，對實例1-3完成的電容器進行電氣性能測試(即漏電流(dcl)、esr和電容)。此外，還在老化后測定電氣性能的穩定性，在重復儲存2000小時后重新測定漏電流(溫度為85℃，施加電壓35v)。結果見表1。

表1

在不偏離本發明的實質和范圍下，本領域技術人員可實施本發明的這些和其它的改進及變形。另外，應該了解各種實施方式的方面均可在整體上或部分地替換。更進一步，本領域技術人員應明白上述描述僅僅是舉例，并不用于限制本發明在附屬權利中的進一步描述。