導電高分子鉭電解電容器的研究進展

易金鋒

（株洲宏達電子股份有限公司，湖南 株洲 412000）

鉭電解電容器會使用到陰極材料，但是陰極材料的使用會對電容器產(chǎn)生較多的負面影響，例如：影響電容量的大小，影響損耗角正切值的大小，使電容器的漏電流及溫度特性受到嚴重影響，進一步使電容器的使用壽命縮短等。從鉭電解電容器的應用性能提升角度考慮。有必要對新型陰極材料進行改進及開發(fā)。為了更進一步了解導電高分子鉭電解電容器，鑒于此本課題圍繞“導電高分子鉭電解電容器”進行分析研究具備一定的價值意義。

1 傳統(tǒng)鉭電解電容器及導電高分子鉭電解電容器概述

（1）傳統(tǒng)鉭電解電容器。傳統(tǒng)的鉭電解電容器陰極材料主要為二氧化錳，而此類陰極材料容易存在一些較為明顯的問題，總結起來包括：①二氧化錳的電導率偏低，約為0.1s/cm，從而導致鉭電容器在高頻性能上明顯偏差。②在高溫熱分解的作用下，易導致鉭陽極體的介質(zhì)氧化膜遭遇破損，進而使電容器的質(zhì)量受到嚴重影響，同時使工作電壓難以有效提升，最終使電壓和工作電壓間的差距越來越大。③二氧化錳相關工藝存在復雜的特點，在工藝成本上偏，不符合經(jīng)濟性的原則。

（2）導電高分子鉭電解電容器。傳統(tǒng)鉭電解電容器的陰極材料為二氧化錳，而對于導電高分子鉭電解電容器來說，則將二氧化錳取而代之，成為新型的一種鉭電解電容器。對于導電高分子來說，能夠基于室溫的情況下進行合成工藝，無需經(jīng)過熱分解工藝，能夠使對氧化膜造成的破壞得到有效降低，同時使中間形成次數(shù)降低。需了解的是，基于電導率層面分析，導電高分子為1～100s/cm，而對于二氧化錳的電導率則為0.1s/cm，兩者比較導電高分子的電導率顯著更高；所以導電高分子鉭電解電容器在ESR與阻抗方面偏低，基于高頻區(qū)域存在偏高的電容量及偏低的損耗角正切，能夠使高頻狀態(tài)下的噪聲有效降低，同時確保紋波電流容許量的提升。

此外，對于鉭電解電容器來說，其氧化膜可能有裂縫、夾雜物以及其他雜質(zhì)的存在，這樣漏電流便會變大，所以需確保電容器具備很好的自愈效果。總結起來，其自愈效果體現(xiàn)在兩個方面：一方面，為蒸發(fā)過程所體現(xiàn)出來的自愈效果；對于聚合物，在熔點及蒸發(fā)溫度上均偏低，倘若瑕疵部位的漏電流將聚合物加熱至合適的溫度，便能夠蒸發(fā)聚合物，使聚合物與瑕疵之間的接觸得到有效接觸。另一方面，為受熱吸氧過程體現(xiàn)出來的自愈效果；基于瑕疵部位的聚合物在受熱吸氧作用的條件下，使電阻帽有效形成，使瑕疵部位的電流有效隔斷，進而發(fā)揮自愈效果。

由此可見，導電高分子鉭電解電容器的優(yōu)勢突出。從外，值得注意的是，因導電高分子當中氧含量偏低，這樣鉭電解電容器在燃燒情況下發(fā)生失效的問題便能夠得到有效預防控制。

2 導電高分子鉭電解電容器研究進展

采取對比分析法，了解了高分子鉭電解電容器與二氧化錳電解電容器對比起來突出的一些優(yōu)勢。基于最新研究進展來看，目前市場上的導電高分子鉭電解電容器類型較多，下面舉列其中占比較高的三種，包括：

（1）聚吡咯導電高分子鉭電解電容器。在應用聚吡咯的基礎上，能夠讓鉭電解電容器的電導率顯著提高，使其電導率高達10～100s/cm。將聚吡咯渠道二氧化錳，然后當作鉭電解電容器的陰極材料能夠讓電容器的ESR及阻抗降低；同時，因聚吡咯電解電容器基于局部溫度上升至300℃便可發(fā)揮有效絕緣作用，因此保證了漏電流的降低。

由于需要對聚吡咯被覆工藝進行有效優(yōu)化，因此國內(nèi)有學者表示，可以采取一些聚合方法達到優(yōu)化的目標，比如電化學聚合法的應用，或者化學氧化聚合法的應用；當然，還有學者融合了以上兩類聚合方法，使對聚吡咯被覆工藝實現(xiàn)有效優(yōu)化。相關研究表明，基于聚吡咯合成當中進行硝基酚的添加，然后在低溫條件下合成，能夠使電導率提升，同時使電容器的ESR降低。

（2）聚乙撐二氧噻吩導電高分子鉭電解電容器。從目前市場上應用的聚乙撐二氧噻吩導電高分子鉭電解電容器而言，其主要優(yōu)勢為環(huán)境穩(wěn)定性良好。相關研究表明，聚乙撐二氧噻吩在環(huán)境穩(wěn)定性上明顯優(yōu)于聚吡咯；而因這兩種導電高分子在聚合方法上比較現(xiàn)實，因此其中烷基萘磺酸離子均為這兩種導電高分組的主要摻雜劑。值得注意的是，聚乙撐二氧噻吩在環(huán)境穩(wěn)定性上更優(yōu)，主要是由于噻吩環(huán)的β位在乙二氧基的阻塞作用下，讓聚乙撐二氧噻吩集體的氧化反應受阻；進而在結構大的烷基萘磺酸離子的作用下，使其熱脫摻雜受到阻礙。

（3）聚苯胺導電高分子鉭電解電容器。相關研究表明，聚苯胺在環(huán)境穩(wěn)定性上優(yōu)良，同時其價格優(yōu)惠，因此被人們所關注。有研究人員將新型質(zhì)子酸間苯二甲基二磺酸充當摻雜劑，然后通過化學氧化法的應用，制作聚苯胺，結果顯示：①新型質(zhì)子酸間苯二甲基二磺酸當作摻雜劑在電極的鉭電容器的性能優(yōu)良，表觀電容高，約為90%；等效串聯(lián)電阻低，為100kHz，＜200mΩ。②基于125℃空氣條件下，進行1000h的熱處理，電容量未降低，損耗角正切值未變高，使其優(yōu)良的熱穩(wěn)定性有效展現(xiàn)。由此可見，聚苯胺導電高分子鉭電解電容器具備優(yōu)良的環(huán)境穩(wěn)定性，值得借鑒及應用。

3 結語

通過本課題的分析研究，認識到市場上應用的導電高分子鉭電解電容器類型較多，例如本課題提到的聚吡咯、聚乙撐二氧噻吩、聚苯胺三種導電高分子鉭電解電容器，便應用廣泛，且具備優(yōu)良的環(huán)境穩(wěn)定性，同時在導電效果上也非常好，能夠降低漏電率等。因此，需掌握導電高分子鉭電解電容器的陰極材料制作工藝，提升導電高分子鉭電解電容器的實際應用效果。