導(dǎo)電高分子鉭電解電容器的研究進(jìn)展

易金鋒

（株洲宏達(dá)電子股份有限公司，湖南 株洲 412000）

鉭電解電容器會(huì)使用到陰極材料，但是陰極材料的使用會(huì)對(duì)電容器產(chǎn)生較多的負(fù)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(yán)重影響，進(jìn)一步使電容器的使用壽命縮短等。從鉭電解電容器的應(yīng)用性能提升角度考慮。有必要對(duì)新型陰極材料進(jìn)行改進(jìn)及開(kāi)發(fā)。為了更進(jìn)一步了解導(dǎo)電高分子鉭電解電容器，鑒于此本課題圍繞“導(dǎo)電高分子鉭電解電容器”進(jìn)行分析研究具備一定的價(jià)值意義。

1 傳統(tǒng)鉭電解電容器及導(dǎo)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(wèn)題，總結(jié)起來(lái)包括：①二氧化錳的電導(dǎo)率偏低，約為0.1s/cm，從而導(dǎo)致鉭電容器在高頻性能上明顯偏差。②在高溫?zé)岱纸獾淖饔孟?，易?dǎo)致鉭陽(yáng)極體的介質(zhì)氧化膜遭遇破損，進(jìn)而使電容器的質(zhì)量受到嚴(yán)重影響，同時(shí)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(lái)越大。③二氧化錳相關(guān)工藝存在復(fù)雜的特點(diǎn)，在工藝成本上偏，不符合經(jīng)濟(jì)性的原則。

（2）導(dǎo)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(duì)于導(dǎo)電高分子鉭電解電容器來(lái)說(shuō)，則將二氧化錳取而代之，成為新型的一種鉭電解電容器。對(duì)于導(dǎo)電高分子來(lái)說(shuō)，能夠基于室溫的情況下進(jìn)行合成工藝，無(wú)需經(jīng)過(guò)熱分解工藝，能夠使對(duì)氧化膜造成的破壞得到有效降低，同時(shí)使中間形成次數(shù)降低。需了解的是，基于電導(dǎo)率層面分析，導(dǎo)電高分子為1～100s/cm，而對(duì)于二氧化錳的電導(dǎo)率則為0.1s/cm，兩者比較導(dǎo)電高分子的電導(dǎo)率顯著更高；所以導(dǎo)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(shí)確保紋波電流容許量的提升。

此外，對(duì)于鉭電解電容器來(lái)說(shuō)，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(huì)變大，所以需確保電容器具備很好的自愈效果?？偨Y(jié)起來(lái)，其自愈效果體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一方面，為蒸發(fā)過(guò)程所體現(xiàn)出來(lái)的自愈效果；對(duì)于聚合物，在熔點(diǎn)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(guò)程體現(xiàn)出來(lái)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(jìn)而發(fā)揮自愈效果。

由此可見(jiàn)，導(dǎo)電高分子鉭電解電容器的優(yōu)勢(shì)突出。從外，值得注意的是，因?qū)щ姼叻肿赢?dāng)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(wèn)題便能夠得到有效預(yù)防控制。

2 導(dǎo)電高分子鉭電解電容器研究進(jìn)展

采取對(duì)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(duì)比起來(lái)突出的一些優(yōu)勢(shì)?；谧钚卵芯窟M(jìn)展來(lái)看，目前市場(chǎng)上的導(dǎo)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(dǎo)電高分子鉭電解電容器。在應(yīng)用聚吡咯的基礎(chǔ)上，能夠讓鉭電解電容器的電導(dǎo)率顯著提高，使其電導(dǎo)率高達(dá)10～100s/cm。將聚吡咯渠道二氧化錳，然后當(dāng)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(shí)，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(duì)聚吡咯被覆工藝進(jìn)行有效優(yōu)化，因此國(guó)內(nèi)有學(xué)者表示，可以采取一些聚合方法達(dá)到優(yōu)化的目標(biāo)，比如電化學(xué)聚合法的應(yīng)用，或者化學(xué)氧化聚合法的應(yīng)用；當(dāng)然，還有學(xué)者融合了以上兩類聚合方法，使對(duì)聚吡咯被覆工藝實(shí)現(xiàn)有效優(yōu)化。相關(guān)研究表明，基于聚吡咯合成當(dāng)中進(jìn)行硝基酚的添加，然后在低溫條件下合成，能夠使電導(dǎo)率提升，同時(shí)使電容器的ESR降低。

（2）聚乙撐二氧噻吩導(dǎo)電高分子鉭電解電容器。從目前市場(chǎng)上應(yīng)用的聚乙撐二氧噻吩導(dǎo)電高分子鉭電解電容器而言，其主要優(yōu)勢(shì)為環(huán)境穩(wěn)定性良好。相關(guān)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(dǎo)電高分子在聚合方法上比較現(xiàn)實(shí)，因此其中烷基萘磺酸離子均為這兩種導(dǎo)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(yīng)受阻；進(jìn)而在結(jié)構(gòu)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(dǎo)電高分子鉭電解電容器。相關(guān)研究表明，聚苯胺在環(huán)境穩(wěn)定性上優(yōu)良，同時(shí)其價(jià)格優(yōu)惠，因此被人們所關(guān)注。有研究人員將新型質(zhì)子酸間苯二甲基二磺酸充當(dāng)摻雜劑，然后通過(guò)化學(xué)氧化法的應(yīng)用，制作聚苯胺，結(jié)果顯示：①新型質(zhì)子酸間苯二甲基二磺酸當(dāng)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(jìn)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(jiàn)，聚苯胺導(dǎo)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(yīng)用。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)本課題的分析研究，認(rèn)識(shí)到市場(chǎng)上應(yīng)用的導(dǎo)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(dǎo)電高分子鉭電解電容器，便應(yīng)用廣泛，且具備優(yōu)良的環(huán)境穩(wěn)定性，同時(shí)在導(dǎo)電效果上也非常好，能夠降低漏電率等。因此，需掌握導(dǎo)電高分子鉭電解電容器的陰極材料制作工藝，提升導(dǎo)電高分子鉭電解電容器的實(shí)際應(yīng)用效果。