PEDOT第十章第一节 PEDOT在固态电容器的应用.pdf

第十章 应用 10.1 固态电容器 10.1.1 前言 1977 Shirakawa MacDiarmid Heeger 自从 年 ， ， 发现了以电子导电的掺杂聚乙炔以来，人们发 10.1 [1,2] 30 现并开发了大量的导电聚合物及其众多的应用 （图 ） 。 多年后的今天，固态电解电容 器已经成为导电聚合物的一个主要的应用市场。导电聚合物用于固态电解电容器的阴极。由于它们 的高电导电性和自愈合性，导电导电聚合物常常用于代替其他固体电解质如 Mn O2或 TCNQ 以及 液体电解质。另一方面，用导电聚合物替代传统电解质可以显着降低电解电容器内部电阻 （等效串 ESR [3] 联电阻或 ） 。 聚聚乙乙炔炔 聚聚苯苯胺胺 聚聚吡吡咯咯 聚聚噻噻吩吩 33,,44-- 聚聚 （（ 乙乙烯烯二二氧氧噻噻吩吩）） 图 10.1 几种常见的导电聚合物 一般来说，电解电容器对于导电聚合物的要求比较高。 特别是温度稳定性：在常压甚至低温 180 条件下，很多导电聚合物不稳定。经过 30多年的发展，导电聚合物的已经性能显着增强以满足现 代固态电解电容器的要求。尽管最初开发的聚乙炔不够稳定，但是聚吡咯，聚苯胺和聚噻吩已经用 [4-8] 90 于制造固态电解电容器 。 年代初期第一个钽的聚合物电容器和铝的聚合物电容器引入市场 [9-11] Bayer — 3,4- 。那时聚吡咯优于聚苯胺和聚噻吩。同时 开发了一种新的导电聚合物 聚 （ 亚乙基 PEDOT [12-14] 20 90 二氧噻吩） （ ），并将其用于固态电解电容器 。在 世纪 年代末期，第一种基 于 PEDOT 的固态电解电容器商业化[15]。不久以后，PEDOT成为了制造固态电解电容器的首选材 3,4- EDOT 料。 乙烯二氧噻吩 （ ）的合成过程比其它导电聚合物的加工简单得多：氧化剂氧化聚合 EDOT不需要低温冷却来减慢反应速率以有效地应用于电解电容器。此外，EDOT也不属于有毒化 学品如吡咯，其处理过程更加安全。在处理电容器中的吡咯过程中，由于有较高含量的有毒吡咯蒸 1999 [6] 汽， 年日本引发了严重的工人健康风险 。过去十年，电子行业越来越多的电子组件采用了 无铅焊接技术[17]。无铅焊接技术要求电解电容器中的导电聚合物材料必须承受约 260℃的峰值温 度。PEDOT 的高温稳定性成为 PEDOT在电解电容器应用方面代替不那么稳定的聚吡咯和聚苯胺 主要的依据[15,18]。如图 10.2，将 PEDOT在玻璃基板上聚合并在逐渐升温的循环热空气中加热 60s， 测试该 PEDOT膜的表面电阻。当温度高达 280℃时，PEDOT膜的电阻依然稳定。 将电容器封口， PEDOT基电容器可以在 125℃下承受几千小时。甚至在 150