KR101478235B1 - 전해질 재료 제제, 그로부터 형성된 전해질 재료 조성물 및 그의 용도 - Google Patents

전해질 재료 제제, 그로부터 형성된 전해질 재료 조성물 및 그의 용도 Download PDF

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Abstract

(a1) 전도성 화합물, (b1) 산화제 및 (c1) 중합성 구성성분을 포함하는 전해질 재료 제제가 제공된다. 중합을 통하여 이 전해질 재료 제제로부터 얻어지는 전해질 재료 조성물도 제공된다. 전해질 재료 조성물은 고체 커패시터에 적용될 수 있다. 종래의 액체 전해질 커패시터에 비하여, 본 발명에 따른 고체 전해질 커패시터는 긴 수명, 높은 내전압성, 높은 커패시턴스 및 커패시터 파열을 일으키지 않는 이점을 가지며, 고온 저항성 및 고주파수 저항성을 필요로 하는 전자제품에 특히 적용될 수 있다.

Description

전해질 재료 제제, 그로부터 형성된 전해질 재료 조성물 및 그의 용도{ELECTROLYTIC MATERIAL FORMULATION, ELECTROLYTIC MATERIAL COMPOSITION FORMED THEREFROM AND USE THEREOF}
본 발명은 전해질 재료 제제(electrolytic material formulation), 상기 전해질 재료 제제로부터 형성된 전해질 재료 조성물(electrolytic material composition) 및 상기 전해질 재료 조성물을 이용하는 고체 커패시터(solid capacitor)에 관한 것이다.
커패시터는 다양한 전자제품에 널리 이용되는 전자 소자의 한 형태이다. 기술 개발에 있어서의 진보에 따라, 전자제품은 소형화 및 경량화의 방향으로 개발되고 있으며, 전자제품에 이용되는 커패시터도 소형화되고, 고주파수에서 이용될 때 높은 커패시턴스와 낮은 임피던스를 가질 것이 요구된다.
커패시터는 종래의 액체 커패시터와 새롭게 개발된 고체 커패시터로 분류될 수 있다. 초기 알루미늄 액체 커패시터의 전해질에서, 액체 전해질이 전하 이동 물질로 이용된다. 액체 전해질의 주요 구성성분은 끓는점이 높은 알코올, 이온성 액체, 붕산, 인산, 유기 카르복실산, 암모늄, 극성이 높은 유기 용매, 및 소량의 물을 포함한다. 구성성분은 전하 이동 물질로 작용할 뿐 아니라, 알루미늄 포일(foil) 상에 알루미늄 옥사이드의 유전층을 패치(patching)하는 기능도 갖는다. 내부 알루미늄 금속이 커패시터의 충전 및 방전 과정 중에, 알루미늄 옥사이드의 유전층 상의 결함에 기인하여 노출되면, 전해질이 노출된 알루미늄 금속 및 알루미늄 옥사이드와 반응할 수 있어, 이에 따라 패칭 기능(patching function)을 달성하게 된다. 그러나, 종래의 알루미늄 액체 커패시터는 이용된 전해질이 액체이기 때문에 저비용으로 높은 커패시턴스의 조건을 만족시킬 수 있으나, 낮은 전도도 및 나쁜 내고온성이라는 단점을 갖는다; 또한, 알루미늄 옥사이드 생성 과정에서, 수소도 생성되며, 과량의 수소가 커패시터에 축적되면, 전자제품을 손상시키는 커패시터 파열이 쉽게 발생할 수 있다. 커패시터 파열 위험을 감소시키기 위하여 수소 흡수제가 액체 전해질에 첨가될 수 있으나, 문제는 없어지지 않는다.
따라서, 액체 전해질이 고체 전해질로 직접적으로 대체되는 새로운 세대의 고체 커패시터가 개발된다. 고체 전해질은 전도성 폴리머(conductive polymer)에 의해 형성된다. 산화제의 음이온이 도펀트(dopant)로서 폴리머의 구조 내에 혼합되고, 홀이 형성되어, 폴리머는 전도도를 갖는다. 종래의 전해질 커패시터에 이용되는 액체 전해질 또는 테트라시아노퀴노디메탄(TCNQ) 복합체 염과 같은 고체 유기 반도체 복합체 염 및 무기 반도체 MnO2와 비교하여, 전도성 폴리머는 높은 전도도 및 적절하게 높은 고온 절연 특성(insulation property)를 가지므로, 전도성 폴리머는 현재의 전해질 커패시터에서 고체 전해질을 이용하는 경향의 발전을 이끌고 있다.
통상적인 커패시터보다 6배 더 긴 사용 기간에 더하여, 고체 커패시터는 향상된 안정성을 가지며, 그 커패시턴스가 사용시의 주위 온도 및 습도에 의해 쉽게 영향받지 않는다. 또한, 고체 커패시터는 낮은 ESR, 낮은 커패시턴스 변화율, 우수한 주파수 응답(높은 내주파수성(high frequencey resistance)), 내고온성, 및 높은 내전류성(high current resistance)의 이점을 가지며, 누설 및 플라즈마 폭발의 문제가 없다. 종래의 액체 커패시터는 높은 커패시턴스를 갖지만, 높은 ESR에 기인하여 그 적용이 제한된다.
Jesse S. Shaffer et al은 미국특허공보 제4,609,971호에서 처음으로 전해질 커패시터의 전해질에 전도성 폴리머를 이용하는 방법을 개시한다. 이 방법은 전도성 폴리머인 폴리아닐린 분말 및 도펀트인 LiClO4에 의해 형성된 혼합용액에 커패시터의 애노드(anode) 알루미늄 포일을 침지한 후, 알루미늄 포일 상의 용매를 제거하는 것을 포함한다. 과도하게 높은 분자량 때문에, 폴리아닐린은 애노드 포일의 세공(micropore)에 침투할 수 없으므로, 이 방법을 통하여 얻어진 커패시터의 함침율(impregnation rate)이 나쁘고, 임피던스는 높다. 그 때, 폴리머가 애노드 포일의 세공에 쉽게 침투할 수 있도록 하기 위하여, Gerhard Hellwig et al은 미국특허공보 제4,803,596호에, 커패시터의 전해질로서 전도성 폴리머를 이용하는 화학적 산화 중합 방법(chemical oxidation polymerization method)을 개시한다. 이 방법은 전도성 폴리머 모노머 및 산화제의 용액에 커패시터 애노드 포일을 각각 침지하고, 전도성 폴리머 전해질이 다중 침지를 통하여 충분한 두께로 축적되는, 적합한 조건에서 전도성 폴리머 모노머를 중합하는 것을 포함한다. 이후, 독일의 Bayer Corporation의 Friedrich Jonas et al은 미국특허공보 제4,910,645호에서, 산화제인 철(Ⅲ) p-톨루엔설포네이트와 함께 모노머인 3,4-에틸렌디옥시티오펜(EDOT)을 이용하여 전해질로서 폴리-3,4-에틸렌디옥시티오펜(PEDOT)을 갖는 알루미늄 고체 커패시터를 제조하는 방법을 처음으로 개시한다. 전도성 폴리머 PEDOT는 높은 내열성, 높은 전도도, 높은 전하 이동 속도, 비독성, 긴 사용 기간 및 커패시터에 적용되는 경우 커패시터 파열 발생이 없는 것의 이점을 갖는다. 현재, 거의 모든 고체 커패시터 제조자들은 알루미늄 또는 탄탈 고체 커패시터를 제조하기 위하여 2종의 물질을 이용한다. 그러나, 모노머 EDOT 및 철(Ⅲ) p-톨루엔설포네이트를 함유하는 혼합용액에 커패시터 소자를 침지함으로써 중합되는, 알루미늄 포일 표면 또는 기공 상의 PEDOT는 대부분 분말 구조를 가지며, 분말 구조의 물리적 특성이 나빠, 표면 또는 기공으로부터 떨어질 가능성이 더 크기 때문에 분말 구조는 알루미늄 포일 표면 또는 기공 상에 쉽게 부착될 수 없으며, 완전한 PEDOT 폴리머 구조가 알루미늄 포일 표면 또는 기공 상에 쉽게 형성될 수 없다. 따라서, 16 V 이상의 전압에서 고체 커패시터의 안정성은 나빠지며, 이로 인하여 고체 커패시터는 전압이 16 V 이상인 공정에 이용될 수 없으며, 공정 수율도 낮다. 또한, 전도성 폴리머 PEDOT에 의해 형성된 분말 구조는 알루미늄 포일 기공 상에 쉽게 부착될 수 없기 때문에, 떨어짐 문제가 발생하는 경우, 견딜 수 있는 작업 전압(withstandable working voltage)이 제한된다.
일본특허공보 제2010-129651호에서, 커패시터 소자가 폴리머 PEDOT를 함유하는 폴리머 용액에 직접적으로 침지되고, 완전한 PEDOT 폴리머 구조가 표면 또는 기공 상에 형성되어, 고체 커패시터가 전압 50 V의 작업 환경에서 적용될 수 있는 것이 개시되어 있다. 그러나, 종래의 공정과 비교할 때, 폴리머 PEDOT 물질의 가격이 모노머 EDOT보다 높고; 폴리머 PEDOT 물질은 저장이 어렵고; 이 공정은 더 많은 시간을 필요로 하고, 제어하기가 어렵다.
따라서, 산업계는 고온 저항성 및 고주파수 저항성을 필요로 하는 3C 제품에서 액체 커패시터를 대체할 수 있도록, 높은 전압을 견딜 수 있고, 우수한 안정성을 가지며, 상대적으로 낮은 비용으로 가격이 정해지는 고체 커패시터의 개발을 요구하고 있다.
따라서, 본 발명은 하기:
(a1) 전도성 화합물(conductive compound);
(b1) 산화제; 및
(c1) 중합성 화합물(polymerizable compound)
을 포함하는 전해질 재료 제제(electrolytic material formulation)에 관한 것이다.
본 발명은 또한 고체 커패시터에 적용될 수 있는, 중합을 통하여 본 발명의 전해질 재료 제제로부터 형성된 전해질 재료 조성물(electrolytic material composition)에 관한 것이다.
본 발명은 또한 애노드(anode); 상기 애노드 상에 형성된 유전층(dielectric layer); 캐소드(cathode); 및 상기 유전층과 상기 캐소드 사이에 위치한 고체 전해질(solid electrolyte)을 포함하는 고체 커패시터에 관한 것이며, 여기에서, 상기 고체 전해질은 본 발명에 따른 전해질 재료 조성물을 포함한다.
본 발명에 따른 전해질 재료 제제로부터 제조된 고체 커패시터는 쉬운 구성, 낮은 비용, 우수한 공정 안정성, 높은 내전압성, 높은 커패시턴스 및 낮은 임피던스의 이점을 갖는다.
도 1은 본 발명의 일 형태에 따른 커패시터 소자를 나타낸다.
본 발명에 따른 전해질 재료 제제는 (a1) 전도성 화합물; (b1) 산화제; 및 (c1) 중합성 화합물을 포함한다.
본 발명에 이용되는 전도성 화합물은 일반적으로 모노머, 올리고머, 또는 그 조합이다. 본 발명에 이용될 수 있는 전도성 화합물은 당해 기술분야에 공지되어 있으며, 예를 들어, 피롤, 티오펜, 아닐린, 및 페닐렌 설파이드, 및 그의 유도체로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
본 발명에 이용되는 산화제는 전도성 화합물과 함께 전도성 폴리머를 형성할 수 있다. 본 발명에 이용될 수 있는 산화제는 당해 기술분야에 공지되어 있으며, 예를 들어, 알칼리 금속 퍼설페이트, 유기산 및 유기기를 갖는 무기산의 암모늄염, 제2철염(ferric salt)으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 본 발명의 특정 형태에 따르면, 산화제는 철(Ⅲ) p-톨루엔설포네이트, 암모늄 설페이트, 암모늄 퍼설페이트, 암모늄 옥살레이트, 및 암모늄 퍼클로레이트, 및 그 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있으며, 철(Ⅲ) p-톨루엔설포네이트가 바람직하다.
본 발명의 전해질 재료 제제에서 중합성 화합물은 일반적으로 모노머, 올리고머, 또는 그 조합이며, 중합성 화합물의 분자량은 40 내지 1,000,000의 범위인 것이 바람직하다.
본 발명의 전해질 재료 제제에서, 구성성분 (a1) 100 중량부를 기준으로, 구성성분 (b1)의 양은 1-10000 중량부이며, 구성성분 (c1)의 양은 0.1-10000 중량부이다. 바람직하게, 구성성분 (a1) 100 중량부를 기준으로, 구성성분 (b1)의 양은 10-2000 중량부이며, 구성성분 (c1)의 양은 1-3000 중량부이다.
본 발명의 전해질 재료 제제에 이용되는 중합성 화합물은 에폭시기-함유 중합성 화합물, 비닐-함유 불포화 중합성 화합물, 아크릴레이트-함유 불포화 중합성 화합물, 또는 그 혼합물일 수 있으며, 바람직하게, 중합성 화합물은 하기:
Figure 112012054854047-pat00001
,
Figure 112012054854047-pat00002
,
Figure 112012054854047-pat00003
,
Figure 112012054854047-pat00004
,
Figure 112012054854047-pat00005
,
Figure 112012054854047-pat00006
,
Figure 112012054854047-pat00007
,
Figure 112012054854047-pat00008
,
Figure 112012054854047-pat00009
,
Figure 112012054854047-pat00010
,
Figure 112012054854047-pat00011
,
Figure 112012054854047-pat00012
,
Figure 112012054854047-pat00013
,
Figure 112012054854047-pat00014
,
Figure 112012054854047-pat00015
,
Figure 112012054854047-pat00016
,
Figure 112012054854047-pat00017
,
및
Figure 112012054854047-pat00018
로 이루어진 군으로부터 선택되며, 상기에서, n은 3 이상의 정수이며, m은 2 이상의 정수이며, G는 유기기, 무기기 또는 그 혼합물이다.
본 발명이 일 형태에 따르면, 중합성 화합물은 하기:
Figure 112012054854047-pat00019
,
Figure 112012054854047-pat00020
,
Figure 112012054854047-pat00021
,
Figure 112012054854047-pat00022
,
Figure 112012054854047-pat00023
,
Figure 112012054854047-pat00024
,
Figure 112012054854047-pat00025
,
Figure 112012054854047-pat00026
,
Figure 112012054854047-pat00027
,
Figure 112012054854047-pat00028
,
Figure 112012054854047-pat00029
,
Figure 112012054854047-pat00030
,
Figure 112012054854047-pat00031
,
Figure 112012054854047-pat00032
,
Figure 112012054854047-pat00033
,
Figure 112012054854047-pat00034
,
Figure 112012054854047-pat00035
,
Figure 112012054854047-pat00036
,
Figure 112012054854047-pat00037
,
Figure 112012054854047-pat00038
,
Figure 112012054854047-pat00039
,
Figure 112012054854047-pat00040
,
Figure 112012054854047-pat00041
및
Figure 112012054854047-pat00042
로 이루어진 군으로부터 선택된다.
본 발명의 전해질 재료 제제는 경화제를 선택적으로 포함할 수 있다. 예를 들어, 에폭시기-함유 중합성 화합물이 이용되는 경우, 경화제가 첨가되며, 가교결합 및 경화 시에, 3차원 네트워크(three-dimensional network) 구조가 형성된다. 본 발명에 이용될 수 있는 경화제는 당해 기술분야에 공지되어 있으며, 예를 들어, 하기:
Figure 112012054854047-pat00043
,
Figure 112012054854047-pat00044
,
Figure 112012054854047-pat00045
, 또는
Figure 112012054854047-pat00046
와 같은 아민 또는 산 무수물일 수 있다.
본 발명에 따르면, 경화제는 경화성(curable) 구성성분에 대한 중량비가 0 내지 2, 바람직하게는 0 내지 1.5가 되도록 하는 양으로 이용된다.
경화 반응을 가속화하기 위하여, 본 발명의 전해질 재료 제제는 촉매를 더 포함할 수 있다. 본 발명에 이용될 수 있는 촉매는 당해 기술분야에 공지되어 있으며, 예를 들어, 하기:
Figure 112012054854047-pat00047
,
Figure 112012054854047-pat00048
,
Figure 112012054854047-pat00049
,
Figure 112012054854047-pat00050
,
Figure 112012054854047-pat00051
,
Figure 112012054854047-pat00052
,
Figure 112012054854047-pat00053
, 또는
Figure 112012054854047-pat00054
와 같은 3급 아민, 아조 화합물, 또는 벤조일 화합물일 수 있다.
본 발명에 따르면, 촉매는 경화성 구성성분에 대한 중량비가 0.001 내지 1, 바람직하게 0.005 내지 0.5, 가장 바람직하게 0.01 내지 0.25가 되도록 하는 양으로 이용된다.
본 발명은 또한 중합을 통하여 전해질 재료 제제로부터 형성된 전해질 재료 조성물을 제공하며, 이는 하기:
(A) 전도성 화합물 및 산화제로부터 유래된 중합 단위(polymerization units)로부터 형성된 제1 폴리머; 및
(B) 중합성 화합물로부터 유래된 중합 단위로부터 형성된 제2 폴리머를 포함한다.
종래의 고체 전해질에 이용되는 전도성 폴리머는 형성된 분말-유사 구조가 애노드 포일 표면 또는 기공 상에 부착되기가 쉽지 않고, 표면 또는 기공으로부터 떨어질 가능성이 크기 때문에, 전도성 폴리머의 완전한 구조(complete structure)를 형성할 수 없고, 안정성이 나쁘며, 공정 수율이 낮다. 본 발명의 전해질 재료 조성물은 제1 폴리머 및 제2 폴리머를 함유하며, 제1 폴리머 및 제2 폴리머는 서로 반응하지 않는다. 제1 폴리머는 전도성 폴리머로서 이용되며, 높은 내열성, 높은 전도도, 높은 전하 이동 속도, 비독성, 긴 사용 기간, 커패시터에 적용될 경우 커패시터 파열을 일으키지 않는 특성을 나타낸다. 제2 폴리머는 중합성 재료(polymerizable material)로서 이용며, 중합에서 분자의 가교결합 정도를 증가시키고, 제2 폴리머가 경화될 수 있도록 하기 위하여, 제2 폴리머는 중합성 화합물 및 경화제로부터 유래되는 중합 단위로부터 선택적으로 형성된다. 제2 폴리머의 네트워크 구조는 제1 폴리머의 안정성을 향상시키기 위하여 박막(thin film)을 형성하여, 제1 폴리머가 떨어지지 않고 커패시터 소자 상에 부착될 수 있으며, 고전압(16 V 이상의 전압) 작업 환경, 바람직하게는 50 V 이상의 전압의 작업 환경에 적용될 수 있다. 또한, 커패시터 장기 효율성 시험(long-term efficacy test)으로부터, 커패시턴스의 변화가 매우 작은 것을 알 수 있다. 따라서, 본 발명의 전해질 재료 조성물로부터 제조된 고체 커패시터는 장기 효율성을 갖는다.
본 발명의 전해질 재료 제제는 커패시터에서 중합되며, 그 과정은 인 시츄(in situ) 반응과 관련된다. 이 in situ 과정은 1용액 방법(one-solution method), 2용액 방법(two-solution method) 및 다용액 방법(multiple-solution method)으로 분류될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 전해질 재료 제제는 단일 용액으로 제제화되거나, 또는 제1 용액 및 제2 용액을 포함하는 2개 용액으로 제제화된다. 제1 용액은 전해질 재료 제제의 (a1) 전도성 화합물 및 (c1) 중합성 화합물을 함유하고, 제2 용액은 전해질 재료 제제의 (b1) 산화제를 함유한다. 또는, 본 발명의 전해질 재료 제제는 제1 용액, 제2 용액 및 제3 용액을 포함하는 다용액으로 제제화된다. 제1 용액은 전해질 재료 제제의 (a1) 전도성 화합물을 함유하고, 제2 용액은 전해질 재료 제제의 (b1) 산화제를 함유하고, 제3 용액은 전해질 재료 제제의 (c1) 중합성 화합물을 함유한다. 1용액 방법. 2용액 방법 또는 다용액 방법에 무관하게, 경화제 및 촉매는 선택적으로 첨가될 수 있으며, 경화제 및 촉매는 상기 정의된 바와 같다. 용액의 점도를 조정하기 위하여, 본 발명의 전해질 재료 제제는 용매를 더 포함할 수 있다. 본 발명에 이용될 수 있는 용매는 원칙적으로 특히 제한되지 않으며, 예를 들어, 물, 알코올, 벤젠, 및 그 조합으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있으며, 바람직하게는 메탄올, 에탄올, 프로판올, n-부탄올, tert-부탄올, 물, 및 그 조합으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
본 발명은 또한 애노드; 상기 애노드 상에 형성된 유전층; 캐소드; 상기 유전층과 상기 캐소드 사이에 위치한 고체 전해질을 포함하는 고체 커패시터를 제공하며, 여기에서, 상기 고체 전해질은 전술한 전해질 재료 조성물을 포함한다. 고체 커패시터는 알루미늄 고체 커패시터, 탄탈 고체 커패시터, 또는 니오브 고체 커패시터일 수 있다. 특히, 고체 커패시터의 주요 부분으로서, 애노드는, 애노드 포일로서 에칭된 전도성 금속 포일(etched conductive metal foil)에 의해, 애노드 포일의 표면 상에서 애노드 산화 공정을 수행하고, 애노드 포일로부터 배선(wire)을 도입함으로써 형성되며, 캐소드는, 캐소드 포일로서 금속 포일에 의해, 캐소드 포일로부터 배선을 도입함으로써 형성된다. 유전층은 옥사이드 등으로부터 형성되며, 애노드 포일의 표면 상에 형성되고, 애노드 포일과 캐소드 포일 사이에 위치한다. 애노드 포일 및 캐소드 포일은 알루미늄, 탄탈, 니오브, 알루미늄 옥사이드, 탄탈 옥사이드, 니오브 옥사이드, 티타늄 도금 알루미늄, 또는 탄소 도금 알루미늄으로부터 형성된다. 애노드 포일 및 캐소드 포일은 실린더형으로 감기고, 용액 형태의 전해질 재료 제제에 침지되며, 경화 처리 후에(예를 들어, 열중합), 고체 전해질이 고체 커패시터의 유전층과 캐소드 포일 사이에 형성된다.
고체 전해질이 커패시터 소자 내에 형성된 후, 종래의 기술 및 물질을 이용함으로써 고체 커패시터가 형성될 수 있다. 예를 들어, 커패시터 소자는 바닥을 갖는 박스 내에 설치될 수 있으며, 배선을 노출시키기 위한 오프닝을 갖는 밀봉 요소(seal element)는 박스의 상부에 배치될 수 있으며, 고체 커패시터는 밀봉 후에 형성될 수 있다. 본 발명의 전해질 재료 제제로부터 제조된 고체 커패시터는 쉬운 구성, 우수한 공정 안정성, 높은 내전압성(50 V 이상) 및 낮은 임피던스(20 mΩ 이하)의 이점을 나타낸다.
하기에서, 본 발명의 일 형태에 따른 전해질 재료 조성물 및 고체 커패시터의 제조방법이 도 1을 참조하여 기재된다.
도 1은 본 발명의 일 형태에 따른 커패시터 소자를 나타낸다. 도 1에 도시된 바와 같이, 애노드 포일(1) 및 캐소드 포일(3), 및 애노드 포일(1)과 캐소드 포일(3) 사이에 삽입된 스페이서 구성성분(5a, 5b)은 함께 감겨져서 커패시터 소자(9)를 형성한다. 배선(7a, 7b)은 캐소드 포일(3) 및 애노드 포일(1)을 외부 회로에 접속시키는 단자로 작용한다.
캐소드 포일 및 애노드 포일에 접속된 배선의 수는, 캐소드 포일 및 애노드 포일이 양자 모두 배선 접속되는 한, 특히 제한되지 않는다. 캐소드 포일 및 애노드 포일의 수는 특히 제한되지 않으며, 예를 들어, 캐소드 포일의 수는 애노드 포일의 수와 동일할 수 있거나, 또는 캐소드 포일의 수는 애노드 포일의 수보다 많을 수 있다. 옥사이드 등으로부터 형성된 유전층(도시되지 않음)은 애노드 포일의 표면 상에 형성되며, 애노드 포일과 캐소드 포일 사이에 위치한다. 애노드 포일(1), 캐소드 포일(3), 스페이서 구성성분(5a, 5b), 및 배선(7a, 7b)은 공지 기술을 통하여 공지 물질을 이용함으로써 제조될 수 있다.
다음으로, 커패시터 소자가 용액 형태의 전해질 재료 제제 내에 침지되어, 고체 전해질이 고체 커패시터의 유전층과 캐소드 포일 사이에 형성된다.
고체 전해질을 형성하는 방법은 우선, 전술한 바와 같이, 전해질 재료 제제를 단일 용액 또는 다용액으로 제제화하는 것을 포함한다. 전해질 재료 제제가 단일 용액으로 제제화되는 경우, 커패시터 소자(9)는 전해질 재료 제제의 용액에 직접적으로 침지되며; 전해질 재료 제제가 전술한 바와 같은 2용액으로 제제화되는 경우, 커패시터 소자(9)는 먼저 제1 용액에 침지된 후, 제2 용액에 침지될 수 있으며, 또는 커패시터 소자(9)는 먼저 제2 용액에 침지된 후, 제1 용액에 침지될 수 있으며, 그 후에, 예를 들어 1 내지 12 시간 동안, 바람직하게는 1 내지 5 시간 동안 25℃ 내지 260℃의 온도를 갖는 환경에서 방치되며, 그 시간 동안 전도성 화합물이 먼저 산화제와 반응하여 전도성 폴리머를 형성한다. 바람직하게, 온도는 85℃ 내지 160℃이다.
다음으로, 중합성 화합물이 경화 처리되어(예를 들어, 열처리), 중합성 재료를 형성하며, 선택적으로, 경화제, 또는 촉매, 또는 그 혼합물이 이 열처리 과정 중에 첨가된다.
이러한 방식으로, 전도성 폴리머 및 중합성 재료를 함유하는 전해질 재료 조성물이 애노드 포일의 유전층과 캐소드 포일 사이에 형성된다.
열처리 시에, 전도성 폴리머 및 중합성 재료를 함유하는 전해질 재료 조성물이 본 발명의 전해질 재료 제제로부터 형성된다. 중합성 재료는 전도성 폴리머의 구조 안정성을 향상시키며, 누설 전류에 의해 애노드가 관통되는 것(stricken through)을 방지함으로써, 고체 커패시터의 단락(short circuit)을 방지한다. 따라서, 중합성 재료는 고체 커패시터의 내전압성을 향상시킬 수 있으며, 전도성 폴리머의 부착 특성을 향상시킬 수 있어, 전도성 폴리머의 완전한 구조가 전극 표면 또는 금속 포일의 기공 상에 형성될 수 있으며, 높은 전압을 견딜 수 있고, 높은 커패시턴스를 갖는다.
본 발명은 하기 실시예에 의해 더욱 설명된다.
[실시예]
실시예 1
도 1에 도시된 바와 같이, 커패시터 소자(9)를, 30 g의 3,4-에틸렌디옥시티오펜, 100 g의, 40% 철 (Ⅲ) p-톨루엔설포네이트 함유 에탄올 용액, 20 g의 중합성 화합물
Figure 112012054854047-pat00055
, 20 g의 경화제
Figure 112012054854047-pat00056
, 및 2 g의 촉매
Figure 112012054854047-pat00057
를 혼합함으로써 형성된 전해질 재료 제제에 5 분 동안 침지시켰다. 이어서, 커패시터 소자를 전해질 재료 제제로부터 꺼내고, 25℃ 내지 260℃ 범위의 온도에서 열중합시켜, 전도성 폴리머 및 중합성 재료의 혼합물을 함유하는 고체 전해질을 형성하였다.
고체 전해질을 갖는 커패시터 소자를 바닥을 갖는 박스 내에 배치하고, 박스를 와이어가 노출되도록 고무 물질(elastic substance)로 밀봉하여, 고체 커패시터를 형성하였다.
상기 과정을 통하여 제조된 고체 커패시터의 전기적 데이터를 하기 표 1에 나타낸다.
실시예 2
도 1에 도시된 바와 같이, 커패시터 소자(9)를 먼저, 30 g의 3,4-에틸렌디옥시티오펜, 15 g의 중합성 화합물
Figure 112012054854047-pat00058
, 20 g의 경화제
Figure 112012054854047-pat00059
, 및 2 g의 촉매
Figure 112012054854047-pat00060
를 혼합함으로써 형성된 제1 용액에 5 분 동안 침지시킨 후, 100 g의, 45% 철 (Ⅲ) p-톨루엔설포네이트 함유 n-부탄올 용액인 제2 용액에 5 분 동안 침지시켰다. 이어서, 커패시터 소자를 전해질 재료 제제로부터 꺼내고, 25℃ 내지 260℃의 범위의 온도에서 열중합하여, 전도성 폴리머 및 중합성 재료의 혼합물을 함유하는 고체 전해질을 형성하였다.
고체 전해질을 갖는 커패시터 소자를 바닥을 갖는 박스 내에 배치하고, 박스를 와이어가 노출되도록 고무 물질로 밀봉하여, 고체 커패시터를 형성하였다.
상기 과정을 통하여 제조된 고체 커패시터의 전기적 데이터를 하기 표 1에 나타낸다.
실시예 3
도 1에 도시된 바와 같이, 커패시터 소자(9)를 먼저, 100 g의, 50% 철 (Ⅲ) p-톨루엔설포네이트 함유 tert-부탄올 용액인 제2 용액에 5 분 동안 침지시킨 후, 30 g의 3,4-에틸렌디옥시티오펜, 15 g의 중합성 화합물
Figure 112012054854047-pat00061
, 15 g의 경화제
Figure 112012054854047-pat00062
및 2 g의 촉매
Figure 112012054854047-pat00063
를 혼합함으로써 형성된 제1 용액에 5 분 동안 침지시켰다. 이어서, 커패시터 소자를 전해질 재료 제제로부터 꺼내고, 25℃ 내지 260℃ 범위의 온도에서 열중합하여, 전도성 폴리머 및 중합성 재료의 혼합물을 함유하는 고체 전해질을 형성하였다.
고체 전해질을 갖는 커패시터 소자를 바닥을 갖는 박스 내에 배치하고, 박스를 와이어가 노출되도록 고무 물질로 밀봉하여, 고체 커패시터를 형성하였다.
상기 과정을 통하여 제조된 고체 커패시터의 전기적 데이터를 하기 표 1에 나타낸다.
실시예 4
도 1에 도시된 바와 같이, 커패시터 소자(9)를 먼저, 30 g의 3,4-에틸렌디옥시티오펜을 함유하는 제1 용액에 5 분 동안 침지시킨 후, 100 g의, 50% 철 (Ⅲ) p-톨루엔설포네이트 함유 tert-부탄올 용액, 20 g의 중합성 화합물
Figure 112012054854047-pat00064
, 20 g의 경화제
Figure 112012054854047-pat00065
및 2 g의 촉매
Figure 112012054854047-pat00066
를 혼합함으로써 형성된 제2 용액에 5 분 동안 침지시켰다. 커패시터 소자를 전해질 재료 제제로부터 꺼내고, 25℃ 내지 260℃ 범위의 온도에서 열중합하여, 전도성 폴리머 및 중합성 재료의 혼합물을 함유하는 고체 전해질을 형성하였다.
고체 전해질을 갖는 커패시터 소자를 바닥을 갖는 박스 내에 배치하고, 박스를 와이어가 노출되도록 고무 물질로 밀봉하여, 고체 커패시터를 형성하였다.
상기 과정을 통하여 제조된 고체 커패시터의 전기적 데이터를 하기 표 1에 나타낸다.
실시예 5
도 1에 도시된 바와 같이, 커패시터 소자(9)를 먼저, 100 g의, 55% 철 (Ⅲ) p-톨루엔설포네이트 함유 에탄올 용액, 20 g의 중합성 화합물
Figure 112012054854047-pat00067
, 20 g의 경화제
Figure 112012054854047-pat00068
및 2 g의 촉매
Figure 112012054854047-pat00069
를 혼합함으로써 형성된 제2 용액에 5 분 동안 침지시킨 후, 30 g의 3,4-에틸렌디옥시티오펜을 함유하는 제1 용액에 5 분 동안 침지시켰다. 이어서, 커패시터 소자를 전해질 재료 제제로부터 꺼내고, 25℃ 내지 260℃ 범위의 온도에서 열중합하여, 전도성 폴리머 및 중합성 재료의 혼합물을 함유하는 고체 전해질을 형성하였다.
고체 전해질을 갖는 커패시터 소자를 바닥을 갖는 박스 내에 배치하고, 박스를 와이어가 노출되도록 고무 물질로 밀봉하여, 고체 커패시터를 형성하였다.
상기 과정을 통하여 제조된 고체 커패시터의 전기적 데이터를 하기 표 1에 나타낸다.
실시예 6
도 1에 도시된 바와 같이, 커패시터 소자(9)를 40 g의 피롤, 120 g의, 40% 철 (Ⅲ) p-톨루엔설포네이트 함유 프로판올 용액, 50 g의 중합성 화합물
Figure 112012054854047-pat00070
, 50 g의 경화제
Figure 112012054854047-pat00071
및 5 g의 촉매
Figure 112012054854047-pat00072
를 혼합함으로써 형성된 전해질 재료 제제에 5 분 동안 침지시켰다. 이어서, 커패시터 소자를 전해질 재료 제제로부터 꺼내고, 25℃ 내지 260℃ 범위의 온도에서 열중합하여, 전도성 폴리머 및 중합성 재료의 혼합물을 함유하는 고체 전해질을 형성하였다.
고체 전해질을 갖는 커패시터 소자를 바닥을 갖는 박스 내에 배치하고, 박스를 와이어가 노출되도록 고무 물질로 밀봉하여, 고체 커패시터를 형성하였다.
상기 과정을 통하여 제조된 고체 커패시터의 전기적 데이터를 하기 표 1에 나타낸다.
실시예 7
도 1에 도시된 바와 같이, 커패시터 소자(9)를 40 g의 아닐린, 120 g의, 40% 철 (Ⅲ) p-톨루엔설포네이트 함유 에탄올 용액, 40 g의 중합성 화합물
Figure 112012054854047-pat00073
, 40 g의 경화제
Figure 112012054854047-pat00074
및 5 g의 촉매
Figure 112012054854047-pat00075
를 혼합함으로써 형성된 전해질 재료 제제에 5 분 동안 침지시켰다. 이어서, 커패시터 소자를 전해질 재료 제제로부터 꺼내고, 25℃ 내지 260℃ 범위의 온도에서 열중합하여, 전도성 폴리머 및 중합성 재료의 폴리머의 혼합물을 함유하는 고체 전해질을 형성하였다.
고체 전해질을 갖는 커패시터 소자를 바닥을 갖는 박스 내에 배치하고, 박스를 와이어가 노출되도록 고무 물질로 밀봉하여, 고체 커패시터를 형성하였다.
상기 과정을 통하여 제조된 고체 커패시터의 전기적 데이터를 하기 표 1에 나타낸다.
실시예 8
도 1에 도시된 바와 같이, 커패시터 소자(9)를 30 g의 3,4-에틸렌디옥시티오펜, 100 g의, 40% 철 (Ⅲ) p-톨루엔설포네이트 함유 tert-부탄올 용액, 20 g의 중합성 화합물
Figure 112012054854047-pat00076
, 및 20 g의 경화제
Figure 112012054854047-pat00077
를 혼합함으로써 형성된 전해질 재료 제제에 5 분 동안 침지시켰다. 이어서, 커패시터 소자를 전해질 재료 제제로부터 꺼내고, 25℃ 내지 260℃ 범위의 온도에서 열중합하여, 전도성 폴리머 및 중합성 재료의 혼합물을 함유하는 고체 전해질을 형성하였다.
고체 전해질을 갖는 커패시터 소자를 바닥을 갖는 박스 내에 배치하고, 박스를 와이어가 노출되도록 고무 물질로 밀봉하여, 고체 커패시터를 형성하였다.
상기 과정을 통하여 제조된 고체 커패시터의 전기적 데이터를 하기 표 1에 나타낸다.
실시예 9
도 1에 도시된 바와 같이, 커패시터 소자(9)를 먼저, 30 g의 95% 에탄올 희석된 3,4-에틸렌디옥시티오펜, 15 g의 중합성 화합물
Figure 112012054854047-pat00078
, 15 g의 경화제
Figure 112012054854047-pat00079
및 2 g의 촉매
Figure 112012054854047-pat00080
를 혼합함으로써 형성된 제1 용액에 5 분 동안 침지시킨 후, 100 g의, 45% 철 (Ⅲ) p-톨루엔설포네이트 함유 n-부탄올 용액에 5 분 동안 침지시켰다. 이어서, 커패시터 소자를 전해질 재료 제제로부터 꺼내고, 25℃ 내지 260℃ 범위의 온도에서 열중합하여, 전도성 폴리머 및 중합성 재료의 혼합물을 함유하는 고체 전해질을 형성하였다.
고체 전해질을 갖는 커패시터 소자를 바닥을 갖는 박스 내에 배치하고, 박스를 와이어가 노출되도록 고무 물질로 밀봉하여, 고체 커패시터를 형성하였다.
상기 과정을 통하여 제조된 고체 커패시터의 전기적 데이터를 하기 표 1에 나타낸다.
실시예 10
도 1에 도시된 바와 같이, 커패시터 소자(9)를 30 g의 3,4-에틸렌디옥시티오펜, 150 g의, 40% 철 (Ⅲ) p-톨루엔설포네이트 함유 tert-부탄올 용액, 및 20 g의 중합성 화합물
Figure 112012054854047-pat00081
을 혼합함으로써 형성된 전해질 재료 제제에 5 분 동안 침지시켰다. 이어서, 커패시터 소자를 전해질 재료 제제로부터 꺼내고, 25℃ 내지 260℃ 범위의 온도에서 열중합하여,전도성 폴리머 및 중합성 재료의 혼합물을 함유하는 고체 전해질을 형성하였다.
고체 전해질을 갖는 커패시터 소자를 바닥을 갖는 박스 내에 배치하고, 박스를 와이어가 노출되도록 고무 물질로 밀봉하여, 고체 커패시터를 형성하였다.
상기 과정을 통하여 제조된 고체 커패시터의 전기적 데이터를 하기 표 1에 나타낸다.
실시예 11
중합성 화합물이
Figure 112012054854047-pat00082
인 점을 제외하고는 실시예 1의 고체 커패시터 제조와 실질적으로 동일한 방법을 통하여 실시예 11의 고체 커패시터를 제조하였다. 전기적 데이터는 하기 표 1에 나타낸다.
실시예 12
중합성 화합물이
Figure 112012054854047-pat00083
인 점을 제외하고는 실시예 1의 고체 커패시터 제조와 실질적으로 동일한 방법을 통하여 실시예 12의 고체 커패시터를 제조하였다. 전기적 데이터는 하기 표 1에 나타낸다.
실시예 13
중합성 화합물이
Figure 112012054854047-pat00084
인 점을 제외하고는 실시예 1의 고체 커패시터 제조와 실질적으로 동일한 방법을 통하여 실시예 13의 고체 커패시터를 제조하였다. 전기적 데이터는 하기 표 1에 나타낸다.
실시예 14
중합성 화합물이
Figure 112012054854047-pat00085
인 점을 제외하고는 실시예 1의 고체 커패시터 제조와 실질적으로 동일한 방법을 통하여 실시예 14의 고체 커패시터를 제조하였다. 전기적 데이터는 하기 표 1에 나타낸다.
실시예 15
도 1에 도시된 바와 같이, 커패시터 소자(9)를 먼저, 30 g의 3,4-에틸렌디옥시티오펜, 100 g의, 40% 철 (Ⅲ) p-톨루엔설포네이트 함유 tert-부탄올 용액, 30 g의 중합성 화합물
Figure 112012054854047-pat00086
, 및 3 g의 촉매
Figure 112012054854047-pat00087
를 혼합함으로써 형성된 전해질 재료 제제에 5 분 동안 침지시켰다. 이어서, 커패시터 소자를 전해질 재료 제제로부터 꺼내고, 25℃ 내지 260℃ 범위의 온도에서 열중합하여, 전도성 폴리머 및 중합성 재료의 혼합물을 함유하는 고체 전해질을 형성하였다.
고체 전해질을 갖는 커패시터 소자를 바닥을 갖는 박스 내에 배치하고, 박스를 와이어가 노출되도록 고무 물질로 밀봉하여, 고체 커패시터를 형성하였다.
상기 과정을 통하여 제조된 고체 커패시터의 전기적 데이터를 하기 표 1에 나타낸다.
실시예 16
도 1에 도시된 바와 같이, 커패시터 소자(9)를 먼저, 30 g의 3,4-에틸렌디옥시티오펜, 30 g의 중합성 화합물
Figure 112012054854047-pat00088
및 3 g의 촉매
Figure 112012054854047-pat00089
를 혼합함으로써 형성된 제1 용액에 5 분 동안 침지시킨 후, 100 g의, 50% 철 (Ⅲ) p-톨루엔설포네이트 함유 tert-부탄올 용액인 제2 용액에 5 분 동안 침지시켰다. 이어서, 커패시터 소자를 전해질 재료 제제로부터 꺼내고, 25℃ 내지 260℃ 범위의 온도에서 열중합하여, 전도성 폴리머 및 중합성 재료의 혼합물을 함유하는 고체 전해질을 형성하였다.
고체 전해질을 갖는 커패시터 소자를 바닥을 갖는 박스 내에 배치하고, 박스를 와이어가 노출되도록 고무 물질로 밀봉하여, 고체 커패시터를 형성하였다.
상기 과정을 통하여 제조된 고체 커패시터의 전기적 데이터를 하기 표 1에 나타낸다.
실시예 17
도 1에 도시된 바와 같이, 커패시터 소자(9)를 먼저, 100 g의, 40% 철 (Ⅲ) p-톨루엔설포네이트 함유 tert-부탄올의 제2 용액에 5 분 동안 침지시킨 후, 30 g의 3,4-에틸렌디옥시티오펜 및 30 g의 중합성 화합물
Figure 112012054854047-pat00090
을 혼합함으로써 형성된 제1 용액에 5 분 동안 침지시켰다. 이어서, 커패시터 소자를 전해질 재료 제제로부터 꺼내고, 25℃ 내지 260℃ 범위의 온도에서 열중합하여,전도성 폴리머 및 중합성 재료의 혼합물을 함유하는 고체 전해질을 형성하였다.
고체 전해질을 갖는 커패시터 소자를 바닥을 갖는 박스 내에 배치하고, 박스를 와이어가 노출되도록 고무 물질로 밀봉하여, 고체 커패시터를 형성하였다.
상기 과정을 통하여 제조된 고체 커패시터의 전기적 데이터를 하기 표 1에 나타낸다.
실시예 18
도 1에 도시된 바와 같이, 커패시터 소자(9)를 먼저, 30 g의 3,4-에틸렌디옥시티오펜을 함유하는 제1 용액에 5 분 동안 침지시킨 후, 100 g의, 40% 철 (Ⅲ) p-톨루엔설포네이트 함유 tert-부탄올 용액, 25 g의 중합성 화합물
Figure 112012054854047-pat00091
및 3 g의 촉매
Figure 112012054854047-pat00092
를 혼합함으로써 형성된 제2 용액에 침지시켰다. 이어서, 커패시터 소자를 전해질 재료 제제로부터 꺼내고, 25℃ 내지 260℃ 범위의 온도에서 열중합하여,전도성 폴리머 및 중합성 재료의 혼합물을 함유하는 고체 전해질을 형성하였다.
고체 전해질을 갖는 커패시터 소자를 바닥을 갖는 박스 내에 배치하고, 박스를 와이어가 노출되도록 고무 물질로 밀봉하여, 고체 커패시터를 형성하였다.
상기 과정을 통하여 제조된 고체 커패시터의 전기적 데이터를 하기 표 1에 나타낸다.
실시예 19
도 1에 도시된 바와 같이, 커패시터 소자(9)를 먼저, 100 g의, 40% 철 (Ⅲ) p-톨루엔설포네이트 함유 tert-부탄올 용액 및 30 g의 중합성 화합물
Figure 112012054854047-pat00093
을 혼합함으로써 형성된 제2 용액에 5 분 동안 침지시킨 후, 30 g의 3,4-에틸렌디옥시티오펜을 함유하는 제1 용액에 5 분 동안 침지시켰다. 이어서, 커패시터 소자를 전해질 재료 제제로부터 꺼내고, 25℃ 내지 260℃ 범위의 온도에서 열중합하여, 전도성 폴리머 및 중합성 재료의 혼합물을 함유하는 고체 전해질을 형성하였다.
고체 전해질을 갖는 커패시터 소자를 바닥을 갖는 박스 내에 배치하고, 박스를 와이어가 노출되도록 고무 물질로 밀봉하여, 고체 커패시터를 형성하였다.
상기 과정을 통하여 제조된 고체 커패시터의 전기적 데이터를 하기 표 1에 나타낸다.
실시예 20
도 1에 도시된 바와 같이, 커패시터 소자(9)를 50 g의 피롤, 150 g의, 40% 철 (Ⅲ) p-톨루엔설포네이트 함유 tert-부탄올 용액, 30 g의 중합성 화합물
Figure 112012054854047-pat00094
및 3 g의 촉매
Figure 112012054854047-pat00095
를 혼합함으로써 형성된 전해질 재료 제제에 5 분 동안 침지시켰다. 이어서, 커패시터 소자를 전해질 재료 제제로부터 꺼내고, 25℃ 내지 260℃ 범위의 온도에서 열중합하여, 전도성 폴리머 및 중합성 재료의 혼합물을 함유하는 고체 전해질을 형성하였다.
고체 전해질을 갖는 커패시터 소자를 바닥을 갖는 박스 내에 배치하고, 박스를 와이어가 노출되도록 고무 물질로 밀봉하여, 고체 커패시터를 형성하였다.
상기 과정을 통하여 제조된 고체 커패시터의 전기적 데이터를 하기 표 1에 나타낸다.
실시예 21
도 1에 도시된 바와 같이, 커패시터 소자(9)를 50 g의 아닐린, 150 g의, 40% 철 (Ⅲ) p-톨루엔설포네이트 함유 tert-부탄올 용액, 30 g의 중합성 화합물
Figure 112012054854047-pat00096
및 3 g의 촉매
Figure 112012054854047-pat00097
를 혼합함으로써 형성된 전해질 재료 제제에 5 분 동안 침지시켰다. 이어서, 커패시터 소자를 전해질 재료 제제로부터 꺼내고, 25℃ 내지 260℃ 범위의 온도에서 열중합하여, 전도성 폴리머 및 중합성 재료의 혼합물을 함유하는 고체 전해질을 형성하였다.
고체 전해질을 갖는 커패시터 소자를 바닥을 갖는 박스 내에 배치하고, 박스를 와이어가 노출되도록 고무 물질로 밀봉하여, 고체 커패시터를 형성하였다.
상기 과정을 통하여 제조된 고체 커패시터의 전기적 데이터를 하기 표 1에 나타낸다.
실시예 22
도 1에 도시된 바와 같이, 커패시터 소자(9)를 30 g의 3,4-에틸렌디옥시티오펜, 100 g의, 40% 철 (Ⅲ) p-톨루엔설포네이트 함유 tert-부탄올 용액, 및 30 g의 중합성 화합물
Figure 112012054854047-pat00098
을 혼합함으로써 형성된 전해질 재료 제제에 5 분 동안 침지시켰다. 이어서, 커패시터 소자를 전해질 재료 제제로부터 꺼내고, 25℃ 내지 260℃ 범위의 온도에서 열중합하여, 전도성 폴리머 및 중합성 재료의 혼합물을 함유하는 고체 전해질을 형성하였다.
고체 전해질을 갖는 커패시터 소자를 바닥을 갖는 박스 내에 배치하고, 박스를 와이어가 노출되도록 고무 물질로 밀봉하여, 고체 커패시터를 형성하였다.
상기 과정을 통하여 제조된 고체 커패시터의 전기적 데이터를 하기 표 1에 나타낸다.
실시예 23
도 1에 도시된 바와 같이, 커패시터 소자(9)를 먼저, 30 g의, 95% 에탄올 희석된 3,4-에틸렌디옥시티오펜, 15 g의 중합성 화합물
Figure 112012054854047-pat00099
및 2 g의 촉매
Figure 112012054854047-pat00100
를 혼합함으로써 형성된 제1 용액에 5 분 동안 침지시킨 후, 100 g의, 45% 철 (Ⅲ) p-톨루엔설포네이트 함유 n-부탄올 용액의 제2 용액에 5 분 동안 침지시켰다. 이어서, 커패시터 소자를 전해질 재료 제제로부터 꺼내고, 25℃ 내지 260℃ 범위의 온도에서 열중합하여, 전도성 폴리머 및 중합성 재료의 혼합물을 함유하는 고체 전해질을 형성하였다.
고체 전해질을 갖는 커패시터 소자를 바닥을 갖는 박스 내에 배치하고, 박스를 와이어가 노출되도록 고무 물질로 밀봉하여, 고체 커패시터를 형성하였다.
상기 과정을 통하여 제조된 고체 커패시터의 전기적 데이터를 하기 표 1에 나타낸다.
실시예 24
중합성 화합물이
Figure 112012054854047-pat00101
인 점을 제외하고는 실시예 15의 고체 커패시터 제조와 실질적으로 동일한 방법을 통하여 실시예 24의 고체 커패시터를 제조하였다. 전기적 데이터는 하기 표 1에 나타낸다.
실시예 25
중합성 화합물이 5 g의
Figure 112012054854047-pat00102
, 15 g의
Figure 112012054854047-pat00103
및 10 g의
Figure 112012054854047-pat00104
로 구성된 점을 제외하고는 실시예 15의 고체 커패시터 제조와 실질적으로 동일한 방법을 통하여 실시예 25의 고체 커패시터를 제조하였다. 전기적 데이터는 하기 표 1에 나타낸다.
비교예 1
도 1에 도시된 커패시터 소자(9)를 10 g의 3,4-에틸렌디옥시티오펜 및 100 g의, 40% 철 (Ⅲ) p-톨루엔설포네이트 함유 tert-부탄올 용액을 혼합함으로써 형성된 전해질 재료 제제에 5 분 동안 침지시켰다. 이어서, 커패시터 소자를 전해질 재료 제제로부터 꺼내고, 25℃ 내지 260℃ 범위의 온도에서 열중합하여, 고체 전해질을 형성하였다. 고체 전해질을 갖는 커패시터 소자를 바닥을 갖는 박스 내에 배치하고, 박스를 와이어가 노출되도록 고무 물질로 밀봉하여, 고체 커패시터를 형성하였다. 상기 과정을 통하여 제조된 고체 커패시터의 전기적 데이터를 하기 표 1에 나타낸다.
저장 캐패시턴스(Capacitance for Storage, CS)
(μF,120㎐)		 소실계수
(Dissipation Factor, DF)		 등가직렬저항
(Equivalent Series Resistance, ESR)
(mohm)		 스파크 전압
(Spark Voltage)(내전압(withstand voltage))		 재현성
(Reproducibility)(%)
실시예 1 902 0.019 8.1 21.0 100.0
실시예 2 916 0.024 8.5 21.0 100.0
실시예 3 910 0.026 9.1 22.0 94.0
실시예 4 912 0.026 8.6 21.0 100.0
실시예 5 898 0.025 10.1 22.0 100.0
실시예 6 907 0.037 8.5 22.0 100.0
실시예 7 917 0.037 9.3 23.0 100.0
실시예 8 917 0.083 13.0 24.0 100.0
실시예 9 895 0.040 13.0 24.0 100.0
실시예 10 910 0.039 8.5 21.0 94.0
실시예 11 899 0.038 8.3 21.0 94.0
실시예 12 880 0.040 13.0 23.0 100.0
실시예 13 913 0.039 14.0 23.0 100.0
실시예 14 970 0.050 14.0 22.0 100.0
실시예 15 1056 0.022 8.1 23.0 88.0
실시예 16 1075 0.024 9.5 23.0 94.0
실시예 17 1066 0.023 9.5 21.0 100.0
실시예 18 1069 0.023 9.5 22.0 100.0
실시예 19 1070 0.023 9.5 25.0 100.0
실시예 20 1039 0.029 12 25.0 100.0
실시예 21 1064 0.022 9.1 23.0 100.0
실시예 22 1066 0.021 8.3 24.0 100.0
실시예 23 1091 0.047 12 24.0 100.0
실시예 24 1054 0.036 14.2 24.0 100.0
실시예 25 54 0.0190 19.1 73.0 94.0
비교예 1 677 0.032 9.4 20.0 62.5
표 1의 전기적 시험의 조건은 하기와 같다:
(항목) (조건)
스파크 전압(V) 실온, 0.5 내지 1.0 ㎃
손실계수(DF) 120㎐/120℃
등가직렬저항(ESR) 100 ㎑ 내지 300 ㎑/20℃
재현성(Reproducibility) 실시예 또는 비교예로부터의 16개 샘플 중,
각 항목에 대한 전기적 데이터가 평균값의 20%
변동 범위 내에 속하는 비율
제조된 고체 커패시터의 사용 기간 시험은 하기 표 2에 나타낸다.
저장 캐패시턴스(Capacitance for Storage, CS)
(μF,120㎐)		 소실계수
(Dissipation Factor, DF)		 등가직렬저항
(Equivalent Series Resistance, ESR)
(mohm)		 사용 기간 시험의 통과비율(Pass Rate of Service Life Test(%))
실시예 1 869 0.035 9.5 100.0
실시예 2 882 0.032 8.8 100.0
실시예 3 876 0.032 8.6 100.0
실시예 4 877 0.035 9.6 100.0
실시예 5 862 0.031 8.7 100.0
실시예 6 873 0.032 9.2 100.0
실시예 7 884 0.031 8.6 100.0
실시예 8 884 0.030 14.0 100.0
실시예 9 860 0.031 14.2 100.0
실시예 10 876 0.031 8.8 100.0
실시예 11 869 0.042 8.7 100.0
실시예 12 852 0.048 14.1 100.0
실시예 13 880 0.045 15.8 100.0
실시예 14 936 0.055 14.7 100.0
실시예 15 1016 0.032 8.4 100.0
실시예 16 1038 0.035 9.9 100.0
실시예 17 1034 0.033 9.7 100.0
실시예 18 1029 0.033 9.7 100.0
실시예 19 1035 0.032 9.8 100.0
실시예 20 997 0.037 12.6 100.0
실시예 21 1032 0.029 9.5 100.0
실시예 22 1034 0.031 9.3 100.0
실시예 23 1036 0.057 12.4 100.0
실시예 24 1016 0.046 14.7 100.0
실시예 25 52 0.022 21.7 100.0
비교예 1 580 0.049 12.2 20.0
표 2의 사용 기간 시험의 조건은 하기와 같다:
일반적으로, 고체 커패시터의 사용 기간 조건은 105℃에서, 2000 시간 동안 유지된 후를 포함하며, 고체 커패시터는 특성들이 여전히 사양(specification)을 만족하는지를 결정하기 위하여 시험된다.
표 1 및 2로부터, 본 발명에 따른 고체 전해질은 경화성 폴리머 존재에 의해 고체 커패시터에 적용되며, 커패시턴스 및 내전압성(voltage resistance)이 향상될 수 있으며, 사용 기간이 연장될 수 있다.
전도성 폴리머는 경화성 폴리머와 혼합되어, 전도성 폴리머가 전극 상에 부착될 수 있고, 전도성 폴리머의 안정성이 향상되며, 즉 중합을 통하여 얻어진 폴리머가 우수한 물리적 특성을 갖는다. 결과적으로, 공정 수율이 높고, 사용 기간이 길며, 작업 전압이 높다. 따라서, 폴리머는 고전압 커패시터를 요구하는 산업, 예를 들어, LED 램프, 전자식 에너지-절감 램프 및 정류기용 구동 전원, 자동차 전자 장치, 컴퓨터 마더보드, 주파수 변환기, 네트워크 커뮤니케이션, 의학 장치용 전원, 및 다른 고급 분야에 널리 이용될 수 있다.

Claims (15)

  1. (a1) 피롤, 티오펜, 페닐렌 설파이드, 및 그의 유도체로 이루어진 군으로부터 선택되는 전도성 화합물;
    (b1) 산화제; 및
    (c1) 에폭시기-함유 중합성 화합물, 비닐-함유 불포화 중합성 화합물, 아크릴레이트-함유 불포화 중합성 화합물, 또는 그 혼합물을 포함하는 중합성 화합물을 포함하는
    전해질 재료 제제.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 산화제는 알칼리 금속 퍼설페이트, 암모늄 퍼설페이트, 유기산 및 유기기를 갖는 무기산의 제2철염으로 이루어진 군으로부터 선택되는
    전해질 재료 제제.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 중합성 화합물은 하기:
    Figure 112014047226897-pat00105
    ,
    Figure 112014047226897-pat00106
    ,
    Figure 112014047226897-pat00107
    ,
    Figure 112014047226897-pat00108
    ,
    Figure 112014047226897-pat00109
    ,
    Figure 112014047226897-pat00110
    ,
    Figure 112014047226897-pat00111
    ,
    Figure 112014047226897-pat00112
    ,
    Figure 112014047226897-pat00113
    ,
    Figure 112014047226897-pat00114
    ,
    Figure 112014047226897-pat00115
    ,
    Figure 112014047226897-pat00116
    ,
    Figure 112014047226897-pat00117
    ,
    Figure 112014047226897-pat00118
    ,
    Figure 112014047226897-pat00119
    ,
    Figure 112014047226897-pat00120
    ,
    Figure 112014047226897-pat00121
    , 및
    Figure 112014047226897-pat00122

    로 이루어진 군으로부터 선택되며,
    상기에서, n은 3 이상의 정수이며, m은 2 이상의 정수이며, G는 유기기, 무기기 또는 그 혼합물인
    전해질 재료 제제.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 중합성 화합물은 하기:
    Figure 112014047226897-pat00123
    ,
    Figure 112014047226897-pat00124
    ,
    Figure 112014047226897-pat00125
    ,
    Figure 112014047226897-pat00126
    ,
    Figure 112014047226897-pat00127
    ,
    Figure 112014047226897-pat00128
    ,
    Figure 112014047226897-pat00129
    ,
    Figure 112014047226897-pat00130
    ,
    Figure 112014047226897-pat00131
    ,
    Figure 112014047226897-pat00132
    ,
    Figure 112014047226897-pat00133
    ,
    Figure 112014047226897-pat00134
    ,
    Figure 112014047226897-pat00135
    ,
    Figure 112014047226897-pat00136
    ,
    Figure 112014047226897-pat00137
    ,
    Figure 112014047226897-pat00138
    ,
    Figure 112014047226897-pat00139
    ,
    Figure 112014047226897-pat00140
    ,
    Figure 112014047226897-pat00141
    ,
    Figure 112014047226897-pat00142
    ,
    Figure 112014047226897-pat00143
    ,
    Figure 112014047226897-pat00144
    ,
    Figure 112014047226897-pat00145
    및
    Figure 112014047226897-pat00146

    로 이루어진 군으로부터 선택되는
    전해질 재료 제제.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 중합성 화합물의 분자량은 40 내지 1,000,000의 범위인
    전해질 재료 제제.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 구성성분 (a1) 100 중량부를 기준으로, 상기 구성성분 (b1)의 양은 1-10000 중량부이며, 상기 구성성분 (c1)의 양은 0.1-10000 중량부인
    전해질 재료 제제.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 구성성분 (a1) 100 중량부를 기준으로, 상기 구성성분 (b1)의 양은 10-2000 중량부이며, 상기 구성성분 (c1)의 양은 1-3000 중량부인
    전해질 재료 제제.
  8. 제1항에 있어서,
    경화제를 더 포함하며,
    상기 경화제는 아민 또는 산 무수물인
    전해질 재료 제제.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 경화제는
    Figure 112014047226897-pat00147
    ,
    Figure 112014047226897-pat00148
    ,
    Figure 112014047226897-pat00149
    , 또는
    Figure 112014047226897-pat00150

    인
    전해질 재료 제제.
  10. 중합을 통하여, 제1항에 따른 전해질 재료 제제로부터 형성된, 전해질 재료 조성물.
  11. 제10항에 있어서,
    (A) 전도성 화합물 및 산화제로부터 유래된 중합 단위로부터 형성된, 제1 폴리머; 및
    (B) 중합성 화합물로부터 유래된 중합 단위로부터 형성된, 제2 폴리머를 포함하는
    전해질 재료 조성물.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제2 폴리머는 중합성 화합물 및 경화제로부터 유래된 중합 단위로부터 형성되는
    전해질 재료 조성물.
  13. 애노드;
    상기 애노드 상에 형성된 유전층;
    캐소드; 및
    유전층과 캐소드 사이에 위치한 고체 전해질을 포함하며,
    상기 고체 전해질은 제10항에 따른 전해질 재료 조성물을 포함하는
    고체 커패시터.
  14. 삭제
  15. 삭제
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