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JP7696282B2 - Capacitor and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description

本発明は、π共役系導電性高分子を含む固体電解質層を備えたキャパシタ及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a capacitor having a solid electrolyte layer containing a π-conjugated conductive polymer and a method for manufacturing the same.

π共役系導電性高分子とポリアニオンを含む導電性複合体を含有する固体電解質層が、誘電体層と陰極との間に配置されたキャパシタが知られている(例えば特許文献1)。 A capacitor is known in which a solid electrolyte layer containing a conductive complex including a π-conjugated conductive polymer and a polyanion is disposed between a dielectric layer and a cathode (for example, Patent Document 1).

特開2020-100744号公報JP 2020-100744 A

特許文献1のキャパシタの固体電解質層は、導電性複合体の他に更に特定の化学式で表されるスルフィドを含むことにより、等価直列抵抗(ESR)が低減され、耐熱性も向上している。一方、上記スルフィドによらず、等価直列抵抗が低減されたキャパシタが求められることがある。
本発明は、等価直列抵抗が低減したキャパシタ及びその製造方法を提供する。
The solid electrolyte layer of the capacitor of Patent Document 1 contains a sulfide represented by a specific chemical formula in addition to the conductive composite, thereby reducing the equivalent series resistance (ESR) and improving the heat resistance. On the other hand, there is a demand for a capacitor with reduced equivalent series resistance without relying on the sulfide.
The present invention provides a capacitor with reduced equivalent series resistance and a method for manufacturing the same.

[1] 弁金属の多孔質体からなる陽極と、前記弁金属の酸化物からなる誘電体層と、前記誘電体層の、前記陽極と反対側に設けられた導電物質製の陰極と、前記誘電体層及び前記陰極の間に形成された固体電解質層とを具備し、前記固体電解質層が、π共役系導電性高分子及びポリアニオンを含む導電性複合体と、アルキルスルホン酸を含有する、キャパシタ。
[2] 前記アルキルスルホン酸が前記π共役系導電性高分子に結合し、前記導電性複合体に含まれている、[1]に記載のキャパシタ。
[3] 前記アルキルスルホン酸がメタンスルホン酸又はエタンスルホン酸である、[1]又は[2]に記載のキャパシタ。
[4] 前記固体電解質層が、塩基性化合物をさらに含有する、[1]~[3]の何れか一項に記載のキャパシタ。
[5] 前記塩基性化合物が窒素含有芳香族化合物である、[4]に記載のキャパシタ。
[6] 前記固体電解質層が、水酸基を二つ以上含むポリオール化合物をさらに含有する、[1]~[5]の何れか一項に記載のキャパシタ。
[7] 前記ポリオール化合物がジエチレングリコールである、[6]に記載のキャパシタ。
[8] 前記π共役系導電性高分子がポリ(3,4-エチレンジオキシチオフェン)であるか、又は、前記ポリアニオンがポリスチレンスルホン酸である、[1]~[7]の何れか一項に記載のキャパシタ。
[9] 弁金属の多孔質体からなる陽極の表面に形成された誘電体層の表面に、導電性高分子分散液を塗布し、乾燥させて固体電解質層を形成する工程を有する、キャパシタの製造方法であって、前記導電性高分子分散液は、π共役系導電性高分子及びポリアニオンを含む導電性複合体と、アルキルスルホン酸と、前記導電性複合体を分散させる分散媒と、を含む、キャパシタの製造方法。
[10] 前記アルキルスルホン酸が前記π共役系導電性高分子に結合し、前記導電性複合体に含まれている、[9]に記載のキャパシタの製造方法。
[1] A capacitor comprising: an anode made of a porous body of a valve metal; a dielectric layer made of an oxide of the valve metal; a cathode made of a conductive material provided on the dielectric layer opposite the anode; and a solid electrolyte layer formed between the dielectric layer and the cathode, wherein the solid electrolyte layer contains a conductive complex including a π-conjugated conductive polymer and a polyanion, and an alkylsulfonic acid.
[2] The capacitor according to [1], wherein the alkylsulfonic acid is bound to the π-conjugated conductive polymer and is contained in the conductive composite.
[3] The capacitor according to [1] or [2], wherein the alkylsulfonic acid is methanesulfonic acid or ethanesulfonic acid.
[4] The capacitor according to any one of [1] to [3], wherein the solid electrolyte layer further contains a basic compound.
[5] The capacitor according to [4], wherein the basic compound is a nitrogen-containing aromatic compound.
[6] The capacitor according to any one of [1] to [5], wherein the solid electrolyte layer further contains a polyol compound containing two or more hydroxyl groups.
[7] The capacitor according to [6], wherein the polyol compound is diethylene glycol.
[8] The capacitor according to any one of [1] to [7], wherein the π-conjugated conductive polymer is poly(3,4-ethylenedioxythiophene) or the polyanion is polystyrenesulfonic acid.
[9] A method for manufacturing a capacitor, comprising the steps of applying a conductive polymer dispersion onto a surface of a dielectric layer formed on a surface of an anode made of a porous valve metal, and drying the applied conductive polymer dispersion to form a solid electrolyte layer, wherein the conductive polymer dispersion contains a conductive complex containing a π-conjugated conductive polymer and a polyanion, alkylsulfonic acid, and a dispersion medium for dispersing the conductive complex.
[10] The method for producing a capacitor according to [9], wherein the alkylsulfonic acid is bound to the π-conjugated conductive polymer and is contained in the conductive composite.

本発明のキャパシタは、固体電解質層にπ共役系導電性高分子及びポリアニオンを含む導電性複合体と、アルキルスルホン酸が含まれることによって、等価直列抵抗が低減している。本発明のキャパシタの製造方法によれば、上記キャパシタを容易に製造することができる。 The capacitor of the present invention has a reduced equivalent series resistance due to the inclusion of a conductive complex containing a π-conjugated conductive polymer and a polyanion, and an alkylsulfonic acid in the solid electrolyte layer. The capacitor can be easily manufactured by the method of manufacturing the capacitor of the present invention.

本発明はSDGs目標12「つくる責任 つかう責任」に資すると考えられる。 This invention is believed to contribute to SDG Goal 12, "Responsible Consumption and Production."

本明細書及び特許請求の範囲において、「~」で示す数値範囲の下限値及び上限値はその数値範囲に含まれるものとする。 In this specification and claims, the lower and upper limits of the numerical ranges indicated with "~" are considered to be included in the numerical range.

本発明のキャパシタの一実施形態を示す断面図である。1 is a cross-sectional view showing an embodiment of a capacitor of the present invention.

《キャパシタ》
本発明の第一態様はキャパシタである。その実施形態の例について説明する。図1に示すキャパシタ10は、弁金属の多孔質体からなる陽極11と、弁金属の酸化物からなる誘電体層12と、誘電体層12の表面に形成された固体電解質層14と、最も表側に設けられた陰極13とを具備する。陰極13は誘電体層12及び固体電解質層14を間に挟んで、陽極11と反対側に設けられている。
Capacitor
A first aspect of the present invention is a capacitor. An example of an embodiment of the capacitor will be described. A capacitor 10 shown in Fig. 1 includes an anode 11 made of a porous body of a valve metal, a dielectric layer 12 made of an oxide of the valve metal, a solid electrolyte layer 14 formed on the surface of the dielectric layer 12, and a cathode 13 provided on the outermost side. The cathode 13 is provided on the opposite side to the anode 11, with the dielectric layer 12 and the solid electrolyte layer 14 sandwiched therebetween.

陽極11を構成する弁金属としては、例えば、アルミニウム、タンタル、ニオブ、チタン、ハフニウム、ジルコニウム、亜鉛、タングステン、ビスマス、アンチモンなどが挙げられる。これらのうち、アルミニウム、タンタル、ニオブが好適である。
陽極11の具体例としては、アルミニウム箔をエッチングして表面積を増加させた後、その表面を酸化処理したものや、タンタル粒子やニオブ粒子の焼結体表面を酸化処理してペレットにしたものが挙げられる。このように処理されたものは表面に凹凸が形成された多孔質体となる。
Examples of the valve metal constituting the anode 11 include aluminum, tantalum, niobium, titanium, hafnium, zirconium, zinc, tungsten, bismuth, and antimony. Among these, aluminum, tantalum, and niobium are preferable.
Specific examples of the anode 11 include an aluminum foil that has been etched to increase its surface area and then oxidized, and a sintered body of tantalum particles or niobium particles that has been oxidized and formed into pellets. Such a treatment results in a porous body with irregularities formed on the surface.

本実施形態における誘電体層12は、陽極11の表面が酸化されて形成された層であり、例えば、アジピン酸アンモニウム水溶液などの電解液中にて、金属体の陽極11の表面を陽極酸化することで形成されたものである。陽極11と同様に誘電体層12にも凹凸が形成されている。 The dielectric layer 12 in this embodiment is a layer formed by oxidizing the surface of the anode 11, for example, by anodizing the surface of the metallic anode 11 in an electrolyte such as an aqueous solution of ammonium adipate. As with the anode 11, the dielectric layer 12 also has projections and recesses.

本実施形態における陰極13としては、導電性ペーストから形成した導電層やアルミニウム箔など、導電物質製の金属層を使用することができる。 In this embodiment, the cathode 13 can be a conductive layer formed from a conductive paste or a metal layer made of a conductive material, such as aluminum foil.

本実施形態における固体電解質層14は、誘電体層12の表面に形成されている。固体電解質層14は、誘電体層12の表面の少なくとも一部を覆っており、誘電体層12の表面の全部を覆っていてもよい。
固体電解質層14の厚さは、一定でもよいし、一定でなくてもよく、例えば、1μm以上100μm以下の厚さが挙げられる。
The solid electrolyte layer 14 in this embodiment is formed on the surface of the dielectric layer 12. The solid electrolyte layer 14 covers at least a portion of the surface of the dielectric layer 12, and may cover the entire surface of the dielectric layer 12.
The thickness of the solid electrolyte layer 14 may be constant or may not be constant, and may be, for example, 1 μm or more and 100 μm or less.

<導電性複合体>
固体電解質層に含有される導電性複合体について説明する。本態様の導電性複合体は、π共役系導電性高分子とポリアニオンとを含む。導電性複合体中のポリアニオンはπ共役系導電性高分子にドープして、導電性を有する導電性複合体を形成している。
ポリアニオンにおいては、一部のアニオン基のみがπ共役系導電性高分子にドープしており、ドープに関与しない余剰のアニオン基を有している。余剰のアニオン基は親水基であるため、導電性複合体は水分散性を有する。
<Conductive composite>
The conductive complex contained in the solid electrolyte layer will be described. The conductive complex of this embodiment contains a π-conjugated conductive polymer and a polyanion. The polyanion in the conductive complex is doped into the π-conjugated conductive polymer to form a conductive complex having electrical conductivity.
In the polyanion, only a part of the anionic groups is doped into the π-conjugated conductive polymer, and there are excess anionic groups that are not involved in the doping. Since the excess anionic groups are hydrophilic groups, the conductive composite has water dispersibility.

(π共役系導電性高分子)
π共役系導電性高分子としては、主鎖がπ共役系で構成されている有機高分子であればよく、例えば、ポリピロール系導電性高分子、ポリチオフェン系導電性高分子、ポリアセチレン系導電性高分子、ポリフェニレン系導電性高分子、ポリフェニレンビニレン系導電性高分子、ポリアニリン系導電性高分子、ポリアセン系導電性高分子、ポリチオフェンビニレン系導電性高分子、及びこれらの共重合体等が挙げられる。空気中での安定性の点からは、ポリピロール系導電性高分子、ポリチオフェン類及びポリアニリン系導電性高分子が好ましく、透明性の面から、ポリチオフェン系導電性高分子がより好ましい。
(π-conjugated conductive polymer)
The π-conjugated conductive polymer may be an organic polymer whose main chain is composed of a π-conjugated system, and examples thereof include polypyrrole-based conductive polymers, polythiophene-based conductive polymers, polyacetylene-based conductive polymers, polyphenylene-based conductive polymers, polyphenylenevinylene-based conductive polymers, polyaniline-based conductive polymers, polyacene-based conductive polymers, polythiophenevinylene-based conductive polymers, and copolymers thereof. From the viewpoint of stability in air, polypyrrole-based conductive polymers, polythiophenes, and polyaniline-based conductive polymers are preferred, and from the viewpoint of transparency, polythiophene-based conductive polymers are more preferred.

ポリチオフェン系導電性高分子としては、ポリチオフェン、ポリ(3-メチルチオフェン)、ポリ(3-エチルチオフェン)、ポリ(3-プロピルチオフェン)、ポリ(3-ブチルチオフェン)、ポリ(3-ヘキシルチオフェン)、ポリ(3-ヘプチルチオフェン)、ポリ(3-オクチルチオフェン)、ポリ(3-デシルチオフェン)、ポリ(3-ドデシルチオフェン)、ポリ(3-オクタデシルチオフェン)、ポリ(3-ブロモチオフェン)、ポリ(3-クロロチオフェン)、ポリ(3-ヨードチオフェン)、ポリ(3-シアノチオフェン)、ポリ(3-フェニルチオフェン)、ポリ(3,4-ジメチルチオフェン)、ポリ(3,4-ジブチルチオフェン)、ポリ(3-ヒドロキシチオフェン)、ポリ(3-メトキシチオフェン)、ポリ(3-エトキシチオフェン)、ポリ(3-ブトキシチオフェン)、ポリ(3-ヘキシルオキシチオフェン)、ポリ(3-ヘプチルオキシチオフェン)、ポリ(3-オクチルオキシチオフェン)、ポリ(3-デシルオキシチオフェン)、ポリ(3-ドデシルオキシチオフェン)、ポリ(3-オクタデシルオキシチオフェン)、ポリ(3,4-ジヒドロキシチオフェン)、ポリ(3,4-ジメトキシチオフェン)、ポリ(3,4-ジエトキシチオフェン)、ポリ(3,4-ジプロポキシチオフェン)、ポリ(3,4-ジブトキシチオフェン)、ポリ(3,4-ジヘキシルオキシチオフェン)、ポリ(3,4-ジヘプチルオキシチオフェン)、ポリ(3,4-ジオクチルオキシチオフェン)、ポリ(3,4-ジデシルオキシチオフェン)、ポリ(3,4-ジドデシルオキシチオフェン)、ポリ(3,4-エチレンジオキシチオフェン)、ポリ(3,4-プロピレンジオキシチオフェン)、ポリ(3,4-ブチレンジオキシチオフェン)、ポリ(3-メチル-4-メトキシチオフェン)、ポリ(3-メチル-4-エトキシチオフェン)、ポリ(3-カルボキシチオフェン)、ポリ(3-メチル-4-カルボキシチオフェン)、ポリ(3-メチル-4-カルボキシエチルチオフェン)、ポリ(3-メチル-4-カルボキシブチルチオフェン)が挙げられる。
ポリピロール系導電性高分子としては、ポリピロール、ポリ(N-メチルピロール)、ポリ(3-メチルピロール)、ポリ(3-エチルピロール)、ポリ(3-n-プロピルピロール)、ポリ(3-ブチルピロール)、ポリ(3-オクチルピロール)、ポリ(3-デシルピロール)、ポリ(3-ドデシルピロール)、ポリ(3,4-ジメチルピロール)、ポリ(3,4-ジブチルピロール)、ポリ(3-カルボキシピロール)、ポリ(3-メチル-4-カルボキシピロール)、ポリ(3-メチル-4-カルボキシエチルピロール)、ポリ(3-メチル-4-カルボキシブチルピロール)、ポリ(3-ヒドロキシピロール)、ポリ(3-メトキシピロール)、ポリ(3-エトキシピロール)、ポリ(3-ブトキシピロール)、ポリ(3-ヘキシルオキシピロール)、ポリ(3-メチル-4-ヘキシルオキシピロール)が挙げられる。
ポリアニリン系導電性高分子としては、ポリアニリン、ポリ(2-メチルアニリン)、ポリ(3-イソブチルアニリン)、ポリ(2-アニリンスルホン酸)、ポリ(3-アニリンスルホン酸)が挙げられる。
これらのπ共役系導電性高分子のなかでも、導電性、透明性、耐熱性に優れることから、ポリ(3,4-エチレンジオキシチオフェン)が特に好ましい。
導電性複合体に含まれるπ共役系導電性高分子は、1種類でもよいし、2種類以上でもよい。
Examples of polythiophene-based conductive polymers include polythiophene, poly(3-methylthiophene), poly(3-ethylthiophene), poly(3-propylthiophene), poly(3-butylthiophene), poly(3-hexylthiophene), poly(3-heptylthiophene), poly(3-octylthiophene), poly(3-decylthiophene), poly(3-dodecylthiophene), poly(3-octadecylthiophene), poly(3-bromothiophene), poly(3-chlorothiophene), and poly(3-iodothiophene). thiophene), poly(3-cyanothiophene), poly(3-phenylthiophene), poly(3,4-dimethylthiophene), poly(3,4-dibutylthiophene), poly(3-hydroxythiophene), poly(3-methoxythiophene), poly(3-ethoxythiophene), poly(3-butoxythiophene), poly(3-hexyloxythiophene), poly(3-heptyloxythiophene), poly(3-octyloxythiophene), poly(3-decyloxythiophene), poly(3-dodecyloxythiophene), oxythiophene), poly(3-octadecyloxythiophene), poly(3,4-dihydroxythiophene), poly(3,4-dimethoxythiophene), poly(3,4-diethoxythiophene), poly(3,4-dipropoxythiophene), poly(3,4-dibutoxythiophene), poly(3,4-dihexyloxythiophene), poly(3,4-diheptyloxythiophene), poly(3,4-dioctyloxythiophene), poly(3,4-didecyloxythiophene), poly(3,4-di dodecyloxythiophene), poly(3,4-ethylenedioxythiophene), poly(3,4-propylenedioxythiophene), poly(3,4-butylenedioxythiophene), poly(3-methyl-4-methoxythiophene), poly(3-methyl-4-ethoxythiophene), poly(3-carboxythiophene), poly(3-methyl-4-carboxythiophene), poly(3-methyl-4-carboxyethylthiophene), and poly(3-methyl-4-carboxybutylthiophene).
Examples of polypyrrole-based conductive polymers include polypyrrole, poly(N-methylpyrrole), poly(3-methylpyrrole), poly(3-ethylpyrrole), poly(3-n-propylpyrrole), poly(3-butylpyrrole), poly(3-octylpyrrole), poly(3-decylpyrrole), poly(3-dodecylpyrrole), poly(3,4-dimethylpyrrole), poly(3,4-dibutylpyrrole), poly(3-carboxypyrrole), poly(3-methyl-4-carboxypyrrole), poly(3-methyl-4-carboxyethylpyrrole), poly(3-methyl-4-carboxybutylpyrrole), poly(3-hydroxypyrrole), poly(3-methoxypyrrole), poly(3-ethoxypyrrole), poly(3-butoxypyrrole), poly(3-hexyloxypyrrole), and poly(3-methyl-4-hexyloxypyrrole).
Examples of polyaniline-based conductive polymers include polyaniline, poly(2-methylaniline), poly(3-isobutylaniline), poly(2-anilinesulfonic acid), and poly(3-anilinesulfonic acid).
Among these π-conjugated conductive polymers, poly(3,4-ethylenedioxythiophene) is particularly preferred because of its excellent conductivity, transparency and heat resistance.
The conductive composite may contain one type of π-conjugated conductive polymer, or two or more types of polymers.

(ポリアニオン)
ポリアニオンは、アニオン基を有するモノマー単位を、分子内に2つ以上有する重合体である。このポリアニオンのアニオン基は、π共役系導電性高分子に対するドーパントとして機能して、π共役系導電性高分子の導電性を向上させる。
ポリアニオンのアニオン基としては、スルホ基、またはカルボキシ基であることが好ましい。
このようなポリアニオンの具体例としては、ポリスチレンスルホン酸、ポリビニルスルホン酸、ポリアリルスルホン酸、スルホ基を有するポリアクリル酸エステル、スルホ基を有するポリメタクリル酸エステル(例えば、ポリ(4-スルホブチルメタクリレート、ポリスルホエチルメタクリレート、ポリメタクリロイルオキシベンゼンスルホン酸)、ポリ(2-アクリルアミド-2-メチルプロパンスルホン酸)、ポリイソプレンスルホン酸等のスルホ基を有する高分子や、ポリビニルカルボン酸、ポリスチレンカルボン酸、ポリアリルカルボン酸、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、ポリ(2-アクリルアミド-2-メチルプロパンカルボン酸)、ポリイソプレンカルボン酸等のカルボキシ基を有する高分子が挙げられる。ポリアニオンは、単一のモノマーが重合した単独重合体であってもよいし、2種以上のモノマーが重合した共重合体であってもよい。
これらポリアニオンのなかでも、導電性をより高くできることから、スルホ基を有する高分子が好ましく、ポリスチレンスルホン酸がより好ましい。
前記ポリアニオンは1種を単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
ポリアニオンの質量平均分子量は2万以上100万以下であることが好ましく、10万以上50万以下であることがより好ましい。質量平均分子量は、ゲルろ過クロマトグラフィを用いて測定し、プルラン換算で求めた質量基準の平均分子量である。
(Polyanion)
A polyanion is a polymer having two or more monomer units each having an anionic group in the molecule. The anionic group of the polyanion functions as a dopant for a π-conjugated conductive polymer, thereby improving the conductivity of the π-conjugated conductive polymer.
The anion group of the polyanion is preferably a sulfo group or a carboxy group.
Specific examples of such polyanions include polymers having a sulfo group, such as polystyrene sulfonic acid, polyvinyl sulfonic acid, polyallyl sulfonic acid, polyacrylic acid esters having a sulfo group, polymethacrylic acid esters having a sulfo group (e.g., poly(4-sulfobutyl methacrylate, polysulfoethyl methacrylate, polymethacryloyloxybenzenesulfonic acid), poly(2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid), and polyisoprene sulfonic acid; and polymers having a carboxy group, such as polyvinyl carboxylic acid, polystyrene carboxylic acid, polyallyl carboxylic acid, polyacrylic acid, polymethacrylic acid, poly(2-acrylamido-2-methylpropanecarboxylic acid), and polyisoprene carboxylic acid. The polyanion may be a homopolymer in which a single monomer is polymerized, or a copolymer in which two or more monomers are polymerized.
Among these polyanions, polymers having a sulfo group are preferred, and polystyrene sulfonic acid is more preferred, since they can provide higher electrical conductivity.
The polyanions may be used alone or in combination of two or more kinds.
The mass average molecular weight of the polyanion is preferably from 20,000 to 1,000,000, and more preferably from 100,000 to 500,000. The mass average molecular weight is an average molecular weight based on mass measured by gel filtration chromatography and calculated in terms of pullulan.

導電性複合体中の、ポリアニオンの含有割合は、π共役系導電性高分子100質量部に対して、例えば、1質量部以上1000質量部以下の範囲であることが好ましく、10質量部以上700質量部以下がより好ましく、100質量部以上500質量部以下がさらに好ましい。ポリアニオンの含有割合が前記下限値以上であれば、π共役系導電性高分子へのドーピング効果が強くなる傾向にあり、導電性がより高くなる。一方、ポリアニオンの含有量が前記上限値以下であれば、π共役系導電性高分子を充分に含有させることができるので、充分な導電性を確保できる。 The content of the polyanion in the conductive complex is preferably, for example, in the range of 1 part by mass to 1000 parts by mass, more preferably 10 parts by mass to 700 parts by mass, and even more preferably 100 parts by mass to 500 parts by mass, relative to 100 parts by mass of the π-conjugated conductive polymer. If the content of the polyanion is equal to or greater than the lower limit, the doping effect on the π-conjugated conductive polymer tends to be stronger, and the conductivity becomes higher. On the other hand, if the content of the polyanion is equal to or less than the upper limit, the π-conjugated conductive polymer can be sufficiently contained, so that sufficient conductivity can be ensured.

固体電解質層の総質量に対する導電性複合体の含有量は、1質量%以上99質量%以下が好ましく、50質量%以上98質量%以下がより好ましく、70質量%以上97質量%以下がさらに好ましい。上記の範囲であると、キャパシタの等価直列抵抗がより低下し易くなるので好ましい。 The content of the conductive complex relative to the total mass of the solid electrolyte layer is preferably 1% by mass or more and 99% by mass or less, more preferably 50% by mass or more and 98% by mass or less, and even more preferably 70% by mass or more and 97% by mass or less. The above ranges are preferable because they make it easier for the equivalent series resistance of the capacitor to decrease.

<アルキルスルホン酸>
本態様の固体電解質層に含まれるアルキルスルホン酸は、直鎖状又は分岐鎖状のアルカンを骨格として、前記アルカンに結合する水素原子の少なくとも1つがスルホン酸基によって置換された化合物である。アルキルスルホン酸は、前記ポリアニオン以外の化合物である。
アルキルスルホン酸の少なくとも一部は、ポリアニオンと同様にπ共役系導電性高分子にドーパントとして結合し得る。ドーパントとして機能する場合にはスルホン酸基がアニオン基としてドープすると考えられる。アルキルスルホン酸がドープすることが、キャパシタのESRを低減する観点からより好ましいが、ドープせずに単に添加剤として固体電解質層に含まれているだけでもキャパシタのESRをある程度低減できると考えられる。
<Alkyl sulfonic acid>
The alkylsulfonic acid contained in the solid electrolyte layer of this embodiment is a compound in which a linear or branched alkane is used as a skeleton, and at least one hydrogen atom bonded to the alkane is substituted with a sulfonic acid group. The alkylsulfonic acid is a compound other than the polyanion.
At least a part of the alkylsulfonic acid can be bonded to the π-conjugated conductive polymer as a dopant, similar to the polyanion. When it functions as a dopant, it is considered that the sulfonic acid group is doped as an anion group. It is more preferable to dope the alkylsulfonic acid from the viewpoint of reducing the ESR of the capacitor, but it is considered that the ESR of the capacitor can be reduced to some extent even if it is simply contained in the solid electrolyte layer as an additive without being doped.

前記アルカン骨格の炭素数は、1~20が好ましく、1~10がより好ましく、1~6がさらに好ましく、1~4が特に好ましい。
上記の好適な範囲の炭素数であると、アルキルスルホン酸がπ共役系導電性高分子にドープし易くなり、結果としてキャパシタのESRをより低減することができる。
The alkane skeleton preferably has 1 to 20 carbon atoms, more preferably 1 to 10 carbon atoms, further preferably 1 to 6 carbon atoms, and particularly preferably 1 to 4 carbon atoms.
When the number of carbon atoms is within the above preferred range, the alkylsulfonic acid can be easily doped into the π-conjugated conductive polymer, and as a result, the ESR of the capacitor can be further reduced.

前記アルカン骨格は、直鎖状であることが好ましい。直鎖状であることにより、π共役系導電性高分子に対するドープがより容易となり、結果としてキャパシタのESRをより低減することができる。 The alkane skeleton is preferably linear. This makes it easier to dope the π-conjugated conductive polymer, resulting in a further reduction in the ESR of the capacitor.

前記アルキルスルホン酸の好適な具体例としては、例えば、1-メタンスルホン酸、1-エタンスルホン酸、1-プロパンスルホン酸、1-ブタンスルホン酸等が挙げられる。 Specific examples of suitable alkylsulfonic acids include 1-methanesulfonic acid, 1-ethanesulfonic acid, 1-propanesulfonic acid, and 1-butanesulfonic acid.

本態様の固体電解質層に含まれるアルキルスルホン酸は、1種類でもよいし、2種類以上でもよい。
本態様の固体電解質層に含まれるアルキルスルホン酸の合計の含有量は、π共役系導電性高分子100質量部に対して、10質量部以上10000質量部以下が好ましく、50質量部以上1000質量部以下がより好ましく、100質量部以上500質量部以下がさらに好ましい。
上記の好適な範囲であると、キャパシタのESRをより低減することができる。
The solid electrolyte layer of this embodiment may contain one type of alkylsulfonic acid or two or more types of alkylsulfonic acids.
The total content of alkylsulfonic acid contained in the solid electrolyte layer of this embodiment is preferably 10 parts by mass or more and 10,000 parts by mass or less, more preferably 50 parts by mass or more and 1,000 parts by mass or less, and even more preferably 100 parts by mass or more and 500 parts by mass or less, relative to 100 parts by mass of the π-conjugated conductive polymer.
Within the above preferred range, the ESR of the capacitor can be further reduced.

<塩基性化合物>
本態様の固体電解質層には、前記導電性複合体、前記ポリアニオン、前記アルキルスルホン酸とは異なる、塩基性化合物がさらに含まれていてもよい。塩基性化合物を含有することにより、キャパシタのESRをより一層低減できる。
<Basic Compound>
The solid electrolyte layer of this embodiment may further contain a basic compound different from the conductive complex, the polyanion, and the alkylsulfonic acid. By containing a basic compound, the ESR of the capacitor can be further reduced.

塩基性化合物は、ポリアニオンの余剰のアニオン基からプロトンを引き抜くブレンステッド塩基として機能するものである。この機能を果たすために、本発明で用いる塩基性化合物の水に対する溶解量は、20℃の水100gに対して、0.001g以上であることが好ましい。前記溶解量の上限値は特に制限されないが、例えば0.1g程度であっても充分に上記機能は果たし得る。 The basic compound functions as a Bronsted base that extracts protons from excess anion groups of the polyanion. To achieve this function, the amount of the basic compound used in the present invention that dissolves in water is preferably 0.001 g or more per 100 g of water at 20°C. There is no particular upper limit to the amount of dissolution, but even if it is about 0.1 g, for example, the above function can be sufficiently achieved.

塩基性化合物としては、窒素を含む有機または無機の塩基性化合物、アルカリ金属または第2族金属の水酸化物、各種の炭酸塩や炭酸水素塩等を用いることができる。例えば、アルカリ金属の水酸化物、水酸化第四級アンモニウムまたはその塩、アンモニア、アミン等が挙げられる。
アルカリ金属の水酸化物の具体例としては、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム等が挙げられる。
炭酸塩または炭酸水素塩の具体例としては、炭酸水素アンモニウム、炭酸アンモニウム、炭酸水素カリウム、炭酸カリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸ナトリウム等が挙げられる。
水酸化第四級アンモニウムまたはその塩の具体例としては、水酸化テトラメチルアンモニウム、水酸化テトラエチルアンモニウム、水酸化テトラブチルアンモニウム等が挙げられる。
Examples of the basic compound that can be used include organic or inorganic basic compounds containing nitrogen, hydroxides of alkali metals or Group 2 metals, various carbonates and hydrogen carbonates, etc. Examples include hydroxides of alkali metals, quaternary ammonium hydroxides or salts thereof, ammonia, amines, etc.
Specific examples of the alkali metal hydroxide include potassium hydroxide and sodium hydroxide.
Specific examples of carbonates or hydrogen carbonates include ammonium hydrogen carbonate, ammonium carbonate, potassium hydrogen carbonate, potassium carbonate, sodium hydrogen carbonate, and sodium carbonate.
Specific examples of the quaternary ammonium hydroxide or a salt thereof include tetramethylammonium hydroxide, tetraethylammonium hydroxide, and tetrabutylammonium hydroxide.

アミンとしては、脂肪族3級アミン、窒素含有芳香族化合物等が挙げられる。
脂肪族3級アミンとしては、トリエタノールアミン、トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリプロピルアミン、トリブチルアミン、トリヘキシルアミン、トリオクチルアミン、トリフェニルアミン、トリベンジルアミン、トリナフチルアミン等が挙げられる。
Examples of the amine include aliphatic tertiary amines and nitrogen-containing aromatic compounds.
Examples of the aliphatic tertiary amine include triethanolamine, trimethylamine, triethylamine, tripropylamine, tributylamine, trihexylamine, trioctylamine, triphenylamine, tribenzylamine, and trinaphthylamine.

窒素含有芳香族化合物(少なくとも1つの窒素原子が環構造を形成する芳香族化合物)としては、例えば、ピロール、インドール、イミダゾール、2-メチルイミダゾール、2-プロピルイミダゾール、N-メチルイミダゾール、N-プロピルイミダゾール、N-ブチルイミダゾール、1-(2-ヒドロキシエチル)イミダゾール、2-エチル-4-メチルイミダゾール、1,2-ジメチルイミダゾール、1-ベンジル-2-メチルイミダゾール、1-シアノエチル-2-メチルイミダゾール、1-シアノエチル-2-エチル-4-メチルイミダゾール、2-フェニル-4,5-ジヒドロキシメチルイミダゾール、1-アセチルイミダゾール、2-アミノベンズイミダゾール、2-アミノ-1-メチルベンズイミダゾール、2-ヒドロキシベンズイミダゾール、2-(2-ピリジル)ベンズイミダゾール、ピリジン、ピリミジン、ピラジン及びこれらのアルキル置換体(例えば、メチル、エチル、プロピル、ブチル等の炭素数1~4のアルキル基での置換体)、ハロゲン置換体(例えば、フロロ、クロロ、ブロム等のハロゲン基での置換体)、ニトリル置換体等の誘導体が挙げられる。
なかでも、窒素含有芳香族化合物が好ましく、イミダゾールがより好ましい。
Examples of nitrogen-containing aromatic compounds (aromatic compounds in which at least one nitrogen atom forms a ring structure) include pyrrole, indole, imidazole, 2-methylimidazole, 2-propylimidazole, N-methylimidazole, N-propylimidazole, N-butylimidazole, 1-(2-hydroxyethyl)imidazole, 2-ethyl-4-methylimidazole, 1,2-dimethylimidazole, 1-benzyl-2-methylimidazole, 1-cyanoethyl-2-methylimidazole, 1-cyanoethyl-2-ethyl-4-methylimidazole, and 1-cyanoethyl-2-ethyl-4-methylimidazole. Examples of the compound include 2-(2-pyridyl)benzimidazole, pyridine, pyrimidine, pyrazine, and derivatives thereof such as alkyl-substituted products (e.g., those substituted with an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, such as methyl, ethyl, propyl, butyl, etc.), halogen-substituted products (e.g., those substituted with a halogen group, such as fluoro, chloro, bromine, etc.), and nitrile-substituted products.
Of these, nitrogen-containing aromatic compounds are preferred, and imidazole is more preferred.

固体電解質層に含まれる塩基性化合物は1種でもよいし、2種以上でもよい。
固体電解質層に含まれる塩基性化合物の含有割合は、導電性複合体100質量部に対して、例えば、1質量部以上1000質量部以下が好ましく、5質量部以上100質量部以下がより好ましく、10質量部以上50質量部以下がさらに好ましい。
上記の好適な範囲であると、キャパシタのESRをより低減することができる。
The basic compound contained in the solid electrolyte layer may be one type or two or more types.
The content ratio of the basic compound in the solid electrolyte layer is, for example, preferably 1 part by mass or more and 1,000 parts by mass or less, more preferably 5 parts by mass or more and 100 parts by mass or less, and even more preferably 10 parts by mass or more and 50 parts by mass or less, relative to 100 parts by mass of the conductive composite.
Within the above preferred range, the ESR of the capacitor can be further reduced.

<ポリオール化合物>
本態様の固体電解質層には、前記導電性複合体、前記ポリアニオン、前記アルキルスルホン酸、及び前記塩基性化合物とは異なる、2つ以上のヒドロキシ基を有する化合物(以下、ポリオール化合物ということがある。)の1種類以上がさらに含まれていてもよい。ポリオール化合物を含有することにより、キャパシタのESRをより一層低減できる。
<Polyol Compound>
The solid electrolyte layer of this embodiment may further contain one or more compounds having two or more hydroxyl groups (hereinafter, sometimes referred to as polyol compounds) different from the conductive complex, the polyanion, the alkylsulfonic acid, and the basic compound. By containing a polyol compound, the ESR of the capacitor can be further reduced.

ポリオール化合物としては、例えば、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、1,4-ブタンジオール、グリセリン、ペンタエリスリトール、トリメチロールプロパン及びトリメチロールエタンから選択される1種以上が挙げられる。 Examples of polyol compounds include one or more selected from ethylene glycol, diethylene glycol, propylene glycol, 1,4-butanediol, glycerin, pentaerythritol, trimethylolpropane, and trimethylolethane.

固体電解質層に含まれるポリオール化合物の合計の含有量は、固体電解質層に含まれるπ共役系導電性高分子及びポリアニオンの合計100質量部(つまり導電性複合体100質量部)に対して、例えば、100質量部以上10000質量部以下が好ましく、200質量部以上2000質量部以下がより好ましく、300質量部以上1000質量部以下がさらに好ましい。
上記範囲であると、キャパシタのESRがより低下し易くなるので好ましい。
固体電解質層に含まれるポリオール化合物の種類は、1種類でもよいし、2種類以上でもよい。
The total content of the polyol compounds contained in the solid electrolyte layer is, for example, preferably 100 parts by mass or more and 10,000 parts by mass or less, more preferably 200 parts by mass or more and 2,000 parts by mass or less, and even more preferably 300 parts by mass or more and 1,000 parts by mass or less, relative to 100 parts by mass in total of the π-conjugated conductive polymer and polyanion contained in the solid electrolyte layer (i.e., 100 parts by mass of the conductive composite).
The above range is preferable because it is easier to reduce the ESR of the capacitor.
The type of polyol compound contained in the solid electrolyte layer may be one type, or two or more types.

[電解液]
本態様のキャパシタは、固体電解質層を含浸する電解液を有していてもよい。
電解液を構成する溶媒としては、例えば、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、1,4-ブタンジオール、グリセリン等のアルコール系溶媒、γ-ブチロラクトン、γ-バレロラクトン、δ-バレロラクトン等のラクトン系溶媒、スルホラン、ジメチルスルホキシド、ジメチルスルホン等の硫黄系溶媒、N-メチルホルムアミド、N,N-ジメチルホルムアミド、N-メチルアセトアミド、N-メチルピロリジノン等のアミド系溶媒、アセトニトリル、3-メトキシプロピオニトリル等のニトリル系溶媒、水等が挙げられる。
電解液を構成する電解質としては、例えば、アジピン酸、グルタル酸、コハク酸、安息香酸、イソフタル酸、フタル酸、テレフタル酸、マレイン酸、トルイル酸、エナント酸、マロン酸、蟻酸、1,6-デカンジカルボン酸、5,6-デカンジカルボン酸等のデカンジカルボン酸、1,7-オクタンジカルボン酸等のオクタンジカルボン酸、アゼライン酸、セバシン酸等の有機酸;あるいは、硼酸、硼酸と多価アルコールより得られる硼酸の多価アルコール錯化合物;リン酸、炭酸、ケイ酸等の無機酸などをアニオン成分とし、1級アミン(メチルアミン、エチルアミン、プロピルアミン、ブチルアミン、エチレンジアミン等)、2級アミン(ジメチルアミン、ジエチルアミン、ジプロピルアミン、メチルエチルアミン、ジフェニルアミン等)、3級アミン(トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリプロピルアミン、トリフェニルアミン、1,8-ジアザビシクロ(5,4,0)-ウンデセン-7等)、テトラアルキルアンモニウム(テトラメチルアンモニウム、テトラエチルアンモニウム、テトラプロピルアンモニウム、テトラブチルアンモニウム、メチルトリエチルアンモニウム、ジメチルジエチルアンモニウム等)などをカチオン成分とした電解質;等が挙げられる。
[Electrolyte]
The capacitor of this embodiment may have an electrolyte that impregnates the solid electrolyte layer.
Examples of the solvent constituting the electrolytic solution include alcohol-based solvents such as ethylene glycol, diethylene glycol, propylene glycol, 1,4-butanediol, and glycerin; lactone-based solvents such as γ-butyrolactone, γ-valerolactone, and δ-valerolactone; sulfur-based solvents such as sulfolane, dimethyl sulfoxide, and dimethyl sulfone; amide-based solvents such as N-methylformamide, N,N-dimethylformamide, N-methylacetamide, and N-methylpyrrolidinone; nitrile-based solvents such as acetonitrile and 3-methoxypropionitrile; and water.
Examples of the electrolyte constituting the electrolytic solution include organic acids such as adipic acid, glutaric acid, succinic acid, benzoic acid, isophthalic acid, phthalic acid, terephthalic acid, maleic acid, toluic acid, enanthic acid, malonic acid, formic acid, decanedicarboxylic acids such as 1,6-decanedicarboxylic acid and 5,6-decanedicarboxylic acid, octanedicarboxylic acids such as 1,7-octanedicarboxylic acid, azelaic acid, and sebacic acid; or boric acid, a polyhydric alcohol complex compound of boric acid obtained from boric acid and a polyhydric alcohol; inorganic acids such as phosphoric acid, carbonic acid, and silicic acid as anion components, and primary amines (methylamine, ethylamine, propylamine, butylamine, ethylenediamine, etc.), secondary amines (dimethylamine, diethylamine, dipropylamine, methylethylamine, diphenylamine, etc.), tertiary amines (trimethylamine, triethylamine, tripropylamine, triphenylamine, 1,8-diazabicyclo(5,4,0)-undecene-7, etc.), tetraalkylammonium (tetramethylammonium, tetraethylammonium, tetrapropylammonium, tetrabutylammonium, methyltriethylammonium, dimethyldiethylammonium, etc.), etc., as a cationic component.

本態様のキャパシタは、上記の構成に限らず、誘電体層と陰極との間に、セパレータが設けられていてもよい。誘電体層と陰極との間にセパレータが設けられたキャパシタとしては、巻回型キャパシタが挙げられる。
セパレータとしては、例えば、セルロース、ポリビニルアルコール、ポリエステル、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリイミド、ポリアミド、ポリフッ化ビニリデンなどからなるシート(不織布を含む)、ガラス繊維の不織布などが挙げられる。
セパレータの密度は、例えば0.1g/cm以上1.0g/cm以下が挙げられる。
セパレータを設ける場合には、セパレータにカーボンペーストあるいは銀ペーストを含浸させて陰極を形成する方法を適用することもできる。
The capacitor of this embodiment is not limited to the above configuration, and a separator may be provided between the dielectric layer and the cathode. An example of a capacitor having a separator provided between the dielectric layer and the cathode is a wound capacitor.
Examples of the separator include sheets (including nonwoven fabrics) made of cellulose, polyvinyl alcohol, polyester, polyethylene, polystyrene, polypropylene, polyimide, polyamide, polyvinylidene fluoride, etc., and nonwoven fabrics of glass fibers.
The density of the separator is, for example, 0.1 g/cm 3 or more and 1.0 g/cm 3 or less.
When a separator is provided, a method of forming a cathode by impregnating the separator with carbon paste or silver paste can also be applied.

《キャパシタの製造方法》
本発明の第二態様は、弁金属の多孔質体からなる陽極の表面に形成された誘電体層の表面に後述する導電性高分子分散液を塗布し、乾燥させて固体電解質層を形成する工程を有する、キャパシタの製造方法である。本態様の製造方法により、第一態様のキャパシタを容易に製造することができる。
<<Method of manufacturing a capacitor>>
A second aspect of the present invention is a method for producing a capacitor, comprising the steps of applying a conductive polymer dispersion liquid described below to the surface of a dielectric layer formed on the surface of an anode made of a porous valve metal body, and drying the applied conductive polymer dispersion liquid to form a solid electrolyte layer. The method for producing the capacitor of the first aspect can be easily used.

本態様の製造方法は、弁金属の多孔質体からなる陽極の表面を酸化して誘電体層を形成する工程(誘電体形成工程)と、前記誘電体層に対向する位置に陰極を配置する工程(陰極形成工程)と、前記誘電体層の表面の少なくとも一部に固体電解質層を形成する工程(成膜工程)と、を含むことが好ましい。以下、図1を参照して各工程を説明する。 The manufacturing method of this embodiment preferably includes a step of oxidizing the surface of an anode made of a porous valve metal to form a dielectric layer (dielectric formation step), a step of arranging a cathode in a position opposite the dielectric layer (cathode formation step), and a step of forming a solid electrolyte layer on at least a portion of the surface of the dielectric layer (film formation step). Each step will be described below with reference to FIG. 1.

[誘電体形成工程]
本工程では、弁金属の多孔質体からなる陽極11の表面を酸化して誘電体層12を形成する。誘電体層12を形成する方法は、特に制限されず、例えば、アジピン酸アンモニウム水溶液、ホウ酸アンモニウム水溶液、リン酸アンモニウム水溶液などの化成処理用電解液中にて、陽極11の表面を陽極酸化する方法が挙げられる。
[Dielectric Forming Process]
In this step, the surface of the anode 11 made of a porous valve metal body is oxidized to form the dielectric layer 12. The method for forming the dielectric layer 12 is not particularly limited, and examples thereof include a method in which the surface of the anode 11 is anodized in an electrolyte for chemical conversion treatment, such as an aqueous solution of ammonium adipate, an aqueous solution of ammonium borate, or an aqueous solution of ammonium phosphate.

[陰極形成工程]
本工程では、誘電体層12に対向する位置に陰極13を配置する。陰極13の配置方法は、特に制限されず、例えば、カーボンペースト、銀ペースト等の導電性ペーストを用いて陰極13を形成する方法、アルミニウム箔等の金属箔を誘電体層12に対向配置させる方法などが挙げられる。
[Cathode formation process]
In this step, the cathode 13 is disposed at a position facing the dielectric layer 12. The method for disposing the cathode 13 is not particularly limited, and examples thereof include a method of forming the cathode 13 using a conductive paste such as a carbon paste or a silver paste, and a method of disposing a metal foil such as an aluminum foil facing the dielectric layer 12.

[成膜工程]
本工程は、誘電体層12の表面の少なくとも一部に後述する導電性高分子分散液を塗布し、乾燥させることにより、固体電解質層14を形成する。
[Film forming process]
In this step, a conductive polymer dispersion liquid, which will be described later, is applied to at least a portion of the surface of the dielectric layer 12 and then dried to form the solid electrolyte layer 14.

導電性高分子分散液の塗布方法としては、例えば、浸漬(ディップコーティング)、コンマコーティング、リバースコーティング、リップコーティング、マイクログラビアコーティング等を適用することができる。これらのうち、陽極11を減圧下で導電性高分子分散液中に浸漬する方法が好ましい。浸漬方法であると、誘電体層12の表面の多孔質構造の内部にまで導電性高分子分散液を充分に塗布することができる。浸漬後に取り出して次の乾燥処理に進む。 Methods for applying the conductive polymer dispersion include, for example, immersion (dip coating), comma coating, reverse coating, lip coating, and microgravure coating. Of these, a method in which the anode 11 is immersed in the conductive polymer dispersion under reduced pressure is preferred. With the immersion method, the conductive polymer dispersion can be applied sufficiently to the inside of the porous structure on the surface of the dielectric layer 12. After immersion, the anode is removed and the next drying process is performed.

乾燥方法としては、例えば室温乾燥、熱風乾燥、遠赤外線乾燥等が挙げられる。これらの中でも熱風乾燥が好ましい。
乾燥温度としては、例えば100~180℃が好ましく、120~150℃がより好ましい。乾燥時間としては、例えば0.2~1時間が好ましい。
乾燥処理の後、常法によりキャパシタを組み立てればよい。
Examples of the drying method include room temperature drying, hot air drying, far infrared drying, etc. Among these, hot air drying is preferred.
The drying temperature is, for example, preferably 100 to 180° C., more preferably 120 to 150° C. The drying time is, for example, preferably 0.2 to 1 hour.
After drying, the capacitor can be assembled in the usual manner.

<導電性高分子分散液>
本態様の成膜工程で用いる導電性高分子分散液は、π共役系導電性高分子及びポリアニオンを含む導電性複合体と、アルキルスルホン酸と、前記導電性複合体を分散させる分散媒と、を含む。
<Conductive polymer dispersion>
The conductive polymer dispersion used in the film formation step of this embodiment contains a conductive complex containing a π-conjugated conductive polymer and a polyanion, alkylsulfonic acid, and a dispersion medium for dispersing the conductive complex.

前記導電性高分子分散液に含有される導電性複合体及びアルキルスルホン酸の説明は第一態様の説明と同様であるので重複する説明は省略する。
前記導電性高分子分散液において、アルキルスルホン酸はπ共役系導電性高分子に結合して導電性複合体に含まれていることが好ましい。
前記導電性高分子分散液には、第一態様で説明した塩基性化合物及びポリオール化合物のうち少なくとも一方が含まれていてもよい。
The conductive complex and alkylsulfonic acid contained in the conductive polymer dispersion liquid are similar to those in the first embodiment, and therefore will not be described again.
In the conductive polymer dispersion, the alkylsulfonic acid is preferably bound to the π-conjugated conductive polymer and contained in the conductive complex.
The conductive polymer dispersion may contain at least one of the basic compound and the polyol compound described in the first embodiment.

前記導電性高分子分散液に含まれ得る各成分(π共役系導電性高分子、ポリアニオン、アルキルスルホン酸、塩基性化合物、ポリオール化合物)は、それぞれ1種類であってもよいし、2種類以上であってもよい。 Each of the components (π-conjugated conductive polymer, polyanion, alkylsulfonic acid, basic compound, polyol compound) that may be contained in the conductive polymer dispersion may be one type or two or more types.

(分散媒)
前記導電性高分子分散液を構成する分散媒は、前記導電性複合体を分散させ得る液体であれば特に限定されず、例えば、水、有機溶剤、又は、水と有機溶剤との混合液が挙げられる。導電性複合体はポリアニオンに由来する余剰のアニオン基を有し、水に対する分散性が高いので、水系分散媒が好ましい。ここで、水系分散媒は、水、又は水と水溶性有機溶剤との混合液である。水溶性有機溶剤は、20℃の水100gに対する溶解量が1g以上の有機溶剤であり、例えば、アルコール系溶剤、ケトン系溶剤、エステル系溶剤が挙げられる。水系分散媒に含まれる水溶性有機溶剤は1種でもよいし、2種以上でもよい。
(Dispersion medium)
The dispersion medium constituting the conductive polymer dispersion liquid is not particularly limited as long as it is a liquid capable of dispersing the conductive complex, and examples thereof include water, an organic solvent, or a mixture of water and an organic solvent. The conductive complex has an excess of anionic groups derived from polyanions and has high dispersibility in water, so an aqueous dispersion medium is preferred. Here, the aqueous dispersion medium is water or a mixture of water and a water-soluble organic solvent. The water-soluble organic solvent is an organic solvent having a dissolution amount of 1 g or more in 100 g of water at 20° C., and examples thereof include alcohol-based solvents, ketone-based solvents, and ester-based solvents. The water-soluble organic solvent contained in the aqueous dispersion medium may be one type or two or more types.

水系分散媒の総質量に対する水の含有量は、50質量%以上であり、60質量%以上であることが好ましく、80質量%以上であることがより好ましく、100質量%であってもよい。 The water content relative to the total mass of the aqueous dispersion medium is 50% by mass or more, preferably 60% by mass or more, more preferably 80% by mass or more, and may be 100% by mass.

アルコール系溶媒としては、例えば、メタノール、エタノール、イソプロパノール、n-ブタノール、t-ブタノール、アリルアルコール等が挙げられる。
ケトン系溶媒としては、例えば、ジエチルケトン、メチルプロピルケトン、メチルブチルケトン、メチルイソプロピルケトン、メチルイソブチルケトン、メチルアミルケトン、ジイソプロピルケトン、メチルエチルケトン、アセトン、ジアセトンアルコール等が挙げられる。
エステル系溶媒としては、例えば、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸ブチル等が挙げられる。
Examples of the alcohol solvent include methanol, ethanol, isopropanol, n-butanol, t-butanol, and allyl alcohol.
Examples of the ketone solvent include diethyl ketone, methyl propyl ketone, methyl butyl ketone, methyl isopropyl ketone, methyl isobutyl ketone, methyl amyl ketone, diisopropyl ketone, methyl ethyl ketone, acetone, and diacetone alcohol.
Examples of the ester solvent include ethyl acetate, propyl acetate, and butyl acetate.

前記導電性高分子分散液の総質量に対する、π共役系導電性高分子及びポリアニオンの合計の含有量(つまり導電性複合体の含有量)は、例えば、0.1質量%以上10質量%以下が好ましく、0.3質量%以上5質量%以下がより好ましく、0.5質量%以上2質量%以下がさらに好ましい。
上記の好適な範囲であると、導電性高分子分散液における導電性複合体の分散性をより高めつつ、キャパシタのESRを充分に低減することができる。
The total content of the π-conjugated conductive polymer and the polyanion (i.e., the content of the conductive complex) relative to the total mass of the conductive polymer dispersion is, for example, preferably 0.1 mass % or more and 10 mass % or less, more preferably 0.3 mass % or more and 5 mass % or less, and even more preferably 0.5 mass % or more and 2 mass % or less.
When the content is within the above preferred range, the dispersibility of the conductive composite in the conductive polymer dispersion can be further improved, while the ESR of the capacitor can be sufficiently reduced.

前記導電性高分子分散液に含まれるアルキルスルホン酸の含有量は、π共役系導電性高分子100質量部に対して、10質量部以上10000質量部以下が好ましく、50質量部以上1000質量部以下がより好ましく、100質量部以上500質量部以下がさらに好ましい。
上記の好適な範囲であるとキャパシタのESRをより低減することができる。
The content of the alkylsulfonic acid contained in the conductive polymer dispersion is preferably 10 parts by mass or more and 10,000 parts by mass or less, more preferably 50 parts by mass or more and 1,000 parts by mass or less, and even more preferably 100 parts by mass or more and 500 parts by mass or less, relative to 100 parts by mass of the π-conjugated conductive polymer.
Within the above preferred range, the ESR of the capacitor can be further reduced.

前記導電性高分子分散液に含まれる塩基性化合物の含有量は、π共役系導電性高分子及びポリアニオンの合計100質量部(つまり導電性複合体100質量部)に対して、例えば、1質量部以上1000質量部以下が好ましく、5質量部以上100質量部以下がより好ましく、10質量部以上50質量部以下がさらに好ましい。
上記の好適な範囲であると、キャパシタのESRをより低減することができる。
The content of the basic compound contained in the conductive polymer dispersion is, for example, preferably 1 part by mass or more and 1,000 parts by mass or less, more preferably 5 parts by mass or more and 100 parts by mass or less, and even more preferably 10 parts by mass or more and 50 parts by mass or less, relative to 100 parts by mass in total of the π-conjugated conductive polymer and the polyanion (i.e., 100 parts by mass of the conductive complex).
Within the above preferred range, the ESR of the capacitor can be further reduced.

前記導電性高分子分散液に含まれる塩基性化合物の含有量は、導電性高分子分散液(25℃)のpHが、2.0~8.0となる含有量が好ましく、2.0~5.0となる含有量がより好ましく、2.0~3.0となる含有量がさらに好ましい。
上記の好適な範囲であると、キャパシタのESRをより低減することができる。
The content of the basic compound contained in the conductive polymer dispersion is preferably such that the pH of the conductive polymer dispersion (25° C.) is 2.0 to 8.0, more preferably 2.0 to 5.0, and even more preferably 2.0 to 3.0.
Within the above preferred range, the ESR of the capacitor can be further reduced.

前記導電性高分子分散液に含まれるポリオール化合物の含有量は、π共役系導電性高分子及びポリアニオンの合計100質量部(つまり導電性複合体100質量部)に対して、例えば、100質量部以上10000質量部以下が好ましく、200質量部以上2000質量部以下がより好ましく、300質量部以上1000質量部以下がさらに好ましい。
上記の好適な範囲であると、キャパシタのESRをより低減することができる。
The content of the polyol compound contained in the conductive polymer dispersion is, for example, preferably 100 parts by mass or more and 10,000 parts by mass or less, more preferably 200 parts by mass or more and 2,000 parts by mass or less, and even more preferably 300 parts by mass or more and 1,000 parts by mass or less, relative to 100 parts by mass in total of the π-conjugated conductive polymer and the polyanion (i.e., 100 parts by mass of the conductive complex).
Within the above preferred range, the ESR of the capacitor can be further reduced.

前記導電性高分子分散液は、任意の添加剤を含有してもよく、その含有割合は、添加剤の種類に応じて適宜決められるが、π共役系導電性高分子及びポリアニオンの合計100質量部(つまり導電性複合体100質量部)に対して、例えば、1~1000質量部とすることができる。
ここで、任意の添加剤は、前記導電性複合体、前記アルキルスルホン酸、前記塩基性化合物、前記ポリオール化合物及び前記分散媒以外の化合物である。
The conductive polymer dispersion may contain any additive. The content ratio of the additive is appropriately determined depending on the type of additive, but can be, for example, 1 to 1,000 parts by mass with respect to 100 parts by mass in total of the π-conjugated conductive polymer and the polyanion (i.e., 100 parts by mass of the conductive complex).
Here, the optional additive is a compound other than the conductive complex, the alkylsulfonic acid, the basic compound, the polyol compound, and the dispersion medium.

任意の添加剤としては、例えば、界面活性剤、無機導電剤、消泡剤、カップリング剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤などが挙げられる。
界面活性剤としては、ノニオン系、アニオン系、カチオン系の界面活性剤が挙げられるが、保存安定性の面からノニオン系が好ましい。また、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドンなどのポリマー系界面活性剤を添加してもよい。
無機導電剤としては、金属イオン類、導電性カーボン等が挙げられる。金属イオンは、金属塩を水に溶解させることにより生成させることができる。
消泡剤としては、シリコーン樹脂、ポリジメチルシロキサン、シリコーンオイル等が挙げられる。
カップリング剤としては、ビニル基、アミノ基、エポキシ基等を有するシランカップリング剤等が挙げられる。
酸化防止剤としては、フェノール系酸化防止剤、アミン系酸化防止剤、リン系酸化防止剤、硫黄系酸化防止剤、糖類等が挙げられる。
紫外線吸収剤としては、ベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤、ベンゾフェノン系紫外線吸収剤、サリシレート系紫外線吸収剤、シアノアクリレート系紫外線吸収剤、オキサニリド系紫外線吸収剤、ヒンダードアミン系紫外線吸収剤、ベンゾエート系紫外線吸収剤等が挙げられる。
Examples of the optional additives include a surfactant, an inorganic conductive agent, an antifoaming agent, a coupling agent, an antioxidant, and an ultraviolet absorbing agent.
The surfactant may be a nonionic, anionic or cationic surfactant, with the nonionic surfactant being preferred from the standpoint of storage stability. Polymer surfactants such as polyvinyl alcohol and polyvinylpyrrolidone may also be added.
Examples of the inorganic conductive agent include metal ions, conductive carbon, etc. Metal ions can be generated by dissolving a metal salt in water.
The antifoaming agent includes silicone resin, polydimethylsiloxane, silicone oil, and the like.
The coupling agent may be a silane coupling agent having a vinyl group, an amino group, an epoxy group, or the like.
Examples of the antioxidant include phenol-based antioxidants, amine-based antioxidants, phosphorus-based antioxidants, sulfur-based antioxidants, and sugars.
Examples of the ultraviolet absorber include benzotriazole-based ultraviolet absorbers, benzophenone-based ultraviolet absorbers, salicylate-based ultraviolet absorbers, cyanoacrylate-based ultraviolet absorbers, oxanilide-based ultraviolet absorbers, hindered amine-based ultraviolet absorbers, and benzoate-based ultraviolet absorbers.

<導電性高分子分散液の製造方法>
前記導電性高分子分散液は次の方法により製造することが好ましい。すなわち、アルキルスルホン酸と、ポリアニオンと、分散媒とを含む反応液で、π共役系導電性高分子を形成するモノマーを重合することにより、前記π共役系導電性高分子と前記ポリアニオンを含む導電性複合体と、前記アルキルスルホン酸と、前記分散媒とを含む導電性高分子分散液を得る工程(重合工程)を含む、製造方法である。
<Method of producing conductive polymer dispersion>
The conductive polymer dispersion is preferably produced by the following method: That is, the production method includes a step (polymerization step) of polymerizing a monomer that forms a π-conjugated conductive polymer in a reaction solution containing an alkylsulfonic acid, a polyanion, and a dispersion medium to obtain a conductive polymer dispersion containing a conductive complex containing the π-conjugated conductive polymer and the polyanion, and the alkylsulfonic acid and the dispersion medium.

前記反応液における導電性複合体の合成は、前記反応液にアルキルスルホン酸が含まれること以外は、従来の導電性複合体の合成と同様にして行うことができる。 The synthesis of the conductive complex in the reaction solution can be carried out in the same manner as in the synthesis of conventional conductive complexes, except that the reaction solution contains an alkylsulfonic acid.

前記反応液に含まれる前記分散媒は、前記水系分散媒が好ましく、水がより好ましい。
前記分散媒が水を含むことにより、前記モノマーの重合反応が安定して進行し、得られた導電性複合体が分散媒中で安定に分散された状態で得られる。
The dispersion medium contained in the reaction liquid is preferably an aqueous dispersion medium, and more preferably water.
When the dispersion medium contains water, the polymerization reaction of the monomers proceeds stably, and the resulting conductive composite is obtained in a state where it is stably dispersed in the dispersion medium.

前記モノマーを化学酸化することによって前記モノマー同士を重合させることができる。化学酸化重合は、公知の触媒及び酸化剤を用いて行うことができる。触媒としては、例えば、塩化第二鉄、硫酸第二鉄、硝酸第二鉄、塩化第二銅等の遷移金属化合物等が挙げられる。酸化剤としては、例えば、過硫酸アンモニウム、過硫酸ナトリウム、過硫酸カリウム等の過硫酸塩が挙げられる。 The monomers can be polymerized by chemically oxidizing the monomers. Chemical oxidative polymerization can be carried out using a known catalyst and oxidizing agent. Examples of catalysts include transition metal compounds such as ferric chloride, ferric sulfate, ferric nitrate, and cupric chloride. Examples of oxidizing agents include persulfates such as ammonium persulfate, sodium persulfate, and potassium persulfate.

前記反応液の総質量に対するアルキルスルホン酸の含有量としては、例えば、0.01質量%以上5質量%以下が好ましく、0.1質量%以上2質量%以下がより好ましく、0.3質量%以上1質量%以下がさらに好ましい。
上記の好適な範囲であると、目的の導電性高分子分散液において、導電性複合体とアルキルスルホン酸の含有比を、前述した好適な範囲に調整することが容易となる。
The content of the alkylsulfonic acid relative to the total mass of the reaction liquid is, for example, preferably 0.01% by mass or more and 5% by mass or less, more preferably 0.1% by mass or more and 2% by mass or less, and even more preferably 0.3% by mass or more and 1% by mass or less.
When the content is within the above preferred range, it becomes easy to adjust the content ratio of the conductive complex and the alkylsulfonic acid in the target conductive polymer dispersion liquid to the above preferred range.

重合反応開始直前の前記反応液の総質量に対する前記モノマーの含有量は、例えば、0.01質量%以上5質量%以下が好ましく、0.1質量%以上2質量%以下がより好ましく、0.3質量%以上1質量%以下がさらに好ましい。
重合反応開始直前の前記反応液の総質量に対する前記ポリアニオンの含有量は、例えば、0.02質量%以上10質量%以下が好ましく、0.3質量%以上5質量%以下がより好ましく、1質量%以上3質量%以下がさらに好ましい。
上記の好適な範囲とすることにより、導電性複合体の濃度を前述した好適な含有量とした導電性高分子分散液が容易に得られる。
The content of the monomer relative to the total mass of the reaction liquid immediately before the start of the polymerization reaction is, for example, preferably 0.01 mass % or more and 5 mass % or less, more preferably 0.1 mass % or more and 2 mass % or less, and even more preferably 0.3 mass % or more and 1 mass % or less.
The content of the polyanion relative to the total mass of the reaction solution immediately before the start of the polymerization reaction is, for example, preferably 0.02% by mass or more and 10% by mass or less, more preferably 0.3% by mass or more and 5% by mass or less, and even more preferably 1% by mass or more and 3% by mass or less.
By setting the content within the above preferred range, a conductive polymer dispersion having the conductive complex concentration in the above preferred content can be easily obtained.

重合反応により形成する導電性複合体において、前記π共役系導電性高分子と前記ポリアニオンの含有割合を、前述した好適な割合にする観点から、重合反応開始直前における前記反応液に含まれる前記モノマーと前記ポリアニオンの含有割合は、前記モノマー100質量部に対して1質量部以上1000質量部以下の範囲が好ましく、10質量部以上700質量部以下がより好ましく、100質量部以上500質量部以下の範囲がさらに好ましい。 From the viewpoint of making the content ratio of the π-conjugated conductive polymer and the polyanion in the conductive complex formed by the polymerization reaction the preferred ratio described above, the content ratio of the monomer and the polyanion contained in the reaction solution immediately before the start of the polymerization reaction is preferably in the range of 1 part by mass to 1,000 parts by mass, more preferably 10 parts by mass to 700 parts by mass, and even more preferably 100 parts by mass to 500 parts by mass, per 100 parts by mass of the monomer.

前記モノマーの化学酸化重合によりπ共役系導電性高分子を合成することにより、目的の導電性高分子分散液を得ることができる。 The desired conductive polymer dispersion can be obtained by synthesizing a π-conjugated conductive polymer through chemical oxidative polymerization of the monomer.

前記反応液に添加した触媒及び酸化剤を、前記モノマーの化学酸化重合の後で、導電性高分子分散液から除去することが好ましい。
除去する方法としては、例えば、イオン交換樹脂に導電性高分子分散液を接触させ、触媒及び酸化剤をイオン交換樹脂に吸着させる方法、導電性高分子分散液を限外ろ過することにより分散媒の置換とともに除去する方法等が挙げられる。このうち、イオン交換樹脂を使用する方法が簡便であるため好ましい。前記イオン交換樹脂は、陽イオン交換樹脂及び陰イオン交換樹脂を併用することが好ましい。
The catalyst and oxidizing agent added to the reaction liquid are preferably removed from the conductive polymer dispersion after the chemical oxidative polymerization of the monomer.
Examples of the removal method include a method of contacting the conductive polymer dispersion with an ion exchange resin to adsorb the catalyst and oxidizing agent to the ion exchange resin, and a method of ultrafiltrating the conductive polymer dispersion to replace the dispersion medium and remove the catalyst and oxidizing agent. Among these, the method using an ion exchange resin is preferable because it is simple. It is preferable to use a cation exchange resin and an anion exchange resin in combination as the ion exchange resin.

本態様のキャパシタの製造方法に使用する導電性高分子分散液は、他の方法で得ることもできる。例えば、市販のπ共役系導電性高分子及びポリアニオンを含む導電性複合体の分散液に対して、アルキルスルホン酸を適量添加する方法が挙げられる。しかし、既に導電性複合体が完成した状態でアルキルスルホン酸を添加しても、アルキルスルホン酸がπ共役系導電性高分子に対して結合し難いことがある。
一方、上述の方法で製造すると、π共役系導電性高分子の化学酸化重合時にアルキルスルホン酸が存在するので、アルキルスルホン酸がポリアニオンとともにπ共役系導電性高分子に結合し易くなる。この結果、キャパシタのESRをより低減することが可能な導電性高分子分散液が確実に得られる。
The conductive polymer dispersion used in the capacitor manufacturing method of this embodiment can also be obtained by other methods. For example, a method of adding an appropriate amount of alkylsulfonic acid to a dispersion of a conductive complex containing a commercially available π-conjugated conductive polymer and a polyanion can be mentioned. However, even if alkylsulfonic acid is added to a conductive complex that has already been completed, it may be difficult for the alkylsulfonic acid to bond to the π-conjugated conductive polymer.
On the other hand, when produced by the above-mentioned method, the alkylsulfonic acid is present during the chemical oxidative polymerization of the π-conjugated conductive polymer, and the alkylsulfonic acid is easily bonded to the π-conjugated conductive polymer together with the polyanion. As a result, a conductive polymer dispersion capable of further reducing the ESR of the capacitor can be reliably obtained.

以上で得られた導電性高分子分散液に、さらに塩基性化合物、ポリオール化合物、任意の添加剤等を添加することができる。 A basic compound, a polyol compound, any additives, etc. can be further added to the conductive polymer dispersion obtained above.

(製造例1)ポリスチレンスルホン酸の製造
1000mlのイオン交換水に206gのスチレンスルホン酸ナトリウムを溶解し、80℃で攪拌しながら、予め10mlの水に溶解した1.14gの過硫酸アンモニウム酸化剤溶液を20分間滴下し、この溶液を12時間攪拌した。
得られたポリスチレンスルホン酸ナトリウム含有溶液に、10質量%に希釈した硫酸を1000ml添加し、得られたポリスチレンスルホン酸含有溶液の約1000mlの溶媒を限外ろ過法により除去した。次いで、残液に2000mlのイオン交換水を加え、限外ろ過法により約2000mlの溶媒を除去して、ポリスチレンスルホン酸を水洗した。この水洗操作を3回繰り返した。
得られた溶液中の水を減圧除去して、無色の固形状のポリスチレンスルホン酸を得た。
(Production Example 1) Production of polystyrene sulfonic acid 206 g of sodium styrene sulfonate was dissolved in 1000 ml of ion-exchanged water, and while stirring at 80° C., 1.14 g of an oxidizing agent solution of ammonium persulfate previously dissolved in 10 ml of water was added dropwise over 20 minutes, and the solution was stirred for 12 hours.
1000ml of sulfuric acid diluted to 10% by mass was added to the obtained sodium polystyrene sulfonate-containing solution, and about 1000ml of the solvent was removed from the obtained polystyrene sulfonic acid-containing solution by ultrafiltration. Next, 2000ml of ion-exchanged water was added to the remaining liquid, and about 2000ml of the solvent was removed by ultrafiltration to wash the polystyrene sulfonic acid with water. This water washing operation was repeated three times.
Water in the resulting solution was removed under reduced pressure to obtain colorless solid polystyrene sulfonic acid.

(製造例2)キャパシタ用素子の作成
エッチドアルミニウム箔(陽極箔)に陽極リード端子を接続した後、アジピン酸アンモニウム10質量%水溶液中で130Vの電圧を印加し、化成(酸化処理)して、アルミニウム箔の両面に誘電体層を形成して陽極箔を得た。
次に、陽極箔の両面に、陰極リード端子が溶接された対向アルミニウム陰極箔を、セルロース製のセパレータを介して積層し、これを円筒状に巻き取ってキャパシタ用素子を得た。
(Production Example 2) Preparation of Capacitor Element An anode lead terminal was connected to an etched aluminum foil (anode foil), and then a voltage of 130 V was applied in a 10 mass % aqueous solution of ammonium adipate to perform chemical conversion (oxidation treatment). A dielectric layer was formed on both sides of the aluminum foil, thereby obtaining an anode foil.
Next, opposing aluminum cathode foils with cathode lead terminals welded thereto were laminated on both sides of the anode foil via a cellulose separator, and the resultant was rolled up into a cylindrical shape to obtain a capacitor element.

(実施例1)
0.5gの3,4-エチレンジオキシチオフェンと、1.5gのポリスチレンスルホン酸を15.0gのイオン交換水に溶かした溶液を20℃で混合した。次に、メタンスルホン酸の10質量%水溶液5gと、イオン交換水84.5gを添加した。
得られた混合溶液を20℃に保ち、掻き混ぜながら、0.03gの硫酸第二鉄を4.97gのイオン交換水に溶かした触媒溶液と、1.1gの過硫酸アンモニウムを8.9gのイオン交換水に溶かした酸化剤溶液とをゆっくり添加し、得られた反応液を24時間攪拌して反応させた。
上記反応により、π共役系導電性高分子であるポリ(3,4-エチレンジオキシチオフェン)及びポリスチレンスルホン酸を含む導電性複合体(PEDOT-PSS)と、前記π共役系導電性高分子に結合したメタンスルホン酸と、分散媒である水とを含む導電性高分子分散液を得た。
この導電性高分子分散液にデュオライトC255LFH(住化ケムテックス社製、陽イオン交換樹脂)13.2gとデュオライトA368S(住化ケムテックス社製、陰イオン交換樹脂)13.2gを加え、濾過してイオン交換樹脂を除き、前記酸化剤及び前記触媒が除去された導電性高分子分散液を得た。
Example 1
A solution of 0.5 g of 3,4-ethylenedioxythiophene and 1.5 g of polystyrenesulfonic acid dissolved in 15.0 g of ion-exchanged water was mixed at 20° C. Next, 5 g of a 10% by mass aqueous solution of methanesulfonic acid and 84.5 g of ion-exchanged water were added.
The resulting mixed solution was kept at 20° C., and while stirring, a catalyst solution prepared by dissolving 0.03 g of ferric sulfate in 4.97 g of ion-exchanged water and an oxidant solution prepared by dissolving 1.1 g of ammonium persulfate in 8.9 g of ion-exchanged water were slowly added, and the resulting reaction solution was stirred for 24 hours to cause a reaction.
By the above reaction, a conductive composite (PEDOT-PSS) containing poly(3,4-ethylenedioxythiophene) and polystyrenesulfonic acid, which are π-conjugated conductive polymers, and a conductive polymer dispersion containing methanesulfonic acid bonded to the π-conjugated conductive polymer and water as a dispersion medium were obtained.
To this conductive polymer dispersion, 13.2 g of Duolite C255LFH (a cation exchange resin manufactured by Sumika Chemtex Corporation) and 13.2 g of Duolite A368S (anion exchange resin manufactured by Sumika Chemtex Corporation) were added, and the ion exchange resin was removed by filtration, thereby obtaining a conductive polymer dispersion from which the oxidant and the catalyst had been removed.

次に、得られた導電性高分子分散液からエバポレーターを用いて水を減圧留去し固形分を1.6質量%とした。得られた導電性高分子分散液100gに、イミダゾールを添加してpHを2.5に調整し、ジエチレングリコール8gを添加し、固形分を1.635質量%とした。得られた導電性高分子分散液の固形分(不揮発成分)の質量とpHを測定した結果を表1に示す。
続いて、製造例2で得たキャパシタ用素子を上記の導電性高分子分散液に減圧下で浸漬した後、125℃の熱風乾燥機により30分間乾燥して、誘電体層表面上に導電性複合体を含む固体電解質層を形成させた。
最後に、アルミニウム製のケースに、上記の固体電解質層が形成されたキャパシタ用素子を装填し、封口ゴムで封止して、キャパシタを作製した。
Next, water was distilled off under reduced pressure from the obtained conductive polymer dispersion using an evaporator to adjust the solid content to 1.6 mass%. Imidazole was added to 100 g of the obtained conductive polymer dispersion to adjust the pH to 2.5, and 8 g of diethylene glycol was added to adjust the solid content to 1.635 mass%. The mass of the solid content (non-volatile components) and pH of the obtained conductive polymer dispersion were measured, and the results are shown in Table 1.
Next, the capacitor element obtained in Production Example 2 was immersed in the above-mentioned conductive polymer dispersion liquid under reduced pressure, and then dried for 30 minutes with a hot air dryer at 125° C. to form a solid electrolyte layer containing a conductive composite on the surface of the dielectric layer.
Finally, the capacitor element having the above-mentioned solid electrolyte layer formed thereon was loaded into an aluminum case, and the case was sealed with a sealing rubber to prepare a capacitor.

(実施例2)
メタンスルホン酸水溶液(濃度10質量%)の添加量を5gから10gに変更し、イオン交換水の添加量を84.5gから79.5gに変更した以外は、実施例1と同様にして導電性高分子分散液を得て、キャパシタを作製した。
Example 2
A conductive polymer dispersion was obtained in the same manner as in Example 1, except that the amount of the methanesulfonic acid aqueous solution (concentration: 10% by mass) added was changed from 5 g to 10 g, and the amount of ion-exchanged water added was changed from 84.5 g to 79.5 g, and a capacitor was fabricated.

(実施例3)
メタンスルホン酸水溶液(濃度10質量%)の添加量を5gから15gに変更し、イオン交換水の添加量を84.5gから74.5gに変更した以外は、実施例1と同様にして導電性高分子分散液を得て、キャパシタを作製した。
Example 3
A conductive polymer dispersion was obtained and a capacitor was fabricated in the same manner as in Example 1, except that the amount of the methanesulfonic acid aqueous solution (concentration: 10% by mass) added was changed from 5 g to 15 g and the amount of ion-exchanged water added was changed from 84.5 g to 74.5 g.

(実施例4)
メタンスルホン酸水溶液(濃度10質量%)5gの代わりに、エタンスルホン酸水溶液(濃度10質量%)5gを添加した以外は、実施例1と同様にして導電性高分子分散液を得て、キャパシタを作製した。
ここで得た導電性高分子分散液は、PEDOT-PSSと、PEDOTに結合したエタンスルホン酸と、を含む。得られた導電性高分子分散液の固形分とpHを測定した結果を表1に示す。
Example 4
A conductive polymer dispersion was obtained and a capacitor was produced in the same manner as in Example 1, except that 5 g of an aqueous solution of ethanesulfonic acid (concentration: 10% by mass) was added instead of 5 g of the aqueous solution of methanesulfonic acid (concentration: 10% by mass).
The conductive polymer dispersion thus obtained contained PEDOT-PSS and ethanesulfonic acid bonded to PEDOT. The solid content and pH of the conductive polymer dispersion thus obtained were measured, and the results are shown in Table 1.

(実施例5)
エタンスルホン酸水溶液(濃度10質量%)の添加量を5gから10gに変更し、イオン交換水の添加量を84.5gから79.5gに変更した以外は、実施例4と同様にして導電性高分子分散液を得て、キャパシタを作製した。
Example 5
A conductive polymer dispersion was obtained in the same manner as in Example 4, except that the amount of the ethanesulfonic acid aqueous solution (concentration: 10% by mass) added was changed from 5 g to 10 g, and the amount of ion-exchanged water added was changed from 84.5 g to 79.5 g, and a capacitor was fabricated.

(実施例6)
エタンスルホン酸水溶液(濃度10質量%)の添加量を5gから15gに変更し、イオン交換水の添加量を84.5gから74.5gに変更した以外は、実施例4と同様にして導電性高分子分散液を得て、キャパシタを作製した。
Example 6
A conductive polymer dispersion was obtained in the same manner as in Example 4, except that the amount of the ethanesulfonic acid aqueous solution (concentration: 10% by mass) added was changed from 5 g to 15 g, and the amount of ion-exchanged water added was changed from 84.5 g to 74.5 g, and a capacitor was fabricated.

(比較例1)
メタンスルホン酸水溶液5gを添加せず、イオン交換水の添加量を84.5gから89.5gに変更した以外は、実施例1と同様にして導電性高分子分散液を得て、キャパシタを作製した。
(Comparative Example 1)
A conductive polymer dispersion was obtained and a capacitor was fabricated in the same manner as in Example 1, except that 5 g of the methanesulfonic acid aqueous solution was not added and the amount of ion-exchanged water added was changed from 84.5 g to 89.5 g.

(比較例2)
メタンスルホン酸水溶液(濃度10質量%)5gの代わりに、硫酸水溶液(濃度10質量%)5gを添加した以外は、実施例1と同様にして導電性高分子分散液を得て、キャパシタを作製した。
(Comparative Example 2)
A conductive polymer dispersion was obtained and a capacitor was produced in the same manner as in Example 1, except that 5 g of an aqueous sulfuric acid solution (concentration: 10% by mass) was added instead of 5 g of an aqueous methanesulfonic acid solution (concentration: 10% by mass).

(比較例3)
硫酸水溶液(濃度10質量%)の添加量を5gから10gに変更し、イオン交換水の添加量を84.5gから79.5gに変更した以外は、比較例2と同様にして導電性高分子分散液を得て、キャパシタを作製した。
(Comparative Example 3)
A conductive polymer dispersion was obtained in the same manner as in Comparative Example 2, except that the amount of the aqueous sulfuric acid solution (concentration: 10% by mass) added was changed from 5 g to 10 g, and the amount of ion-exchanged water added was changed from 84.5 g to 79.5 g, and a capacitor was fabricated.

(比較例4)
硫酸水溶液(濃度10質量%)の添加量を5gから15gに変更し、イオン交換水の添加量を84.5gから74.5gに変更した以外は、比較例2と同様にして導電性高分子分散液を得て、キャパシタを作製した。
(Comparative Example 4)
A conductive polymer dispersion was obtained in the same manner as in Comparative Example 2, except that the amount of the aqueous sulfuric acid solution (concentration: 10% by mass) added was changed from 5 g to 15 g, and the amount of ion-exchanged water added was changed from 84.5 g to 74.5 g, and a capacitor was fabricated.

(比較例5)
メタンスルホン酸水溶液(濃度10質量%)5gの代わりに、パラトルエンスルホン酸水溶液(濃度10質量%)5gを添加した以外は、実施例1と同様にして導電性高分子分散液を得て、キャパシタを作製した。
(Comparative Example 5)
A conductive polymer dispersion was obtained and a capacitor was produced in the same manner as in Example 1, except that 5 g of an aqueous paratoluenesulfonic acid solution (concentration: 10% by mass) was added instead of 5 g of an aqueous methanesulfonic acid solution (concentration: 10% by mass).

(比較例6)
パラトルエンスルホン酸水溶液(濃度10質量%)の添加量を5gから10gに変更し、イオン交換水の添加量を84.5gから79.5gに変更した以外は、比較例5と同様にして導電性高分子分散液を得て、キャパシタを作製した。
(Comparative Example 6)
A conductive polymer dispersion was obtained in the same manner as in Comparative Example 5, except that the amount of the p-toluenesulfonic acid aqueous solution (concentration: 10% by mass) added was changed from 5 g to 10 g, and the amount of ion-exchanged water added was changed from 84.5 g to 79.5 g, and a capacitor was fabricated.

(比較例7)
パラトルエンスルホン酸水溶液(濃度10質量%)の添加量を5gから15gに変更し、イオン交換水の添加量を84.5gから74.5gに変更した以外は、比較例5と同様にして導電性高分子分散液を得て、キャパシタを作製した。
(Comparative Example 7)
A conductive polymer dispersion was obtained in the same manner as in Comparative Example 5, except that the amount of the p-toluenesulfonic acid aqueous solution (concentration: 10% by mass) added was changed from 5 g to 15 g, and the amount of ion-exchanged water added was changed from 84.5 g to 74.5 g, and a capacitor was fabricated.

(比較例8)
実施例3においてポリスチレンスルホン酸を添加しなかったこと以外は、実施例3と同様にして反応を行ったが、π共役系導電性高分子(PEDOT)と考えられる青色の固体が析出し、イオン交換樹脂と共に青色の固体がすべてろ取されたため、中止した。
(Comparative Example 8)
The reaction was carried out in the same manner as in Example 3 except that polystyrene sulfonic acid was not added. However, a blue solid which was thought to be a π-conjugated conductive polymer (PEDOT) precipitated, and the blue solid was entirely filtered off together with the ion exchange resin, and therefore the reaction was discontinued.

(比較例9)
実施例6においてポリスチレンスルホン酸を添加しなかったこと以外は、実施例6と同様にして反応を行ったが、π共役系導電性高分子(PEDOT)と考えられる青色の固体が析出し、イオン交換樹脂と共に青色の固体がすべてろ取されたため、中止した。
(Comparative Example 9)
The reaction was carried out in the same manner as in Example 6, except that polystyrene sulfonic acid was not added. However, a blue solid which was thought to be a π-conjugated conductive polymer (PEDOT) precipitated, and the blue solid was entirely filtered off together with the ion exchange resin, and therefore the reaction was discontinued.

[pHの測定]
各例で調製した導電性高分子分散液について、市販のpHメータを用いて常法により、温度25℃でのpHを測定した。
[pH Measurement]
For the conductive polymer dispersion liquid prepared in each example, the pH was measured at a temperature of 25° C. by a conventional method using a commercially available pH meter.

<評価>
[静電容量・等価直列抵抗]
各例のキャパシタについて、LCRメータZM2376((株)エヌエフ回路設計ブロック製)を用いて、120Hzでの静電容量(C)、及び100kHzでの等価直列抵抗(ESR)を測定した。その測定結果を表1に示す。
<Evaluation>
[Capacitance/Equivalent Series Resistance]
The capacitance (C) at 120 Hz and the equivalent series resistance (ESR) at 100 kHz of each capacitor were measured using an LCR meter ZM2376 (manufactured by NF Corporation). The measurement results are shown in Table 1.

Figure 0007696282000001
Figure 0007696282000001

アルキルスルホン酸が結合した導電性複合体を有する各実施例のキャパシタは、比較例のキャパシタと比べて、静電容量が同等以上であり、等価直列抵抗が顕著に減少した。 The capacitors of each example having a conductive complex bonded with alkylsulfonic acid had a capacitance equal to or greater than that of the comparative example capacitor, and the equivalent series resistance was significantly reduced.

10 キャパシタ
11 陽極
12 誘電体層
13 陰極
14 固体電解質層
10 Capacitor 11 Anode 12 Dielectric layer 13 Cathode 14 Solid electrolyte layer

Claims (10)

弁金属の多孔質体からなる陽極と、前記弁金属の酸化物からなる誘電体層と、前記誘電体層の、前記陽極と反対側に設けられた導電物質製の陰極と、前記誘電体層及び前記陰極の間に形成された固体電解質層とを具備し、
前記固体電解質層が、π共役系導電性高分子及びポリアニオンを含む導電性複合体と、アルキルスルホン酸を含有し、
前記固体電解質層に含まれる前記アルキルスルホン酸の含有量は、π共役系導電性高分子100質量部に対して、50質量部以上1000質量部以下である、キャパシタ。
The present invention relates to a valve metal porous body, and a cathode made of a conductive material and provided on the dielectric layer opposite to the anode.
the solid electrolyte layer contains a conductive complex including a π-conjugated conductive polymer and a polyanion, and an alkylsulfonic acid;
A capacitor , wherein the content of the alkylsulfonic acid in the solid electrolyte layer is 50 parts by mass or more and 1000 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the π-conjugated conductive polymer .
前記導電性複合体中の、前記ポリアニオンの含有割合は、前記π共役系導電性高分子100質量部に対して、100質量部以上500質量部以下である、請求項1に記載のキャパシタ。2. The capacitor according to claim 1, wherein a content ratio of the polyanion in the conductive complex is 100 parts by mass or more and 500 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the π-conjugated conductive polymer. 前記アルキルスルホン酸が前記π共役系導電性高分子に結合し、前記導電性複合体に含まれている、請求項1又は2に記載のキャパシタ。 The capacitor according to claim 1 or 2 , wherein the alkylsulfonic acid is bound to the π-conjugated conductive polymer and is contained in the conductive composite. 前記アルキルスルホン酸がメタンスルホン酸又はエタンスルホン酸である、請求項1~3の何れか一項に記載のキャパシタ。 The capacitor according to claim 1 , wherein the alkylsulfonic acid is methanesulfonic acid or ethanesulfonic acid. 前記固体電解質層が、塩基性化合物をさらに含有する、請求項1~の何れか一項に記載のキャパシタ。 The capacitor according to claim 1 , wherein the solid electrolyte layer further contains a basic compound. 前記固体電解質層が、水酸基を二つ以上含むポリオール化合物をさらに含有する、請求項1~5の何れか一項に記載のキャパシタ。 The capacitor according to any one of claims 1 to 5, wherein the solid electrolyte layer further contains a polyol compound containing two or more hydroxyl groups. 前記ポリオール化合物がジエチレングリコールである、請求項6に記載のキャパシタ。 The capacitor of claim 6, wherein the polyol compound is diethylene glycol. 前記π共役系導電性高分子がポリ(3,4-エチレンジオキシチオフェン)であるか、又は、前記ポリアニオンがポリスチレンスルホン酸である、請求項1~7の何れか一項に記載のキャパシタ。 The capacitor according to any one of claims 1 to 7, wherein the π-conjugated conductive polymer is poly(3,4-ethylenedioxythiophene) or the polyanion is polystyrenesulfonic acid. 弁金属の多孔質体からなる陽極の表面に形成された誘電体層の表面に、導電性高分子分散液を塗布し、乾燥させて固体電解質層を形成する工程を有する、キャパシタの製造方法であって、
前記導電性高分子分散液は、π共役系導電性高分子及びポリアニオンを含む導電性複合体と、アルキルスルホン酸と、前記導電性複合体を分散させる分散媒と、を含み、
前記導電性高分子分散液に含まれる前記アルキルスルホン酸の含有量は、π共役系導電性高分子100質量部に対して、50質量部以上1000質量部以下である、キャパシタの製造方法。
1. A method for manufacturing a capacitor, comprising the steps of: applying a conductive polymer dispersion onto a surface of a dielectric layer formed on a surface of an anode made of a porous valve metal; and drying the applied conductive polymer dispersion to form a solid electrolyte layer,
The conductive polymer dispersion includes a conductive complex containing a π-conjugated conductive polymer and a polyanion, an alkylsulfonic acid, and a dispersion medium for dispersing the conductive complex,
A method for producing a capacitor , wherein a content of the alkylsulfonic acid contained in the conductive polymer dispersion is 50 parts by mass or more and 1000 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the π-conjugated conductive polymer .
前記アルキルスルホン酸が前記π共役系導電性高分子に結合し、前記導電性複合体に含まれている、請求項9に記載のキャパシタの製造方法。 The method for producing a capacitor according to claim 9, wherein the alkylsulfonic acid is bound to the π-conjugated conductive polymer and is contained in the conductive composite.
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