导电高分子钽电解电容器的研究进展

易金锋

（株洲宏达电子股份有限公司，湖南 株洲 412000）

钽电解电容器会使用到阴极材料，但是阴极材料的使用会对电容器产生较多的负面影响，例如：影响电容量的大小，影响损耗角正切值的大小，使电容器的漏电流及温度特性受到严重影响，进一步使电容器的使用寿命缩短等。从钽电解电容器的应用性能提升角度考虑。有必要对新型阴极材料进行改进及开发。为了更进一步了解导电高分子钽电解电容器，鉴于此本课题围绕“导电高分子钽电解电容器”进行分析研究具备一定的价值意义。

1 传统钽电解电容器及导电高分子钽电解电容器概述

（1）传统钽电解电容器。传统的钽电解电容器阴极材料主要为二氧化锰，而此类阴极材料容易存在一些较为明显的问题，总结起来包括：①二氧化锰的电导率偏低，约为0.1s/cm，从而导致钽电容器在高频性能上明显偏差。②在高温热分解的作用下，易导致钽阳极体的介质氧化膜遭遇破损，进而使电容器的质量受到严重影响，同时使工作电压难以有效提升，最终使电压和工作电压间的差距越来越大。③二氧化锰相关工艺存在复杂的特点，在工艺成本上偏，不符合经济性的原则。

（2）导电高分子钽电解电容器。传统钽电解电容器的阴极材料为二氧化锰，而对于导电高分子钽电解电容器来说，则将二氧化锰取而代之，成为新型的一种钽电解电容器。对于导电高分子来说，能够基于室温的情况下进行合成工艺，无需经过热分解工艺，能够使对氧化膜造成的破坏得到有效降低，同时使中间形成次数降低。需了解的是，基于电导率层面分析，导电高分子为1～100s/cm，而对于二氧化锰的电导率则为0.1s/cm，两者比较导电高分子的电导率显著更高；所以导电高分子钽电解电容器在ESR与阻抗方面偏低，基于高频区域存在偏高的电容量及偏低的损耗角正切，能够使高频状态下的噪声有效降低，同时确保纹波电流容许量的提升。

此外，对于钽电解电容器来说，其氧化膜可能有裂缝、夹杂物以及其他杂质的存在，这样漏电流便会变大，所以需确保电容器具备很好的自愈效果。总结起来，其自愈效果体现在两个方面：一方面，为蒸发过程所体现出来的自愈效果；对于聚合物，在熔点及蒸发温度上均偏低，倘若瑕疵部位的漏电流将聚合物加热至合适的温度，便能够蒸发聚合物，使聚合物与瑕疵之间的接触得到有效接触。另一方面，为受热吸氧过程体现出来的自愈效果；基于瑕疵部位的聚合物在受热吸氧作用的条件下，使电阻帽有效形成，使瑕疵部位的电流有效隔断，进而发挥自愈效果。

由此可见，导电高分子钽电解电容器的优势突出。从外，值得注意的是，因导电高分子当中氧含量偏低，这样钽电解电容器在燃烧情况下发生失效的问题便能够得到有效预防控制。

2 导电高分子钽电解电容器研究进展

采取对比分析法，了解了高分子钽电解电容器与二氧化锰电解电容器对比起来突出的一些优势。基于最新研究进展来看，目前市场上的导电高分子钽电解电容器类型较多，下面举列其中占比较高的三种，包括：

（1）聚吡咯导电高分子钽电解电容器。在应用聚吡咯的基础上，能够让钽电解电容器的电导率显著提高，使其电导率高达10～100s/cm。将聚吡咯渠道二氧化锰，然后当作钽电解电容器的阴极材料能够让电容器的ESR及阻抗降低；同时，因聚吡咯电解电容器基于局部温度上升至300℃便可发挥有效绝缘作用，因此保证了漏电流的降低。

由于需要对聚吡咯被覆工艺进行有效优化，因此国内有学者表示，可以采取一些聚合方法达到优化的目标，比如电化学聚合法的应用，或者化学氧化聚合法的应用；当然，还有学者融合了以上两类聚合方法，使对聚吡咯被覆工艺实现有效优化。相关研究表明，基于聚吡咯合成当中进行硝基酚的添加，然后在低温条件下合成，能够使电导率提升，同时使电容器的ESR降低。

（2）聚乙撑二氧噻吩导电高分子钽电解电容器。从目前市场上应用的聚乙撑二氧噻吩导电高分子钽电解电容器而言，其主要优势为环境稳定性良好。相关研究表明，聚乙撑二氧噻吩在环境稳定性上明显优于聚吡咯；而因这两种导电高分子在聚合方法上比较现实，因此其中烷基萘磺酸离子均为这两种导电高分组的主要掺杂剂。值得注意的是，聚乙撑二氧噻吩在环境稳定性上更优，主要是由于噻吩环的β位在乙二氧基的阻塞作用下，让聚乙撑二氧噻吩集体的氧化反应受阻；进而在结构大的烷基萘磺酸离子的作用下，使其热脱掺杂受到阻碍。

（3）聚苯胺导电高分子钽电解电容器。相关研究表明，聚苯胺在环境稳定性上优良，同时其价格优惠，因此被人们所关注。有研究人员将新型质子酸间苯二甲基二磺酸充当掺杂剂，然后通过化学氧化法的应用，制作聚苯胺，结果显示：①新型质子酸间苯二甲基二磺酸当作掺杂剂在电极的钽电容器的性能优良，表观电容高，约为90%；等效串联电阻低，为100kHz，＜200mΩ。②基于125℃空气条件下，进行1000h的热处理，电容量未降低，损耗角正切值未变高，使其优良的热稳定性有效展现。由此可见，聚苯胺导电高分子钽电解电容器具备优良的环境稳定性，值得借鉴及应用。

3 结语

通过本课题的分析研究，认识到市场上应用的导电高分子钽电解电容器类型较多，例如本课题提到的聚吡咯、聚乙撑二氧噻吩、聚苯胺三种导电高分子钽电解电容器，便应用广泛，且具备优良的环境稳定性，同时在导电效果上也非常好，能够降低漏电率等。因此，需掌握导电高分子钽电解电容器的阴极材料制作工艺，提升导电高分子钽电解电容器的实际应用效果。