(57)【要約】  本発明は、下記一般式（１）又は下記一般式（２）で表される構成単位のいずれか１つを少なくとも含む導電性高分子が非水溶媒に分散した分散液を、粒子の焼結体である電極物質及び該電極物質の表面を被覆する誘電体を含む多孔質体に含浸する導電性高分子導入工程と、前記非水溶媒の少なくとも一部を除去し、前記多孔質体の表面を被覆する固体電解質を形成する溶媒除去工程と、を有する、導電性高分子固体電解コンデンサの製造方法を提供する。【化１】2018221438.tif 000008（一般式（１）及び（２）中、Ｒ１は、炭素数１以上１２以下のアルキル基、炭素数１以上１２以下のアルコキシ基、繰り返し単位が１以上５０以下の炭素数１以上１２以下のアルキレンオキサイド基、置換基を有してもよいフェニル基、置換基を有してもよい複素環基、又は置換基を有してもよい縮合環基を表す。Ａ‐は、ドーパント由来のアニオンである。ｎは、２以上３００以下である。）
2018221438.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記一般式（１）又は下記一般式（２）で表される構成単位のいずれか１つを少なくとも含む導電性高分子が非水溶媒に分散した分散液を、粒子の焼結体である電極物質及び該電極物質の表面を被覆する誘電体を含む多孔質体に含浸する導電性高分子導入工程と、
前記非水溶媒の少なくとも一部を除去し、前記多孔質体の表面を被覆する固体電解質を形成する溶媒除去工程と、
を有する、導電性高分子固体電解コンデンサの製造方法。
【化１】
2018221438.tif 000006
（一般式（１）及び（２）中、Ｒ１は、炭素数１以上１２以下のアルキル基、炭素数１以上１２以下のアルコキシ基、繰り返し単位が１以上５０以下の炭素数１以上１２以下のアルキレンオキサイド基、置換基を有してもよいフェニル基、置換基を有してもよい複素環基、又は置換基を有してもよい縮合環基を表す。Ａ‐は、ドーパント由来のアニオンである。ｎは、２以上３００以下である。）
【請求項２】
前記多孔質体の平均の細孔径が、０．０３μｍ以上５．０μｍ以下である、請求項１に記載の導電性高分子固体電解コンデンサの製造方法。
【請求項３】
前記電極物質がタンタル、ニオブ又はそれらの合金を含む、請求項１又は請求項２に記載の導電性高分子固体電解コンデンサの製造方法。
【請求項４】
前記ドーパントが、酸素、フッ素、及び窒素からなる群から選ばれる少なくとも一つの原子を含むものである、請求項１〜請求項３のいずれかに記載の導電性高分子固体電解コンデンサの製造方法。
【請求項５】
前記ドーパントの２０質量％以上が、ドーパント１分子中のアニオン数が１以上１０以下である、請求項１〜請求項４のいずれかに記載の導電性高分子固体電解コンデンサの製造方法。
【請求項６】
下記一般式（１）又は下記一般式（２）で表される構成単位のいずれか１つを少なくとも含み、
ドーパントが、スルホン酸誘導体、ホウ素酸誘導体、カルボン酸誘導体、及びリン酸誘導体からなる群から選ばれる１つを少なくとも含む、導電性高分子。
【化２】
2018221438.tif 000007
（一般式（１）及び（２）中、Ｒ１は、炭素数１以上１２以下のアルキル基、炭素数１以上１２以下のアルコキシ基、繰り返し単位が１以上５０以下の炭素数１以上１２以下のアルキレンオキサイド基、置換基を有してもよいフェニル基、置換基を有してもよい複素環基、又は置換基を有してもよい縮合環基を表す。Ａ‐は、ドーパント由来のアニオンである。ｎは、２以上３００以下である。）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導電性高分子固体電解コンデンサの製造方法及び導電性高分子に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンデンサは、パソコンや携帯電話等の様々な電子機器に使用される電子部品の一種であり、基本的に、２枚の対向する電極板の間に誘電体を挟んだ構造をしており、ここに直流電圧をかけると、誘電体の分極作用によって、それぞれの電極に電荷が蓄えられるものである。コンデンサには、多種多様なものがあるが、例えば、アルミ電解コンデンサ、積層セラミックコンデンサ、タンタル電解コンデンサ、フィルムコンデンサ等が知られている。近年では、電子機器の小型・軽量化、高機能化に伴い、小型で高容量のコンデンサが求められるようになってきており、コンデンサの性能の向上をはかる研究が盛んに行われている。【０００３】
コンデンサの電極に用いることができる導電性材料としては、導電性高分子を用いた従来技術が多数報告されている。導電性高分子は共役系構造を有し電子移動が可能な主骨格とこれら拡張された共役内での電子または正孔キャリアを主骨格に付与する為のドーパントの組み合わせにより構成される。導電性主骨格としては３，４−エチレンジオキシチオフェン（ＥＤＯＴ）、ピロール、アニリンなどの重合体をはじめとして、π電子共役系が発達した化学構造を持つ骨格が一般的である。それに対応するドーパントとしては無機系ルイス酸や有機系プロトン酸など様々ある。中でも有機系プロトン酸としてスルホン酸化合物が一般的に用いられる。【０００４】
例えば、特許文献１では、ポリスチレンスルホン酸（ＰＳＳ）を分散剤兼ドーパントとしてＥＤＯＴを重合した、粒子径が数十ｎｍ程度であるＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ水分散液を多孔質金属素子に含侵させて電解コンデンサを製造する方法が報告されている。【０００５】
また、特許文献２では、ＰＳＳをドーパントとして様々なＥＤＯＴ誘導体を重合した導電性高分子を用いることで、イオン化ポテンシャルの調整が可能な導電性高分子が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−５０８３４１
【特許文献２】ＷＯ２０１６／１１１２７７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載の方法では、導電性高分子を多孔質内部に十分に充填することができなかったため、導電性高分子固体電解コンデンサの容量出現率が不十分であった。【０００８】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、容量出現率に優れる導電性高分子固体電解コンデンサの製造方法、及び前記製造方法に好適な導電性高分子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明によれば、下記一般式（１）又は下記一般式（２）で表される構成単位のいずれか１つを少なくとも含む導電性高分子が非水溶媒に分散した分散液を、粒子の焼結体である電極物質及び該電極物質の表面を被覆する誘電体を含む多孔質体に含浸する導電性高分子導入工程と、前記非水溶媒の少なくとも一部を除去し、前記多孔質体の表面を被覆する固体電解質を形成する溶媒除去工程と、を有する、導電性高分子固体電解コンデンサの製造方法が提供される。【００１０】
【化１】
2018221438.tif 000003
（一般式（１）及び（２）中、Ｒ１は、炭素数１以上１２以下のアルキル基、炭素数１以上１２以下のアルコキシ基、繰り返し単位が１以上５０以下の炭素数１以上１２以下のアルキレンオキサイド基、置換基を有してもよいフェニル基、置換基を有してもよい複素環基、又は置換基を有してもよい縮合環基を表す。Ａ‐は、ドーパント由来のアニオンである。ｎは、２以上３００以下である。）【００１１】
本発明者らは、上記の導電性高分子固体電解コンデンサの製造方法を用いることで、多孔質体の細孔に導電性高分子を含む分散液が含浸しやすく、その結果、容量出現率に優れる導電性高分子固体電解コンデンサを製造できることを見出し、本発明の完成に至った。【００１２】
図１に示すように、本発明の導電性高分子固体電解コンデンサの製造方法により得られる導電性高分子固体電解コンデンサ１は、多孔質体を形成している電極物質が陽極２として働き、多孔質体の表面を酸化処理することで得られた酸化薄膜が誘電体３として働き、多孔質体の細孔に充填された導電性高分子が陰極４として働くものである。【００１３】
なお、本願において容量出現率とは、下式の通りである。多孔質体の細孔を電解液（硫酸、リン酸等）で満たした状態で測定した静電容量（１）と多孔質体の細孔に固体電解質を導入した後に測定した実際の静電容量（２）の割合のことである。
容量出現率（％）＝（２）／（１）×１００
したがって、容量出現率が高いということは、多孔質体の細孔が多くの固体電解質（本発明においては導電性高分子）で満たされており、得られた固体電解コンデンサが電極の静電容量を十分に引き出していることを示している。【００１４】
以下、本発明の種々の実施形態を例示する。以下に示す実施形態は互いに組み合わせ可能である。
好ましくは、多孔質体の平均の細孔径が、０．０３μｍ以上５．０μｍ以下である。
好ましくは、電極物質がタンタル、ニオブ又はそれらの合金を含む。
好ましくは、ドーパントが、酸素、フッ素、及び窒素からなる群から選ばれる少なくとも一つの原子を含む。
好ましくは、ドーパントの２０質量％以上が、ドーパント１分子中のアニオン数が１以上１０以下である。【００１５】
本開示の別の観点によれば、下記一般式（１）又は下記一般式（２）で表される構成単位のいずれか１つを少なくとも含み、ドーパントが、スルホン酸誘導体、ホウ素酸誘導体、カルボン酸誘導体、及びリン酸誘導体からなる群から選ばれる１つを少なくとも含む、導電性高分子が提供される。【００１６】
【化２】
2018221438.tif 000004
（一般式（１）及び（２）中、Ｒ１は、炭素数１以上１２以下のアルキル基、炭素数１以上１２以下のアルコキシ基、繰り返し単位が１以上５０以下の炭素数１以上１２以下のアルキレンオキサイド基、置換基を有してもよいフェニル基、置換基を有してもよい複素環基、又は置換基を有してもよい縮合環基を表す。Ａ‐は、ドーパント由来のアニオンである。ｎは、２以上３００以下である。）
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、本発明の製造方法により得られる導電性高分子固体電解コンデンサの部分構造の一例を示す概略図である。
【図２】図２は、容量出現率の評価で用いた多孔質体の細孔径を測定した結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態について、詳細に説明する。
【００１９】
本発明の導電性高分子固体電解コンデンサの製造方法は、上述した導電性高分子導入工程と、溶媒除去工程とを有するものである。これらの各工程は、導電性高分子を十分に多孔質体の細孔に充填する観点から、２回以上、３回以上、４回以上等の複数回行われることが好ましい。
【００２０】
１．導電性高分子導入工程
（１） 導電性高分子
本発明に用いる導電性高分子は、一般式（１）又は一般式（２）で表される構成単位のいずれか１つを少なくとも含むことによりπ共役系が発達しているため、導電性高分子の主骨格に好適である。
【００２１】
前記一般式（１）又は一般式（２）中のＲ１は、炭素数１以上１２以下のアルキル基、炭素数１以上１２以下のアルコキシ基、繰り返し単位が１以上５０以下の炭素数１〜１２のアルキレンオキサイド基、任意の位置に任意の置換基を有していても良いフェニル基、複素環基、又は縮合環基であり、導電性の観点からアルキル基、フェニル基が好ましく、中でも、２，６位に置換基を有するフェニル基がさらに好ましく用いることが出来る。
任意の置換基としては例えば、炭素数１以上１２以下のアルキル基、炭素数１以上１２以下のアルコキシ基、繰り返し単位が１以上５０以下の炭素数１以上１２以下のアルキレンオキサイド基、フェニル基、ナフチル基、ヒドロキシ基、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素等のハロゲン、アルデヒド基、アミノ基、炭素数３以上８以下のシクロアルキル基等があげられる。
【００２２】
前記複素環基としては例えば、シロール環、フラン環、チオフェン環、オキサゾール環、ピロール環、ピリジン環、ピリダジン環、ピリミジン環、ピラジン環、トリアジン環、オキサジアゾール環、トリアゾール環、イミダゾール環、ピラゾール環、チアゾール環、インドール環、ベンズイミダゾール環、ベンズチアゾール環、ベンズオキサゾール環、キノキサリン環、キナゾリン環、フタラジン環、チエノチオフェン環、カルバゾール環、アザカルバゾール環（カルバゾール環を構成する炭素原子の任意の一つ以上が窒素原子で置き換わったものを表す）、ジベンゾシロール環、ジベンゾフラン環、ジベンゾチオフェン環、ベンゾチオフェン環やジベンゾフラン環を構成する炭素原子の任意の一つ以上が窒素原子で置き換わった環、ベンゾジフラン環、ベンゾジチオフェン環、アクリジン環、ベンゾキノリン環、フェナジン環、フェナントリジン環、フェナントロリン環、サイクラジン環、キンドリン環、テペニジン環、キニンドリン環、トリフェノジチアジン環、トリフェノジオキサジン環、フェナントラジン環、アントラジン環、ペリミジン環、ナフトフラン環、ナフトチオフェン環、ナフトジフラン環、ナフトジチオフェン環、アントラフラン環、アントラジフラン環、アントラチオフェン環、アントラジチオフェン環、チアントレン環、フェノキサチイン環、ジベンゾカルバゾール環、インドロカルバゾール環、ジチエノベンゼン環、エポキシ環、アジリジン環、チイラン環、オキセタン環、アゼチジン環、チエタン環、テトラヒドロフラン環、ジオキソラン環、ピロリジン環、ピラゾリジン環、イミダゾリジン環、オキサゾリジン環、テトラヒドロチオフェン環、スルホラン環、チアゾリジン環、ε−カプロラクトン環、ε−カプロラクタム環、ピペリジン環、ヘキサヒドロピリダジン環、ヘキサヒドロピリミジン環、ピペラジン環、モルホリン環、テトラヒドロピラン環、１，３−ジオキサン環、１，４−ジオキサン環、トリオキサン環、テトラヒドロチオピラン環、チオモルホリン環、チオモルホリン−１，１−ジオキシド環、ピラノース環、ジアザビシクロ［２，２，２］−オクタン環、フェノキサジン環、フェノチアジン環、オキサントレン環、チオキサンテン環、フェノキサチイン環から導出される１価の基等があげられる。
【００２３】
前記縮合環としては例えば、ナフタレン環、アズレン環、アントラセン環、フェナントレン環、ピレン環、クリセン環、ナフタセン環、トリフェニレン環、アセナフテン環、コロネン環、フルオレン環、フルオラントレン環、ペンタセン環、ペリレン環、ペンタフェン環、ピセン環、ピラントレン環等があげられる。
【００２４】
任意の置換基としては例えば、炭素数１以上１２以下のアルキル基、炭素数１以上１２以下のアルコキシ基、繰り返し単位が１以上５０以下の炭素数１以上１２以下のアルキレンオキサイド基、フェニル基、ナフチル基、ヒドロキシ基、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素等のハロゲン、アルデヒド基、アミノ基、炭素数３以上８以下のシクロアルキル基等があげられる。
【００２５】
ドーパントは、特に制限されないが、例えば酸素、フッ素、及び窒素からなる群から選ばれる少なくとも一つの原子を含むものが好ましく、スルホン酸誘導体、ホウ素酸誘導体、カルボン酸誘導体、及びリン酸誘導体からなる群から選ばれる少なくとも一つであることがさらに好ましい。
【００２６】
ドーパントとしては、具体的には、ポリスチレンスルホン酸、ポリ２−スルホエチル（メタ）アクリレート、ポリ３−プロピルスルホ（メタ）アクリレート及びその共重合体等のポリアニオン、又はそのアルカリ金属塩、ｐ−トルエンスルホン酸、ドデシルスルホン酸、ドデシルベンゼンスルホン酸、ジ（２−エチルヘキシル）スルホコハク酸、ポリオキシエチレン多環フェニルエーテルスルホン酸エステル、ポリオキシエチレンアリールエーテル硫酸エステル、テトラフルオロホウ酸、トリフルオロ酢酸、ヘキサフルオロリン酸、トリフルオロメタンスルホンイミド等のモノアニオン、又はそのアルカリ金属塩等があげられる。
【００２７】
ドーパントは、非水溶媒に対する分散性を向上させ、細孔に導入しやすくなる観点から、ドーパント１分子中のアニオン数が１以上１０以下であるものを含んでいることが好ましく、１以上４以下であるものを含んでいることがより好ましく、さらに好ましくは１または２であるものを含んでいることがさらに好ましく、１であるものを含んでいることが最も好ましい。
【００２８】
ドーパントは、１種単独で用いてもよく、２種以上のものを用いてもよい。
【００２９】
ドーパントを２種以上用いる場合に、ドーパント１分子中のアニオン数が１以上１０以下であるドーパント成分の含有割合は、例えば２０質量％、３０質量％、４０質量％、５０質量％、８０質量％、１００質量％等であり、これらの数値のいずれか２つの間の範囲内であってもよく、好ましくは２０質量％以上１００質量％以下であり、より好ましくは３０質量％以上１００質量％以下であり、さらに好ましくは５０質量％以上１００質量％以下である。
【００３０】
導電性高分子が有する構成単位（１）及び（２）の数としては特に制限されないが、好ましくは２以上３００以下である。具体的には例えば、２、５、１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、１００、２００又は３００であり、ここで例示した数値の何れか２つの間の範囲内であってもよい。
【００３１】
導電性高分子の導電率は、好ましくは０．０１Ｓ／ｃｍ以上１０００Ｓ／ｃｍ以下であり、例えば、０．０２、０．０５、０．１、０．２、０．３、０．５、０．８、１、２，５，１０、５０、１００、５００Ｓ／ｃｍ等であり、ここで例示した数値の何れか２つの間の範囲内であってもよい。
【００３２】
導電性高分子を合成する方法としては、特に限定されないが、例えば、３，４−エチレンジオキシチオフェン（ＥＤＯＴ）とアルデヒドに、ドーパントと酸化剤を加え不活性ガス雰囲気下の溶媒中で、加熱撹拌することで縮合重合および、または酸化重合することで得ることができる。また酸化剤の分解促進剤を加えても良い。
【００３３】
前記酸化剤としては、特に限定されないが、重合反応が進行する酸化剤であればよく、ペルオキソ二硫酸アンモニウム、ペルオキソ二硫酸カリウム、ペルオキソ二硫酸ナトリウム、塩化鉄（ＩＩＩ）、硫酸鉄（ＩＩＩ）、水酸化鉄（ＩＩＩ）、テトラフルオロホウ酸鉄（ＩＩＩ）、ヘキサフルオロリン酸鉄（ＩＩＩ）、硫酸銅（ＩＩ）、塩化銅（ＩＩ）、テトラフルオロホウ酸銅（ＩＩ）、ヘキサフルオロリン酸銅（ＩＩ）およびオキソ二硫酸アンモニウム、有機過酸化物等があげられる。
【００３４】
溶媒としては、特に限定されないが、ヘテロ環化合物とアルデヒド誘導体の縮合反応が進行する溶媒であればよく、ガンマブチロラクトン、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、アセトニトリル、ｔｅｒｔ−ブチルメチルエーテル、酢酸エチル、ベンゼン、ヘプタン、水、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、ブタノール等のアルコール系溶媒、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等のケトン系溶媒、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、プロピレングリコールメチルエーテル、プロピレングリコールエチルエーテル等のグリコール系溶媒、乳酸メチル、乳酸エチル等の乳酸系溶媒、等があげられる。導電性高分子の合成に用いる溶媒は、導電性高分子導入工程で用いる溶媒とは、同一であっても異なってもよく、非水溶媒でなくてもよいが、合成時に用いる溶媒は酸化剤の効率から非プロトン性溶媒の方が好ましい。
【００３５】
本発明に係る導電性高分子中に含まれる構成単位（１）及び（２）の含有割合は、ＥＤＯＴとアルデヒドの添加量の比によって調整することができる。ＥＤＯＴとアルデヒドの添加量のモル比ＥＤＯＴ／アルデヒドは、例えば１／１、２／１、３／１、４／１、５／１等であり、これらの数値のいずれか２つの間の範囲内であってもよいが、可溶性と導電性のバランスの観点から１／１〜４／１の比が好ましく、１／１〜２／１の比がより好ましい。
【００３６】
（２） 非水溶媒
本発明に用いる非水溶媒は、導電性高分子を分散させ、得られた分散液を多孔質体に含浸するものである。
【００３７】
非水溶媒としては、導電性高分子を分散することができるものであれば特に限定されないが、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、ブタノール等のアルコール系溶媒、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等のケトン系溶媒、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、プロピレングリコールメチルエーテル、プロピレングリコールエチルエーテル等のグリコール系溶媒、乳酸メチル、乳酸エチル等の乳酸系溶媒、トルエン、酢酸エチル、プロピレンカーボネート、γ−ブチロラクトン、メチルエチルケトン、トルエン、イソプロピルアルコール、エチレングリコール、ジメチルスルホキシド、メタノール、ベンジルアルコール等があげられるが、プロピレンカーボネート、γ−ブチロラクトン、メチルエチルケトン、トルエン、イソプロピルアルコール、エチレングリコール、ジメチルスルホキシド、メタノール、ベンジルアルコール等が特に好ましい。複数の溶媒を組み合わせて用いても良い。
【００３８】
（３） 分散液
分散液は、上記の導電性高分子を非水溶媒に分散させたものである。
【００３９】
分散液のうち、溶媒成分を除いた不揮発分は、特に制限されないが、例えば１．０質量％以上２０．０質量％以下である。具体的には、０．５、１．０、１．５、２．０、２．５、３．０、５．０、１０．０、１５．０、２０．０質量％等であり、ここで例示した数値の何れか２つの間の範囲内であってもよい。
【００４０】
分散液中の導電性高分子の平均粒子径は、多孔質体の細孔に導電性高分子を導入しやすい観点から小さいほうが好ましく、例えば、Ｄ１０は、０．１ｎｍ、０．５ｎｍ、１ｎｍ、３ｎｍ、５ｎｍ、１０ｎｍ、２５ｎｍ、４０ｎｍ、５０ｎｍ等であり、これらの数値のいずれか２つの間の範囲内であってもよい。Ｄ５０は、０．１ｎｍ、０．５ｎｍ、１ｎｍ、３ｎｍ、５ｎｍ、１０ｎｍ、２０ｎｍ、４０ｎｍ、５５ｎｍ、８０ｎｍ、１００ｎｍ等であり、これらの数値のいずれか２つの間の範囲内であってもよい。Ｄ９０は、０．１ｎｍ、０．５ｎｍ、１ｎｍ、５ｎｍ、１０ｎｍ、４０ｎｍ、８５ｎｍ、１００ｎｍ、１２０ｎｍ等であり、これらの数値のいずれか２つの間の範囲内であってもよい。Ｄ９０とＤ１０の比率であるＤ９０／Ｄ１０は、１、１．５、２、２．５、３．５、４、４．５、５等であり、これらの数値のいずれか２つの間の範囲内であってもよい。
【００４１】
（４） 多孔質体
本発明に用いる多孔質体は、粒子の焼結体である電極物質及び該電極物質の表面を被覆する誘電体を含むものである。
【００４２】
電極物質としては、例えばアルミ、タンタル、ニオブ又それらの合金を含むものを用いることができるが、より細孔の小さな多孔質体を用いる観点から、タンタル、ニオブ又それらの合金を含むものが好ましい。
【００４３】
電極物質の粒子の平均粒子径は、焼結した際に粒子同士の結合が弱くなることを防ぐ観点から０．０１μｍ以上が好ましく、０．０３μｍ以上がさらに好ましく、多孔質体の細孔を小さくする観点から１０μｍ以下が好ましく、５μｍ以下がさらに好ましい。電極物質の粒子の平均粒子径は、例えば、０．０１、０．０３、０．０５、０．１、０．２、０．３、０．４、０．５、０．６、０．８、１．０、１．５、２．０、３．０、５．０、１０．０μｍ等であり、これらの数値のいずれか２つの間の範囲内であってもよい。
【００４４】
粒子の焼結体を作製する方法としては、特に制限されないが、粒子を一度ペレット上に圧縮して、その後に加熱して焼結させる方法等が挙げられ、例えば、日本電子機械工業会規格ＥＩＡＪ  ＲＣ−２３６１Ａ「タンタル電解コンデンサ用タンタル焼結素子の試験方法」附属書の表１に規定された１００ｋＣＶ粉末の試験条件に準拠して、タンタル焼結素子を製造することができる
【００４５】
多孔質体の平均の細孔径は、０．０１μｍ以上１０．０μｍ以下が好ましく、０．０３μｍ以上５．０μｍ以下がより好ましく、例えば、０．０１、０．０５、０．１、０．２、０．３、０．４、０．５、０．６、０．８、１．０、１．５、２．０、３．０、５．０、１０．０μｍ等であり、ここで例示した数値の何れか２つの間の範囲内であってもよい。
【００４６】
コンデンサ用の電極物質の電気特性を評価する指標として、一般的にはＣＶ値（μＦ・Ｖ／ｇ）が用いられる。
ここで、コンデンサが蓄えることができる単位電圧当たりの電荷容量Ｃは、
Ｃ＝（ε・Ｓ）／ｔ
であり、Ｓ：電極面積（ｍ２）、ｔ：電極間距離（ｍ）、ε：誘電率（Ｆ／ｍ）で表わされる。そのため、電荷容量Ｃは、電極面積Ｓが大きいほど、電極間距離ｔが小さいほど、また、誘電率εが高いほど、大きくなる。したがって、ＣＶ値を高めるためには、電極物質を多孔質体にする等して電極面積Ｓを大きくするか、誘電体をより薄くする等して電極間距離ｔを小さくすることが有効である。
【００４７】
電極物質のＣＶ値は、例えば、５０、１００、１５０、２００、２５０、３００ｋＣＶ／ｇ等であり、ここで例示した数値の何れか２つの間の範囲内であってもよい。
【００４８】
誘電体の膜厚は、ＣＶ値を高める観点から薄いことが好ましいが、絶縁破壊を防ぐ観点からは薄すぎないことが好ましい。誘電体の膜圧は、例えば、１、２、５、１０、２０、３０、５０、１００ｎｍ等であり、ここで例示した数値の何れか２つの間の範囲内であってもよい。
【００４９】
本発明で用いる誘電体は、電極物質の表面を酸化処理して得られる酸化薄膜である。電極物質の表面を酸化処理する方法としては、特に制限されないが、例えば、リン酸等の弱酸が含まれる水溶液中で、電圧をかけて陽極酸化処理する方法が挙げられる。
【００５０】
分散液を多孔質体に含浸させる方法としては、浸漬させるのが一般的であるが、圧力を増加又は減少させたり、振動、超音波、又は熱を加える方法が挙げられる。
【００５１】
２．溶媒除去工程
本発明に係る溶媒除去工程は、非水溶媒の少なくとも一部を除去し、前記多孔質体の表面を被覆する固体電解質を形成するものである。
【００５２】
溶媒を除去する方法は特に制限されないが、乾燥させる方法や、加熱する方法、これらを組み合わせる方法等が挙げられる。加熱する方法としては、例えば、加熱室内に保持する方法や、ホットプレートに接触させる方法が挙げられる。加熱する温度としては、多孔質体の変性を防ぐ観点から、３５０℃以下が好ましく、２５０℃以下がより好ましく、溶媒を速やかに除去する観点から、１００℃以上が好ましく、１２０℃以上がより好ましい。
【実施例】
【００５３】
［分散液の製造］
（製造例１）
１Ｌフラスコにプロピレンカーボネート３００ｇ、３，４−エチレンジオキシチオフェン（ＥＤＯＴ）４．５ｇ、ＰＴＳ・Ｈ２Ｏ（パラトルエンスルホン酸１水和物）３．６ｇを加えて３０ｍｉｎ撹拌した。次いで、窒素パージ下、トリスパラトルエンスルホン酸鉄（ＩＩＩ）（Ｆｅ（ＰＴＳ）３）０．０６ｇ、２、４、６−トリメチルベンズアルデヒド２．４ｇ、過酸化ベンゾイル（純度７５質量％、日本油脂製）１２ｇを加え４０℃にて２０時間撹拌した。次いで、イオン交換樹脂のレバチット（登録商標）ＭＰ６２ＷＳ（ランクセス製）１ｇとレバチット（登録商標）モノプラスＳ１０８Ｈ（ランクセス製）１ｇを加えて５時間撹拌し、濾過した。得られた濾液を超音波ホモジナイザーにて処理し、不揮発分２．４質量％の導電性高分子のプロピレンカーボネート分散液Ａを得た。【００５４】
（製造例２）
製造例１の２、４、６−トリメチルベンズアルデヒド２．４ｇを、２、６−ジクロロベンズアルデヒド２．８ｇに変更した以外は同じ手順で不揮発分２．６質量％の導電性高分子のプロピレンカーボネート分散液Ｂを得た。【００５５】
（製造例３）
製造例１の２、４、６−トリメチルベンズアルデヒド２．４ｇを、ブチルアルデヒド０．５８ｇに変更した以外は同じ手順で不揮発分２．１質量％の導電性高分子のプロピレンカーボネート分散液Ｃを得た。【００５６】
（製造例４）
製造例１の２、４、６−トリメチルベンズアルデヒド２．４ｇを、ベンズアルデヒド０．８５ｇに変更した以外は同じ手順で不揮発分２．１質量％の導電性高分子のプロピレンカーボネート分散液Ｄを得た。【００５７】
（製造例５）
１Ｌフラスコに、アセトニトリル２００ｇ、２、６−ジクロロベンズアルデヒド３．５ｇを加え、３０ｍｉｎ窒素パージを行い、８０℃まで昇温した。次にテトラフルオロホウ酸銅水和物を６．２ｇ加え、均質溶液になるまで撹拌し、次いでＥＤＯＴ２．８ｇを添加し１時間撹拌した。さらにテトラフルオロホウ酸銅水和物を６．２ｇ加え４時間撹拌した。フラスコにメタノール２００ｇを加え固形物を十分に析出させたのち、ＡＤＶＡＮＴＥＣ  ４Ａ濾紙（ＪＩＳ  Ｐ  ３８０１）にて吸引濾過し、濾液が透明になるまで残渣をメタノールで洗浄した。その後、４０℃で残渣を乾燥し、導電性高分子粉末Ｅを５．２ｇ得た。
導電性高分子Ｅ０．１３ｇにプロピレンカーボネート９．８７ｇを加えて撹拌し、超音波ホモジナイザーにて分散し、不揮発分１．３質量％の導電性高分子のプロピレンカーボネート分散液Ｅを得た。【００５８】
（製造例６）
製造例２のＰＴＳ・Ｈ２Ｏを、トリフルオロメタンスルホンイミド２．２ｇに変更した以外は同じ手順で不揮発分２．３質量％の導電性高分子のプロピレンカーボネート分散液Ｆを得た。【００５９】
（製造例７）
製造例２のＰＴＳ・Ｈ２Ｏを、トリフルオロ酢酸１．８ｇに変更した以外は同じ手順で不揮発分２．３質量％の導電性高分子のプロピレンカーボネート分散液Ｇを得た。【００６０】
（製造例８）
製造例２のＰＴＳ・Ｈ２Ｏを、ヘキサフルオロリン酸５５質量％水溶液４．２ｇに変更した以外は同じ手順で不揮発分２．３質量％の導電性高分子のプロピレンカーボネート分散液Ｈを得た。【００６１】
（製造例９）
製造例２のＰＴＳ・Ｈ２Ｏを、ポリスチレンスルホン酸（ＰＳＳ）水溶液１８質量％（アクゾノーベル製）１０ｇ及びＰＴＳ・Ｈ２Ｏ１．８ｇに変更した以外は同じ手順で不揮発分２．５質量％の導電性高分子のプロピレンカーボネート分散液Ｉを得た。【００６２】
（製造例１０）
製造例１のプロピレンカーボネートをγ−ブチロラクトン（γ−ＢＬ）に変更した以外は同じ手順で不揮発分２．５質量％の導電性高分子のγ−ブチロラクトン分散液Ｊを得た。【００６３】
（製造例１１）
製造例１で製造した液Ａ８２ｇに、メチルエチルケトンを２０ｇ加えて撹拌し、不揮発分２．０質量％の分散液Ｋを得た。【００６４】
（製造例１２）
製造例１で製造した液Ａ８２ｇに、トルエンを２０ｇ加えて撹拌し、不揮発分２．０質量％の分散液Ｌを得た。【００６５】
（製造例１３）
製造例１で製造した液Ａ５１．２ｇに、イソプロピルアルコール５０ｇを加えて撹拌し、不揮発分１．３質量％の分散液Ｍを得た。【００６６】
（製造例１４）
製造例１で製造した液Ａ５１．２ｇに、エチレングリコールを５０ｇ加えて撹拌し、不揮発分１．３質量％の分散液Ｎを得た。【００６７】
（製造例１５）
ＡＧＦＡ製  Ｏｒｇａｃｏｎ  ＩＣＰ１０５０（ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ）を超音波ホモジナイザーで処理し、全量に対してＤＭＳＯ５ｗｔ％を加えて撹拌し、不揮発分１．２ｗ％の分散液Ｏを得た。【００６８】
（製造例１６）（ＰＥＤＯＴ／（メタ）アクリル系高分子ドーパントの合成）
撹拌機、窒素ガス導入管、環流冷却器、投入口および温度計を備えた容量１Ｌの四つ口フラスコに、２−（メタクリロイルオキシ）エタンスルホン酸ナトリウムを７８．０ｇ、２−ヒドロキシエチルメタクリレートを１５．０ｇ、２−エチルヘキシルメタクリレートを７．０ｇ、イオン交換水を２００ｇ、イソプロピルアルコールを１５０ｇ投入した。フラスコ内に窒素ガスを導入しながら、フラスコ内の混合物を７０℃まで昇温した。次いで、アゾビスイソブチロニトリルを０．２ｇフラスコ内に投入し、７０℃を保ち、１８時間重合反応を行ってポリマー溶液を得た。
得られたポリマー溶液の全量を、２Ｌのビーカーに移し、スターラーにより撹拌しながらイソプロピルアルコール６００ｇを添加した。その後、撹拌を止めたところ沈殿物が得られた。それを減圧ろ過し、残渣を１００℃で２４時間乾燥した後、乳鉢で粉砕して高分子化合物の粉体を得た。【００６９】
撹拌機、窒素ガス導入管、環流冷却器、投入口および温度計を備えた容量１Ｌの四つ口フラスコに、得られた高分子化合物の粉体を１．３８ｇ、イオン交換水を５００ｇ、２５％塩酸水溶液を１．４６ｇ投入し、６０℃に加熱して３時間撹拌を行った後、２５℃まで冷却した。フラスコ内の溶液は、均一透明なものであった。ついで、フラスコ内の溶液に３，４‐エチレンジオキシチオフェン（ＥＤＯＴ）を１．４２ｇ投入し、攪拌して均一な乳化液とした後、８０℃に昇温した。ついで、１４．３ｇの硫酸鉄（ＩＩＩ）ｎ水和物（硫酸鉄（ＩＩＩ）としての含有量６０〜８０％）をイオン交換水３０ｇに溶解したものを、８０℃に保ったフラスコ内に２時間かけて滴下した。滴下終了後、８０℃を保ちながら、４８時間重合反応を続けた。【００７０】
重合反応終了後の反応液の全量をエバポレーターに移し、反応液の容量が５０ｇになるまで減圧下加熱留去を行った後、反応液を減圧ろ過し、残渣を０．５Ｌビーカーに移し、イオン交換水５０ｇを投入し、スターラーで３０分撹拌して、再度減圧ろ過を行うことで水洗浄をおこなった。同様の水洗浄をさらに３回繰り返して行った後、残渣を０．５Ｌビーカーに移し、ｎ−ヘキサン５０ｇを添加し、３０分撹拌混合し、減圧ろ過を行った。残渣を減圧下、７０℃にて２４時間乾燥して（メタ）共重合体をドーパントとする導電性ポリマーを得た。この導電性ポリマー１．０ｇをメタノール８０ｇ、ベンジルアルコール２０ｇの混合溶媒に投入し、室温で撹拌、分散させて分散液Ｐを得た。【００７１】
［各種評価］
＜粒子径の評価＞
粒子径分布測定装置（Ｎａｎｏｔｒａｃ  ＵＰＡ−ＵＴ１５１、日機装製）を用いて、光動的散乱法により分散液Ａ〜Ｐ中の体積平均粒子径、Ｄ１０、Ｄ５０、及びＤ９０を測定した。その結果を表１に示す。
＜不揮発分の評価＞
分散液Ａ〜Ｐを、ブリキシャーレに一定量測りとり１５０℃で３時間加熱し、各残存量の重量を測ることで、分散液Ａ〜Ｐ注の各不揮発分の割合を算出した。結果を表１に示す。【００７２】
＜導電性の評価＞
分散液Ａ〜Ｐをそれぞれガラス基板に２ｃｍ×２ｃｍの大きさで塗布し、その後１５０℃で乾燥して５μｍの薄膜を形成した。その後、抵抗率計（ロレスタＧＰ，三菱ケミカルアナリテック製）を用いて、各薄膜の導電率を測定した。その結果を表１に示す。【００７３】
＜細孔径の評価＞
フッ化タンタル酸カリウムを希釈塩に添加し、前記希釈塩中のフッ化タンタル酸カリウムにナトリウムを作用させて製造した１００ｋＣＶのタンタル粉末を、密度４．５ｇ／ｃｍ３のペレットに成形し、その後真空度１０−３Ｐａで１２００℃以上の温度で焼成して焼結体を作成した。その後、細孔分布測定装置（マイクロメリテックオートポアＩＩＩ９４００，島津製作所製）を用いて、水銀圧入法による細孔径を測定した。その結果を表１に示す。
なお、実施例１の詳細な結果を図２に示す。実施例１の細孔は０．１〜２μｍの間で分布しており、平均細孔径は０．４μｍであった。【００７４】
＜容量出現率の評価＞
１００ｋＣＶ／ｇのタンタル粉末を、密度４．５ｇ／ｃｍ３のペレットに整形し、その後真空度１０−３Ｐａで１２００℃以上の温度で焼成して焼結体を作成した。その後、リン酸電解質溶液中において２０Ｖで処理することによって誘電体である酸化被膜を形成し、誘電体を含む多孔質体を得た。このタンタルペレットを４１％硫酸に浸漬してＬＣＲメーター（４２６３Ｂ，アジレント製）によって静電容量を測定した。（１）【００７５】
この多孔質体を、分散液Ａ〜Ｐに浸漬して導電性高分子含浸させ、その後１５０℃で１０分間にて乾燥することで溶媒を除去した。この分散液Ａ〜Ｐ浸漬させる工程と乾燥する工程をそれぞれ４回繰り返し、その後、銀ペーストを塗布することで実施例１〜１５及び比較例１〜３の銀コーティングした導電性高分子固体電解コンデンサを得た。
また、３，４−エチレンジオキシチオフェン（ＥＤＯＴ）２８ｇ、ＰＴＳＦｅ・ｎＨ２Ｏ（パラトルエンスルホン酸鉄水和物）６７ｇ、ブタノール１００ｇを１０℃以下に冷却しながら混合した。この溶液に誘電体を含む多孔質体を浸漬して含浸させ１００℃にて２０分間反応させると同時に溶媒を除去した。この浸漬して反応させる工程をそれぞれ４回繰り返し、その後、銀ペーストを塗布することで比較例４の銀コーティングした導電性高分子固体電解コンデンサを得た。
これらの導電性高分子固体電解コンデンサの端子に接続を行った後、ＬＣＲメーターによって静電容量を測定した。（２）
なお、容量出現率は、下記式によって算出した。その結果を表１に示す。
容量出現率（％）＝（２）／（１）×１００【００７６】
【表１】
2018221438.tif 000005
ＰＣ：プロピレンカーボネート
γ−ＢＬ：γ−ブチロラクトン
ＭＥＫ：メチルエチルケトン
Ｔｏ：トルエン
ＩＰＡ：イソプロピルアルコール
ＥＧ：エチレングリコール
ＤＭＳＯ：ジメチルスルホキシド
ＭｅＯＨ：メタノール
ＢｚＯＨ：ベンジルアルコール
ＢＦ４：四フッ化ホウ素
ＰＴＳ：パラトルエンスルホン酸
ＰＳＳ：ポリスチレンスルホン酸【００７７】
＜考察＞
実施例１〜１５に示されるように、本発明の導電性高分子固体電解コンデンサの製造方法により、容量出現率が９０％以上と優れる導電性高分子固体電解コンデンサを得ることができた。それに対して、異なる導電性高分子溶媒を用いた比較例１〜３、及び３，４−エチレンジオキシチオフェン（ＥＤＯＴ）単分子をコンデンサ内部で反応させた比較例４では、本願の実施例１〜１５と比較して、容量出現率に劣る結果となった。
【符号の説明】
【００７８】
１    導電性高分子固体電解コンデンサ
２    陽極
３    誘電体
４    陰極
【図１】
2018221438.tif 000009
【図２】
2018221438.tif 000010
【国際調査報告】
2018221438.tif 000011
2018221438.tif 000012
2018221438.tif 000013