CN101814378A

CN101814378A - 一种铝电解电容器阳极复合膜的制备方法

Info

Publication number: CN101814378A
Application number: CN 201010150425
Authority: CN
Inventors: 孙岚; 布俊福; 林昌健
Original assignee: Xiamen University
Current assignee: Xiamen University
Priority date: 2010-04-16
Filing date: 2010-04-16
Publication date: 2010-08-25

Abstract

一种铝电解电容器阳极复合膜的制备方法，涉及一种铝电解电容器。在丙酮中加入碘，再加入去离子水，碘溶解得电解沉积用的电解液；采用两电极电解池进行沉积，钛箔为对电极，腐蚀箔为工作电极，在腐蚀箔表面得TiO₂薄膜，再热处理，得复合铝箔；对复合铝箔进行常规化成处理，得铝电解电容器阳极复合膜。可制备不同厚度的膜层，可控制范围宽；电解沉积技术可以在形状复杂和表面多孔的金属材料表面制备均匀的功能膜；电解沉积技术所用的设备简单，且操作方便，沉积工艺易于控制。通过调整溶液浓度、电解电压与时间、热处理温度、化成条件，电解沉积形成Al₂O₃-TiO₂复合膜，使铝电解电容器阳极复合膜的比容有较大提高。

Description

一种铝电解电容器阳极复合膜的制备方法

技术领域

本发明涉及一种铝电解电容器，尤其是涉及一种低压铝电解电容器用高比容阳极铝电极箔。

背景技术

铝电解电容器以单位体积电容量大、体积小、重量轻、价廉而著称，在各种电子电路中被广泛用于低频滤波、音频耦合、隔直流、储能等，属于大量使用的、不可取代的电子元件之一。随着电子整机***及变频技术的发展，铝电解电容器在移动通讯、信息技术、消费电子及电动汽车领域有着重要和广阔的应用前景。为适应电子整机高密度表面组装的要求，小型化、大容量、低成本、长寿命是铝电解电容器的发展方向。阳极箔是制造铝电解电容器的关键原材料，其表面阳极氧化膜的性能极大地决定了铝电解电容器的体积与应用，只有通过提高比容，降低等效串联电阻，并进一步缩小铝电解电容器体积才能实现。

铝电解电容器的容量C可表示为：

C = \frac{ϵ_{0} ϵ_{r} S}{d}

式中：ε₀为真空介电常数；ε_r为相对介电常数；d为氧化膜的厚度，即当阳极电位为1V时氧化膜的厚度；S为阳极箔表面积。

从上式可以看出，当电压一定时，要提高阳极箔比容有以下两种途径：(1)扩大阳极箔表面积S；(2)提高电介质的相对介电常数ε_r。通过扩大阳极箔表面积S来提高比容的技术已在工业生产上广泛应用，主要是通过铝箔在混酸水溶液体系中的电化学腐蚀，提高铝电极箔的比表面积。目前，这种技术基本已达到极限，继续提高很有限。而通过提高电介质的相对介电常数来增大比容是一种行之有效的方法，近年来已成为该领域研究的热点。阀金属Ta，Ti，Nb，Zr，Hf等的氧化物的介电常数均比Al₂O₃高，若能将此类阀金属氧化物或铁电材料复合于阳极氧化膜中形成复合氧化膜，则可大幅度地提高铝阳极箔的比容，使铝电解电容器的体积明显减小(参见文献：1、梁霞妹等，高比容铝电解电容器关键技术进展，科技导报，2008，26(7)：78-83)。

制备铝电解电容器阳极复合膜的方法主要有物理方法、合金方法和化学方法。物理方法的生产设备复杂，生产成本也相对较高，其工业应用前景不大。合金方法尚处于研究阶段。目前常用的化学方法主要包括溶胶-凝胶法(参见文献：2.Watanabe K，et al.Formation of Al-Zrcomposite oxide films on aluminum by sol-gel coating and anodizing.J Electroanal Chem，1999，473：250-255；3.Xu Y L.Al₂O₃-(Ba_0.5Sr_0.5)TiO₃ composit oxides films on etched aluminum foil bysol-gel coating and anodizing.Ceram Int，2004，30：1741-1743；4.Du X F，et al.Formation ofAl₂O₃-BiTiO₁₂ nanocomposite oxide films on low-voltage etched aluminum foil by sol-gelprocessing.Surf Coat Technol，2008，202：1923-1927)、水解沉积法(参见文献：5.陈金菊等，水解沉积-阳极氧化法形成Al-Ti复合氧化膜，功能材料，2005，36(3)：102-104)，而通过电解沉积的方法制备低压铝电解电容器阳极复合膜却鲜有报道。电解沉积的方法目前多用于基体表面镀膜，防止腐蚀和美观，极少用于铝电解电容器。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铝电解电容器阳极复合膜的制备方法。

本发明包括以下步骤：

1)在丙酮中加入碘(I₂)，再加入去离子水，搅拌，使碘全部溶解得电解沉积用的电解液；

2)采用两电极电解池进行沉积，钛箔为对电极(阳极)，腐蚀箔为工作电极(阴极)，在腐蚀箔表面得到TiO₂薄膜；

3)将电解沉积后的腐蚀箔热处理，得复合铝箔；

4)对复合铝箔进行常规化成处理，得铝电解电容器阳极复合膜。

在步骤1)中，所述丙酮、碘和去离子水的用量可为丙酮∶碘∶去离子水＝100ml∶(0.05～0.10)g∶(0.5～1)ml；所述搅拌最好在500rpm的转速下搅拌。

在步骤2)中，所述钛箔可采用2cm×6cm的钛箔，所述腐蚀箔可采用1cm×5cm的腐蚀箔，所述对电极与工作电极之间的距离可为0.5～1cm，所述沉积的电压可为50V，沉积的时间可为30s。

在步骤3)中，所述热处理的温度可为550℃，热处理的时间可为30min。

与其它Al₂O₃-TiO₂铝电解电容器阳极复合膜的制备方法相比，本发明采用的电解沉积方法具有以下优点：

1)可制备不同厚度的膜层，可控制范围宽；

2)电解沉积技术可以在形状复杂和表面多孔的金属材料表面制备均匀的功能膜；

3)电解沉积技术所用的设备简单，且操作方便，沉积工艺易于控制。

4)通过调整溶液浓度、电解电压、电解时间、热处理温度、化成条件的实验参数，最终电解沉积形成Al₂O₃-TiO₂复合膜，使得铝电解电容器阳极复合膜的比容有较大提高。

附图说明

图1是腐蚀箔未化成前的SEM照片。

图2是腐蚀箔在化成后的SEM照片。

图3是电解沉积TiO₂后，腐蚀箔化成前的SEM照片。

图4是电解沉积TiO₂后，腐蚀箔化成后的SEM照片。

图5是未电解沉积TiO₂，腐蚀箔化成后的EDS能谱。

图6是电解沉积TiO₂后，腐蚀箔化成后的EDS能谱。

在图1～4中，标尺均为10.0

在图5和6中，横坐标均为X射线能量μm。(KeV)。

具体实施方式

实施例1：在干燥的清洁的250ml锥形瓶中加入200ml丙酮，接着加入0.10g I₂，再加入1ml去离子水，在500rpm的转速下搅拌，使碘全部溶解得到电解沉积用的电解液。采用钛箔(2cm×6cm)为对电极(阳极)，腐蚀箔(1cm×5cm)为工作电极(阴极)，电压为50V，两电极之间距离约0.5cm，沉积时间为30s。待电解箔片在常温下自然干燥后，在550℃热处理30min。然后按传统工艺进行化成。

实施例2：在干燥的清洁的250ml锥形瓶中加入200ml丙酮，接着加入0.10g I₂，再加入2ml去离子水，在500rpm的转速下搅拌，使碘全部溶解得到电解沉积用的电解液。采用钛箔(2cm×6cm)为对电极(阳极)，腐蚀箔(1cm×5cm)作为工作电极(阴极)，电压为50V，两电极之间距离约0.5cm，沉积时间为30s。待电解箔片在常温下自然干燥后，在550℃热处理30min。然后按传统工艺进行化成。

实施例3：在干燥的清洁的250ml锥形瓶中加入200ml丙酮，接着加入0.15g I₂，再加入1ml去离子水，在500rpm的转速下搅拌，使碘全部溶解得到电解沉积用的电解液。采用钛箔(2cm×6cm)为对电极(阳极)，腐蚀箔(1cm×5cm)作为工作电极(阴极)，电压为50V，两电极之间距离约0.5cm，沉积时间为30s。待电解箔片在常温下自然干燥后，在550℃热处理30min。然后按传统工艺进行化成。

实施例4：在干燥的清洁的250ml锥形瓶中加入200ml丙酮，接着加入0.15g I₂，再加入2ml去离子水，在500rpm的转速下搅拌，使碘全部溶解得到电解沉积用的电解液。采用钛箔(2cm×6cm)为对电极(阳极)，腐蚀箔(1cm×5cm)作为工作电极(阴极)，电压为50V，两电极之间距离约0.5cm，沉积时间为30s。待电解箔片在常温下自然干燥后，在550℃热处理30min。然后按传统工艺进行化成。

实施例5：在干燥的清洁的250ml锥形瓶中加入200ml丙酮，接着加入0.20 gI₂，再加入1ml去离子水，在500rpm的转速下搅拌，使碘全部溶解得到电解沉积用的电解液。采用钛箔(2cm×6cm)为对电极(阳极)，腐蚀箔(1×5cm²)作为工作电极(阴极)，电压为50V，两电极之间距离约0.5cm，沉积时间为30s。待电解箔片在常温下自然干燥后，在550℃热处理30min。然后按传统工艺进行化成。

实施例6：在干燥的清洁的250ml锥形瓶中加入200ml丙酮，接着加入0.20 gI₂，再加入2ml去离子水，在500rpm的转速下搅拌，使碘全部溶解得到电解沉积用的电解液。采用钛箔(2cm×6cm)为对电极(阳极)，腐蚀箔(1cm×5cm)作为工作电极(阴极)，电压为50V，两电极之间距离约0.5cm，沉积时间为30s。待电解箔片在常温下自然干燥后，在550℃热处理30min。然后按传统工艺进行化成。

以上实施例采用100μm低压腐蚀箔，化成电压V_fe＝20V。

表1.实施例参数及比容

实施例	丙酮(ml)	I₂(g)	水(ml)	电压(V)	沉积时间(s)	热处理温度(℃)	热处理时间(min)	比容(μF/cm²)
实施例	丙酮(ml)	I₂(g)	水(ml)	电压(V)	沉积时间(s)	热处理温度(℃)	热处理时间(min)	比容(μF/cm²)	1	200	0.1	1	50	30	550	30	70.8

实施例	丙酮(ml)	I₂(g)	水(ml)	电压(V)	沉积时间(s)	热处理温度(℃)	热处理时间(min)	比容(μF/cm²)
实施例	丙酮(ml)	I₂(g)	水(ml)	电压(V)	沉积时间(s)	热处理温度(℃)	热处理时间(min)	比容(μF/cm²)	2	200	0.1	2	50	30	550	30	71.1
3	200	0.15	1	50	30	550	30	72.7	2	200	0.1	2	50	30	550	30	71.1
3	200	0.15	1	50	30	550	30	72.7	4	200	0.15	2	50	30	550	30	73.1
5	200	2	1	50	30	550	30	74.8	4	200	0.15	2	50	30	550	30	73.1
5	200	2	1	50	30	550	30	74.8	6	200	2	2	50	30	550	30	75.7

Claims

1.一种铝电解电容器阳极复合膜的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

1)在丙酮中加入碘，再加入去离子水，搅拌，使碘全部溶解得电解沉积用的电解液；

2)采用两电极电解池进行沉积，钛箔为对电极，腐蚀箔为工作电极，在腐蚀箔表面得到TiO₂薄膜；

3)将电解沉积后的腐蚀箔热处理，得复合铝箔；

2.如权利要求1所述的一种铝电解电容器阳极复合膜的制备方法，其特征在于在步骤1)中，所述丙酮、碘和去离子水的用量为丙酮∶碘∶去离子水＝100ml∶(0.05～0.10)g∶(0.5～1)ml。

3.如权利要求1所述的一种铝电解电容器阳极复合膜的制备方法，其特征在于在步骤1)中，所述搅拌在500rpm的转速下搅拌。

4.如权利要求1所述的一种铝电解电容器阳极复合膜的制备方法，其特征在于在步骤2)中，所述钛箔为2cm×6cm的钛箔；所述腐蚀箔为1cm×5cm的腐蚀箔。

5.如权利要求1所述的一种铝电解电容器阳极复合膜的制备方法，其特征在于在步骤2)中，所述对电极与工作电极之间的距离为0.5～1cm。

6.如权利要求1所述的一种铝电解电容器阳极复合膜的制备方法，其特征在于在步骤2)中，所述沉积的电压为50V，沉积的时间为30s。

7.如权利要求1所述的一种铝电解电容器阳极复合膜的制备方法，其特征在于在步骤3)中，所述热处理的温度为550℃，热处理的时间为30min。