CN103325570B

CN103325570B - 耐高温电容器的制备方法

Info

Publication number: CN103325570B
Application number: CN201310276707.0A
Authority: CN
Inventors: 鄢波; 张选红; 王刚; 潘平华; 彭丹
Original assignee: China Zhenhua Group Xinyun Electronic Components Co Ltd
Current assignee: China Zhenhua Group Xinyun Electronic Components Co Ltd
Priority date: 2013-07-03
Filing date: 2013-07-03
Publication date: 2016-05-11
Anticipated expiration: 2033-07-03
Also published as: CN103325570A

Abstract

本发明公开了一种耐高温电容器的制备方法，属于电容器制造方法；旨在提供一种可耐受230℃以下温度的电容器制造方法。其方法是按常规方法将阳极钽块浸入磷酸中进行电化学处理，然后将制备有介质氧化膜的阳极钽块进行真空热处理后用硫酸浸泡，将经过硫酸浸泡的阳极钽块浸入电解液中进行第二次电化学处理，将经过第二次电化学处理的阳极钽块洗净烘干备用；将去离子水、硫酸、改性添加剂、消氢剂按比例混合配制成电解质，将该电解质与备用的阳极钽块按常规方法封装于外壳中，制得电容器。采用本发明方法制造的电解电容器可在200～230℃的高温环境中连续正常工作500小时，是电源滤波电路中不可缺少的电子元件。

Description

耐高温电容器的制备方法

技术领域

本发明涉及一种电解电容器的制造方法，尤其涉及一种耐高温电容器的制备方法。

背景技术

电解电容器是应用最为广泛的电子元件之一。目前，钽电解电容器的制造方法是：将经过高温真空烧结的阳极钽块浸入酸性水溶液中进行电化学处理，使该阳极钽块的表面形成一层五氧化二钽介质氧化膜，然后将该阳极钽块装入盛有液态或凝胶工作电解质的金属外壳中进行焊接封装，最后焊接上阳极引出线。这种传统方法制造的钽电解电容器其工作温度通常低于125℃，而在石油钻井、地质勘探、空间飞行器等行业中，设备工作环境温度往往远远高于125℃，因此电容器常常因环境温度过高而失效，从而导致输出波形失真、电路无法正常工作，甚至造成设备损坏。为此，申请人在专利号为“ZL200810068913.1”的发明专利中提出了一种“高温电解电容器阳极氧化膜的制备方法”，用该方法制备的电容器的工作温度虽然有了大幅度的提高（可在200℃的环境下正常工作）；但当工作温度高于200℃（200～230℃）时，电容器的漏电流急剧上升，不能保证电路正常工作。

发明内容

针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明旨在提供一种耐高温电容器的制备方法，利用该方法制备的电容器可在200～230℃环境中连续正常工作。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案包括在阳极钽块表面制备介质氧化膜、电解质配制、电容器组装；具体步骤如下：

1）将阳极钽块浸入70～90℃、体积百分浓度为0.1～1%的磷酸中进行电化学处理，按0.06～0.65mA/CV的升压电流密度将电压升至电容器额定电压的1.5～1.9倍；

2）将经过电化学处理的阳极钽块洗净、烘干，放入真空度为2x10^-3Torr以上、温度为320～380℃的真空炉中热处理20～60分钟；

3）将经过热处理的阳极钽块置于质量百分比浓度为38%的硫酸中浸泡30分钟；

4）将经过硫酸浸泡的阳极钽块浸入温度为160～180℃、由磷酸和乙二醇混合而成的电解液中进行电化学处理1～2小时，施加电压为电容器额定电压的1.1～1.4倍；所述电解液中磷酸的体积百分比浓度为1～15%、乙二醇溶液的体积百分比浓度为50～70%，其余为水；

5）将经过第二次电化学处理的阳极钽块洗净，烘干备用；

6）将去离子水与质量百分比浓度为98%的硫酸按4:1～2:1的体积比混合，配制成硫酸水溶液；

7）向所述硫酸水溶液中加入1/10～1/7倍重量去离子水的改性添加剂，配制成混合溶液；所述改性添加剂为乙二醇、乙二醇甲醚、甘露醇、丁二酸中的一种，或者由乙二醇、乙二醇甲醚、甘露醇、丁二酸中的两种按1:1～1:1.5的体积比配制而成；

8）向上述混合溶液中加入1/15～1/9倍重量去离子水的消氢剂，制得电解质；所述消氢剂为对硝基苯甲酸铵、对硝基苯酚、对硝基苯甲醇中的一种，或者由对硝基苯甲酸铵、对硝基苯酚、对硝基苯甲醇中的两种按1:1～1:1.5的体积比配制而成；

9）将所述电解质与备用的阳极钽块封装于外壳中，制得电容器。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以采用以下优选方案：步骤1）中磷酸温度为80℃、磷酸浓度为0.5%、升压电流密度为0.35mA/CV、电压为电容器额定电压的1.7倍；步骤2）中热处理温度为360℃、热处理时间为45分钟，步骤4）中电解液的温度为175℃、电解液中磷酸的浓度为8.5%、乙二醇的浓度为62%、电化学时间为1.5小时、电压为电容器额定电压的1.2倍。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以采用以下优选方案：步骤6）中去离子水与硫酸的比例为3:1，步骤7）中改性添加剂的加入量是去离子水的1/8倍，步骤8）中消氢剂的加入量是去离子水的1/11倍。

上述技术方案中，采用硫酸浸泡可去除氧化膜中附着的杂质离子；改性添加剂的作用是提高电解液的沸点，防止水合作用，消氢剂可减少电容器老炼和使用过程中产生的氢气。

与现有技术比较，本发明不仅采用了两次介质氧化膜形成工艺，而且还增加了真空热处理工艺、硫酸浸泡工艺；同时对电解质进行了改性处理，因此采用本发明制造的电容器产品其介质氧化膜耐受高温的能力可得以大幅度增强，从而有效地提高了电解电容器在高温环境中的可靠性和稳定性。具体分析如下：

1、由于选用了磷酸与乙二醇配制的电解液，因此既可保证电解液具有较高的闪火电压、又能有效防止介质氧化膜晶化，从而可改善电容器产品的电性能；

2、由于采用了两次电化学处理工艺，因此第二次电化学处理可在原介质氧化膜的表面形成一层致密的介质氧化膜，不仅提高了阳极钽块表面介质膜的厚度、强度和整流性能，而且还可修复原介质氧化膜的表面缺陷，介质氧化膜更加均匀光滑，提高了电容器产品的耐高温性能；

3、由于热处理工艺破坏了靠近阳极基体表面有缺陷的介质氧化膜，因此能够使阳极基体氧化并生成氧化物，从而使介质氧化膜更加致密均匀，提高了电容器产品的电性能参数；

4、采用硫酸浸泡工艺可去除氧化膜中附着的杂质离子；

5、使用改性添加剂可提高电解液的沸点，防止水合作用，因此能提高电容器耐高温性能；消氢剂的使用可消除或减少电容器老炼以及使用过程中产生的氢气，因此能降低产品内部气压、提高可靠性。

以下是采用本发明方法制造的规格为50V160μF、75V180μF的钽电解电容器在230℃条件下经过500小时工作试验后，在常温下测得的电性能试验参数：

表1：50V160μF在230℃下、经240h工作试验后的电参数

样件序号	1	2	3	4	5
						电容量（μF）	170	171.5	170.6	169.6	170.7
损耗（%）	5.5	6.4	5.5	6.9	6.4
						漏电流（μA）	5.2	7.6	6.5	8.0	11.0

表2：50V160μF在230℃下、经500h工作试验后的电参数

样件序号	1	2	3	4	5
						电容量（μF）	174.6	177.5	174.7	163.3	171.7
损耗（%）	6.6	10.8	8.1	4.8	7.7
						漏电流（μA）	2.1	4.3	3.6	5.7	9.0

表3：75V180μF在230℃下、经240h工作试验后的电参数

样件序号	1	2	3	4	5
						电容量（μF）	185.5	182.6	184.8	186.4	185.1
损耗（%）	23.6	28.6	18.1	10.8	12.1
						漏电流（μA）	2.0	2.2	2.3	2.1	2.4

表4：75V180μF在230℃下、经500h工作试验后的电参数

样件序号	1	2	3	4	5
						电容量（μF）	180.7	169.9	172.6	159.3	177.7
损耗（%）	45.5	75.3	78.1	76.6	49.2
						漏电流（μA）	1.5	1.6	1.4	1.4	1.2

从上述试验数据可以看出，采用本发明方法制造的电解电容器在230℃的高温环境中仍能够正常工作，而且电容量的损耗、漏电流等电性能参数均控制在允许的范围内。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明作进一步说明：

实施例1

1）将阳极钽块浸入70℃、体积百分浓度为1%的磷酸中进行电化学处理，按0.06mA/CV的升压电流密度将电压升至电容器额定电压的1.9倍；

2）将经过电化学处理的阳极钽块放入60～80℃的水中煮洗100～120分钟，取出烘干后放入真空度为2x10^-3Torr以上、温度为320℃的真空炉中热处理60分钟；

4）将经过硫酸浸泡的阳极钽块浸入温度为160℃、由磷酸和乙二醇混合而成的电解液中进行电化学处理2小时，施加电压为电容器额定电压的1.1倍；所述电解液中磷酸的体积百分比浓度为15%、乙二醇溶液的体积百分比浓度为50%，其余为水；

5）将经过第二次电化学处理的阳极钽块放入60～80℃水中煮洗100～120分钟，取出烘干备用；

6）将去离子水与质量百分比浓度为98%的硫酸按4:1的体积比混合，配制成硫酸溶液；

7）向所述硫酸溶液中加入1/7倍重量去离子水的改性添加剂，配制成混合溶液；所述改性添加剂为乙二醇、乙二醇甲醚、甘露醇、丁二酸中的一种；

8）向上述混合溶液中加入1/15倍重量去离子水的消氢剂，制得电解质；所述消氢剂为对硝基苯甲酸铵、对硝基苯酚、对硝基苯甲醇中的一种；

9）将所述电解质与备用的阳极钽块按常规方法封装于外壳中，制得电容器。

实施例2

各步骤同实施例1；其中，步骤1）中磷酸的温度为90℃、磷酸浓度为0.1%、升压电流密度0.65mA/CV、电压为电容器额定电压的1.5倍；步骤2）中热处理温度为380℃、热处理时间20分钟；步骤4）中电解液的温度为180℃、电化学处理时间为1小时，电压为电容器额定电压的1.4倍，电解液中磷酸浓度为1%、电解液中乙二醇溶液浓度为70%，其余为水；步骤6）中去离子水与硫酸的体积比为2:1；步骤7）中改性添加剂的加入量是所述去离子水重量的1/10倍；步骤8）中消氢剂的加入量是去离子水重量的1/9倍。

实施例3

各步骤同实施例1；其中，步骤1）中磷酸的温度为80℃、磷酸浓度为0.5%、升压电流密度0.35mA/CV、电压为电容器额定电压的1.7倍；步骤2）中热处理温度为360℃、热处理时间45分钟；步骤4）中电解液的温度为175℃、电化学处理时间为1.5小时、电压为电容器额定电压的1.2倍，电解液中磷酸浓度为8.5%、电解液中乙二醇溶液浓度为62%，其余为水；步骤6）中去离子水与硫酸的体积比为3:1；步骤7）中改性添加剂的加入量是去离子水重量的1/8倍；步骤8）中消氢剂的加入量是去离子水重量的1/11倍。

实施例4

各步骤同实施例1；其中，步骤1）中磷酸的温度为75℃、磷酸浓度为0.8%、升压电流密度0.15mA/CV、电压为电容器额定电压的1.8倍；步骤2）中热处理温度为340℃、热处理时间50分钟；步骤4）中电解液的温度为170℃、电化学处理时间为1.8小时、电压为电容器额定电压的1.2倍，电解液中磷酸浓度为13%、电解液中乙二醇浓度为58%，其余为水；步骤7）中改性添加剂的加入量是去离子水重量的1/9倍、改性添加剂由乙二醇、乙二醇甲醚、甘露醇、丁二酸中的两种按1:1的体积比配制而成；步骤8）中消氢剂的加入量是去离子水重量的1/10倍、消氢剂由对硝基苯甲酸铵、对硝基苯酚、对硝基苯甲醇中的两种按1:1.5的体积比配制而成。

实施例5

各步骤同实施例1；其中，步骤1）中的磷酸温度为85℃、磷酸浓度为0.3%、升压电流密度为0.5mA/CV、电压为电容器额定电压的1.6倍；步骤2）中热处理温度为370℃、热处理时间30分钟；步骤4）中电解液的温度为175℃、电化学处理时间为1.2小时、电压为电容器额定电压的1.3倍，电解液中磷酸浓度为4%、电解液中乙二醇浓度为66%，其余为水；步骤7）中改性添加剂的加入量是去离子水重量的1/8倍、改性添加剂由乙二醇、乙二醇甲醚、甘露醇、丁二酸中的两种按1:1.5的体积比配制而成；步骤8）中消氢剂的加入量是去离子水重量的1/14倍、消氢剂由对硝基苯甲酸铵、对硝基苯酚、对硝基苯甲醇中的两种按1:1的体积比配制而成。

实施例6

各步骤同实施例4；其中，步骤7）中的改性添加剂为乙二醇、乙二醇甲醚、甘露醇、丁二酸中的一种；步骤8）中消氢剂的加入量是去离子水重量的1/13倍，消氢剂由对硝基苯甲酸铵、对硝基苯酚、对硝基苯甲醇中的两种按1:1.2体积比配制而成。

实施例7

各步骤同实施例4；其中，步骤7）中的改性添加剂由乙二醇、乙二醇甲醚、甘露醇、丁二酸中的两种按1:1.3体积比配制而成，步骤8）中消氢剂为对硝基苯甲酸铵、对硝基苯酚、对硝基苯甲醇中的一种。

Claims

1.一种耐高温电容器的制备方法，包括在阳极钽块表面制备介质氧化膜、电解质配制、电容器组装；其特征在于具体步骤如下：

5）将经过第二次电化学处理的阳极钽块洗净，烘干备用；

2.根据权利要求1所述的耐高温电容器的制备方法，其特征在于：步骤1）中磷酸温度为80℃、磷酸浓度为0.5%、升压电流密度为0.35mA/CV、电压为电容器额定电压的1.7倍；步骤2）中热处理温度为360℃、热处理时间为45分钟，步骤4）中电解液的温度为175℃、电解液中磷酸的浓度为8.5%、乙二醇的浓度为62%、电化学时间为1.5小时、电压为电容器额定电压的1.2倍。

3.根据权利要求1所述的耐高温电容器的制备方法，其特征在于：步骤6）中去离子水与硫酸的比例为3:1，步骤7）中改性添加剂的加入量是去离子水的1/8倍，步骤8）中消氢剂的加入量是去离子水的1/11倍。