CN115968499A - 电解电容器用电极箔、电解电容器、电解电容器用电极箔的制造方法及电解电容器的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的电解电容器用电极箔具备具有多孔部及与多孔部连续的芯部的阳极体、和覆盖构成多孔部的金属骨架的表面的电介质层。在构成多孔部的金属骨架与电介质层之间,具有包含第1元素的界面层。第1元素为选自硫、氮及磷中的至少1种。
Description
技术领域
本发明涉及电解电容器用电极箔、电解电容器、电解电容器用电极箔的制造方法及电解电容器的制造方法。
背景技术
电解电容器的电极箔具备在表面具有多孔部的阳极体。阳极体例如使用包含阀作用金属的金属箔,通过对金属箔进行蚀刻处理而形成多孔部,电解电容器的容量得到提高。另外,电极箔具备覆盖多孔部的电介质层。例如,专利文献1中提出利用气相法来形成电介质层。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:国际公开第2017/26247号小册子
发明内容
发明所要解决的课题
电介质层的表面由导电性高分子化合物覆盖的电解电容器中,若在电介质层中产生缺陷,则漏电流容易增大。
用于解决课题的手段
本发明的一个方面涉及一种电解电容器用电极箔,其具备阳极体和电介质层,上述阳极体具有多孔部以及与上述多孔部连续的芯部,上述电介质层覆盖构成上述多孔部的金属骨架的表面,在上述金属骨架与上述电介质层之间具有包含第1元素的界面层,上述第1元素为选自硫、氮及磷中的至少1种。
本发明的另一个方面涉及一种电解电容器,其具备电容器元件,上述电容器元件具备上述的电解电容器用电极箔、和覆盖上述电介质层的至少一部分的导电性高分子化合物。
本发明的另一个方面涉及一种电解电容器用电极箔的制造方法,其具备:准备具有多孔部及与上述多孔部连续的芯部的阳极体的第1工序、形成覆盖构成上述多孔部的金属骨架的表面并且包含第1元素的界面层的第2工序、以及形成与上述界面层连续的电介质层的第3工序,上述第1元素为选自硫、氮及磷中的至少1种。
本发明的另一个方面涉及一种电解电容器的制造方法,其包括:具备上述的电解电容器用电极箔的制造方法的工序以及将上述电介质层的至少一部用导电性高分子化合物覆盖的第4工序。
发明效果
根据本发明,能够抑制电解电容器的漏电流的增大。
在附加的权利要求中记述本发明的新的特征,然而本发明在构成及内容的两个方面,与本发明的其他目的及特征一起由对照了附图的以下的详细说明可以更加充分地理解。
附图说明
图1是表示本发明的一个实施方式的电极箔的要部的示意剖视图。
图2是图1中的以虚线X包围的部分的放大图。
图3是表示本发明的另一实施方式的电极箔的要部的示意剖视图。
图4是图2中的以虚线Y包围的部分的放大图。
图5是表示具有隧道状凹坑的阳极体的一例的示意剖视图。
图6是表示具有隧道状凹坑的阳极体的另一例的示意剖视图。
图7是表示具有隧道状凹坑的阳极体的另一例的示意剖视图。
图8是表示具备具有主凹坑及小凹坑的多孔部的阳极体的一例的示意剖视图。
图9是表示具备具有主凹坑及分支凹坑的多孔部的阳极体的一例的示意剖视图。
图10是电解电容器的示意剖视图。
图11是示意性地表示电解电容器所具备的卷绕体的构成的立体图。
具体实施方式
本发明的一个实施方式的电解电容器用电极箔具备:具有多孔部以及与多孔部连续的芯部的阳极体、和覆盖构成多孔部的金属骨架的表面的电介质层。以下,也将具有多孔部的阳极体称作具有多孔部的金属箔。
在构成多孔部的金属骨架与电介质层之间具有包含第1元素的界面层。第1元素为选自硫、氮及磷中的至少1种。
通过设置上述的界面层,能够充分地减小漏电流,能够提高电解电容器的可靠性。可以推测是因为,在修复电介质层的缺陷时,利用包含第1元素的界面层,形成包含较多无定形成分、并且不易产生漏电流的、优质的皮膜。
在中高压型的电解电容器中,漏电流特别容易因电介质层的缺陷而增大,因此可以显著地获得通过设置上述的界面层而带来的漏电流的减小效果。中高压型的电解电容器中使用的电极箔的耐电压例如为30V以上,优选为120V以上,更优选为160V以上,进一步优选为200V以上。
从易于形成无定形这一点考虑,作为上述的第1元素的硫及磷是有利的。从抑制结晶化这一点考虑,作为上述的第1元素的氮是有利的。
界面层的厚度可以薄,也可以不具有清晰的层结构。可以是能够在电介质层与金属骨架之间确认到第1元素偏在的区域的程度。换言之,只要是利用后述的EDX、GD-OES、FE-AES等分析在电介质层与金属骨架之间的微小区域中检测出第1元素,则可以视为形成有界面层。界面层的厚度例如为10nm以下,可以为0.1nm以上且5nm以下。界面层的厚度是利用扫描型电子显微镜(SEM)得到的、电极箔的多孔部的厚度方向的剖面图像中的界面层的任意10点的厚度的平均值。
从易于充分地减小漏电流的观点出发,界面层中的第1元素相对于全部元素的含有率优选为0.01质量%以上,更优选为0.1质量%以上,进一步优选为0.5质量%以上。从易于以适度的厚度确保电介质层及界面层的观点出发,上述的第1元素的含有率可以为0.01质量%以上且10质量%以下,也可以为0.50质量%以上且5质量%以下。
在对界面层及电介质层中的各元素的分布或浓度的分析中,例如可以使用能量色散型X射线分光分析(EDX)、辉光放电发光分析(GD-OES)、电场放射型俄歇电子分光分析(FE-AES)等。例如,在从界面层的第1层侧的表面对界面层沿着其深度方向进行GD-OES分析时,若观测到属于第1元素的峰,则可以判断界面层包含与该峰对应的第1元素。
阳极体包含第1金属,电介质层具有包含第2金属的氧化物的第1层。第2金属可以与第1金属相同,也可以与第1金属不同。在构成多孔部的金属骨架与第1层之间,存在与第1层连续的界面层。可以在第1层与金属骨架的边界存在界面层,也可以在第1层与覆盖金属骨架的其他层(例如后述的第2层的一部分)的边界存在界面层。
界面层至少包含第1元素,可以以氧化物的形式还包含第1金属和/或第2金属。界面层例如可以由具有绝缘性的包含第1元素的化合物(氧化物等)形成,也可以通过使在金属骨架的表面与金属骨架键合的官能团包含第1元素来形成。
在第2金属与第1金属不同的情况下,可以不受第1金属的限制地选择相对介电常数高的第2金属,易于提高电解电容器的容量。另外,由于第2金属的选择范围拓宽,因此易于不受第1金属的限制地对电介质层赋予各种各样的性能。第1金属可以包含Al。第2金属可以包含选自Ta、Nb、Ti、Si、Zr及Hf中的至少1种。
在第1层包含2种以上的第2金属的氧化物的情况下,2种以上的氧化物可以混合存在,也可以各自以层状配置。第1层可以包含含有2种以上的金属的复合氧化物。从增加电解电容器的容量的观点出发,优选第2金属的氧化物具有高于第1金属的氧化物的相对介电常数。另外,从提高电解电容器的耐电压的观点出发,第2金属优选为Ta、Ti、Si等。
此处,图1是表示电极箔的一例的示意剖视图。图1表示具有电介质层的多孔部的一部分。图2是图1的以虚线X包围的部分的放大图。
如图1所示,阳极箔10具备作为芯材部111与多孔部112的一体化物的阳极体110、和覆盖构成多孔部112的金属骨架的表面的电介质层120(第1层121)。多孔部112具有由金属骨架包围的多个隧道状凹坑P。电介质层120设置成覆盖金属骨架的表面的至少一部分。第1层121包含第2金属的氧化物,具有厚度T1。在第1层121与金属骨架的边界设有界面层130。图1中的D表示多孔部的厚度。在中高压型的电解电容器的情况下,第1层121的厚度T1例如为40nm以上且200nm以下。
(第2层)
电极箔可以在金属骨架与第1层之间具有包含第1金属的第2层。此时,电介质层具有第1层和第2层。第2层因阳极体的化成处理而形成,与之相伴地第1层的缺陷能够得到修复。第2层包含第1金属的氧化物,也可以包含第2金属的氧化物,也可以包含第1金属与第2金属的复合氧化物。
对在表面具有第1层及界面层的阳极体进行化成处理而形成的第2层至少在第1层侧具有包含第1元素的区域(界面层)。在第2层的厚度小的情况下,可以整个第2层为包含第1元素的区域(界面层)。伴随着化成处理(第2层的形成),在包含第1元素的区域中,容易形成结晶性低、不易产生缺陷的优质的皮膜。由此,漏电流得到进一步减小。在利用化成处理形成第2层的情况下,第1金属优选使用适于化成的阀作用金属。
第2层的厚度T2没有特别限定,然而可以小于第1层的厚度T1。通过相对地增大第1层的厚度,例如在选择介电常数高的第2金属的情况下,能够显著地提高电解电容器的容量。第2层的厚度T2例如为0.5nm以上且200nm以下,也可以为5nm以上且100nm以下。
第1层的厚度T1与第2层的厚度T2的比没有特别限定,只要根据用途及所期望的效果等恰当地设定即可。例如,厚度的比:T1/T2可以为1以上,也可以为2以上,也可以为5以上。
此处,图3是表示电极箔的另一例的示意剖视图。图3表示在表面具有电介质层的多孔部的一部分。图4是图3的以虚线Y包围的部分的放大图。图3中,对于与图1对应的构成要素使用与图1同样的符号,对于与图1重复的构成省略说明。图4中,对于与图2对应的构成要素使用与图2同样的符号,对于与图2重复的构成省略说明。
如图3所示,电介质层120从多孔部的金属骨架侧起依次具有第2层122和第1层121。第1层121具有厚度T1,第2层具有厚度T2。如图4所示,第2层122在第1层121侧具有包含第1元素的区域(界面层130)。在第2层的厚度非常小的情况下,可以整个第2层为包含第1元素的区域(界面层)。
(阳极体)
阳极体例如为芯部与多孔部的一体化物。阳极体例如可以通过对包含第1金属的金属箔的一部分实施蚀刻等而获得。多孔部是通过蚀刻而多孔化了的金属箔的外侧部分,作为金属箔的内侧部分的余部为芯部。
所谓金属骨架,是指多孔部中的具有微细结构的金属部分。多孔部具有由金属骨架包围的凹坑或细孔。电介质层设置成覆盖包围凹坑或细孔的金属骨架的表面的至少一部分。
多孔部的厚度没有特别限定,只要根据电解电容器的用途、所要求的耐电压等恰当地选择即可。多孔部的厚度D例如为10μm以上且160μm以下,也可以为50μm以上且160μm以下。另外,多孔部的厚度D例如可以在每一面设为阳极体的厚度的1/10以上且5/10以下。多孔部的厚度D可以通过获得阳极体(电极箔)的多孔部的厚度方向的剖面的SEM图像、并算出任意10点的厚度的平均值而求出。以下,对于电介质层的厚度、即第1层的厚度T1及第2层的厚度T2也同样地求出。
多孔部具有多个凹坑(细孔)。凹坑的形状可以为隧道状。作为隧道状凹坑的形状,可以举出柱状(例如圆柱状、四方柱状等方柱状)、锥状(例如圆锥状、四方锥状等方锥状)、锥台状(例如圆锥台状、四方锥台状等方锥台状)等。多孔部中含有的多个隧道状凹坑的形状彼此可以相同,也可以不同。隧道状凹坑的长度方向在凹坑为圆柱状的情况下与圆柱的轴平行,在圆锥台状的情况下与穿过圆锥台的顶面及底面的圆的中心的直线平行。在隧道状凹坑的情况下,易于在凹坑的壁面形成界面层。另外,易于从多孔部的表面侧到芯部侧(凹坑深部)形成例如20nm以上且300nm以下厚度大的电介质层(第1层)。易于利用ALD法形成覆盖凹坑的壁面的膜。易于直至凹坑深部为止地将凹坑的壁面用导电性高分子化合物或导电性高分子化合物及液态成分覆盖。易于获得低电阻、高散热性、高强度的电极箔。另外,凹坑的形状可以为海绵状。
从增大表面积并且直至多孔部(凹坑)的深部为止地形成电介质层的观点出发,凹坑(细孔)的平均直径(细孔直径)例如设为50nm以上且2100nm以下即可。在凹坑的平均直径为200nm以上的情况下,在后述的第2工序(使包含第1元素的第1处理液浸渗阳极体的工序)中,易于在凹坑的壁面附着包含第1元素的第1处理液。另外,在后述的第4工序(使包含导电性高分子化合物的第2处理液浸渗电极箔的工序)中,易于将凹坑的壁面用导电性高分子化合物或导电性高分子化合物及液态成分覆盖。
隧道状凹坑的平均直径可以为170nm以上且2100nm以下,也可以为200nm以上且2100nm以下,也可以为500nm以上且1500nm以下。在隧道状凹坑的平均直径为上述范围的情况下,易于直至多孔部(凹坑)的深部为止地形成厚度比较大的电介质层,易于获得适于中高压型的电解电容器的电极箔。另外,海绵状凹坑的平均直径可以为50nm以上且500nm以下,也可以为80nm以上且300nm以下。
需要说明的是,凹坑的平均直径是利用压汞仪测定的体积基准的细孔直径分布的最高频度孔径。在隧道状凹坑的情况下,凹坑的平均直径可以通过如下操作求出,即,使用电极箔(阳极体)的多孔部的厚度方向的剖面的SEM图像测定任意10点的孔径,算出它们的平均值而求出。
隧道状凹坑至少包含从多孔部的表面侧延伸至芯部侧的主凹坑。利用主凹坑,易于直至多孔部的芯部侧为止地形成电介质层,易于使导电性高分子化合物、液态成分浸渗。主凹坑可以沿多孔部的厚度方向(与多孔部的表面垂直的方向)延伸,也可以相对于多孔部的厚度方向倾斜地延伸。在阳极体的多孔部的厚度方向的剖面中,由主凹坑的长度方向和多孔部的厚度方向形成的角度(锐角)可以为80°以下,也可以为45°以下,也可以为30°以下,也可以为15°以下。
与多孔部的表面侧相比,在芯部侧,主凹坑的直径可以变大,也可以变小。由此,在阳极体的多孔部的厚度方向的剖面中,主凹坑的壁面可以相对于主凹坑的长度方向倾斜。该情况下,易于向凹坑内浸渗导电性高分子化合物或导电性高分子化合物及液态成分。该情况下,主凹坑的形状例如为锥状或锥台状。另外,该情况下,主凹坑(长度方向)相对于多孔部的厚度方向的倾斜角度优选为15°以下。在主凹坑的长度方向与多孔部的厚度方向大致一致的情况下,主凹坑的壁面相对于主凹坑的长度方向的倾斜角度、与主凹坑的壁面相对于多孔部的厚度方向的倾斜角度大致一致。上述情况下的主凹坑的壁面相对于主凹坑的长度方向的倾斜角度(锐角)优选为0.01°以上且3°以下,更优选为0.1°以上且2.8°以下,进一步优选为0.1°以上且2.5°以下,特别优选为0.2°以上且2.2°以下。主凹坑的壁面的倾斜角度例如可以利用金属箔的结晶方位、蚀刻处理条件(例如蚀刻液(酸)的种类、电流密度、液温、蚀刻时间等)来调节。
由主凹坑的壁面和主凹坑的长度方向形成的角度可以通过如下操作求出,即,使用电极箔(阳极体)的多孔部的厚度方向的剖面的SEM图像,对任意10个主凹坑测定上述的角度,算出它们的平均值而求出。对于由主凹坑的长度方向(主凹坑延伸的方向)和多孔部的厚度方向形成的角度,也同样地求出即可。
可以使阳极体具有第1主面和与第1主面相反的一侧的第2主面,多孔部可以具有设于第1主面侧的第1多孔部和设于第2主面侧的第2多孔部,主凹坑可以具有第1多孔部内的第1凹坑和第2多孔部内的第2凹坑。可以使第1凹坑的至少一部分从第1多孔部向第2多孔部方向进一步延伸。该情况下,易于直至凹坑的深部为止地形成电介质层,导电性高分子化合物、液态成分易于渗透,并且阳极体的表面积增大,从提高静电容量的方面考虑是有利的。
另外,可以使第1凹坑的至少一部分从第1多孔部向第2多孔部方向进一步延伸而与第2凹坑的至少一部分相连。与第2凹坑相连的第1凹坑相对于全部第1凹坑的比例(条数比)例如为5%以上,也可以为5%以上且20%以下。在利用ALD法将原料气体向阳极体(多孔部)供给时,从第1主面及第2主面的一侧侵入到凹坑内的原料气体能够向第1主面及第2主面的另一侧的凹坑内移动。由此,原料气体易于扩散至第1凹坑及第2凹坑的深部为止。另外,从第1主面及第2主面的一侧侵入到凹坑内的原料气体中的不需要的成分易于从第1主面及第2主面的另一侧的凹坑内向外部排出。由此,易于在第1凹坑及第2凹坑的表面在短时间内形成均匀的膜。利用ALD法向凹坑内部供给原料气体时,凹坑内的压力的上升得到抑制,向凹坑内部顺畅地供给原料气体,易于形成致密的膜(电介质层),有利于电解电容器的漏电流的减小。此外,利用ALD法排出凹坑内的原料气体时,原料气体也被顺畅地排出,可以抑制在电介质层残存过量的原料气体的成分的情况。由此,能够缩短排气时间而提高生产率。在电解电容器的制造时,可以在使导电性高分子化合物、液态成分向凹坑内部渗透时抑制凹坑内的压力的上升,导电性高分子化合物、液态成分顺畅地向凹坑内部渗透,有利于电解电容器的漏电流及ESR的减小。
此处,图5是表示阳极体的一例的示意剖视图。图5表示阳极体的多孔部的厚度方向上的剖面。
如图5所示,阳极体300具有多孔部310和与多孔部310相连的芯部320。阳极体300具有第1主面301和与第1主面301相反的一侧的第2主面302。多孔部310具有设于第1主面301侧的第1多孔部311和设于第2主面302侧的第2多孔部312。第1多孔部311具有隧道状的第1凹坑331,第2多孔部312具有隧道状的第2凹坑332。第1凹坑331及第2凹坑332为主凹坑。
与第1多孔部311的第1主面301侧相比在芯部320侧第1凹坑331的直径变小。由此,第1凹坑331的壁面相对于第1多孔部311的厚度方向(与第1主面301垂直的方向)倾斜。第1凹坑331为圆锥台状,第1凹坑331的长度方向与第1多孔部的厚度方向大致一致。
与第2多孔部312的第2主面302侧相比在芯部320侧第2凹坑332的直径变小。由此,第2凹坑332的壁面相对于第2多孔部312的厚度方向(与第2主面302垂直的方向)倾斜。第2凹坑332为圆锥台状,第2凹坑332的长度方向与第2多孔部312的厚度方向大致一致。
在阳极体300的多孔部310的厚度方向的剖面中,由第1凹坑331的壁面和第1多孔部311的厚度方向形成的角度(图5中的角度θ3A)例如为0.01°以上且2.8°以下,也可以为0.1°以上且2.8°以下。在阳极体300的多孔部310的厚度方向的剖面中,由第2凹坑332的壁面和第2多孔部312的厚度方向形成的角度(图5中的角度θ3B)例如为0.01°以上且2.8°以下,也可以为0.1°以上且2.8°以下。
在图5的阳极体的情况下,从强度的方面考虑更加有利。另外,由于在多孔部的主面侧(凹坑开口侧)凹坑的直径大,因此易于使导电性高分子化合物或导电性高分子化合物及液态成分向多孔部内渗透,有利于电解电容器的ESR的减小。
图5的第1凹坑及第2凹坑为圆锥台状,然而也可以为方锥台状、圆锥状、或方锥状。图5的第1凹坑及第2凹坑的长度方向各自与第1多孔部及第2多孔部的厚度方向大致一致,然而也可以相对于第1多孔部及第2多孔部的厚度方向各自在15°以下的范围中稍微倾斜。第1凹坑及第2凹坑可以还具有后述的小凹坑和/或分支凹坑。
此处,图6是表示阳极体的另一例的示意剖视图。图6表示阳极体的多孔部的厚度方向上的剖面。图6中,对于与图5对应的构成要素使用与图5同样的符号,对于与图5重复的构成省略说明。
图6所示的阳极体400中,第1多孔部311具有隧道状的第1凹坑431,第2多孔部312具有隧道状的第2凹坑432。第1凹坑431及第2凹坑432为主凹坑。与第1多孔部311的第1主面301侧相比在芯部320侧第1凹坑431的直径变大。由此,第1凹坑431的壁面相对于第1多孔部311的厚度方向(与第1主面301垂直的方向)倾斜。第1凹坑431为圆锥台状,第1凹坑431的长度方向与第1多孔部311的厚度方向大致一致。
与第2多孔部312的第2主面302侧相比在芯部320侧第2凹坑432的直径变大。由此,第2凹坑432的壁面相对于第2多孔部312的厚度方向(与第2主面302垂直的方向)倾斜。第2凹坑432为圆锥台状,第2凹坑432的长度方向与第2多孔部312的厚度方向大致一致。
在阳极体400的多孔部310的厚度方向的剖面中,由第1凹坑431的壁面和第1多孔部311的厚度方向形成的角度(图6中的角度θ4A)例如为0.01°以上且2.2°以下,也可以为0.1°以上且2.2°以下。在阳极体400的多孔部310的厚度方向的剖面中,由第2凹坑432的壁面和第2孔质部312的厚度方向形成的角度(图6中的角度θ4B)例如为0.01°以上且2.2°以下,也可以为0.1°以上且2.2°以下。
图6的阳极体由于可以通过在抑制基材的表面的溶解的同时对基材进行蚀刻处理而制作,因此从提高电极箔的静电容量、增大电解电容器的容量的方面考虑是有利的。
图6的第1凹坑及第2凹坑为圆锥台状,然而也可以为方锥台状。图6的第1凹坑及第2凹坑的长度方向各自与第1多孔部及第2多孔部的厚度方向大致一致,然而也可以相对于第1多孔部及第2多孔部的厚度方向各自在15°以下的范围中稍微倾斜。第1凹坑及第2凹坑可以还具有后述的小凹坑和/或分支凹坑。
此处,图7是表示阳极体的另一例的示意剖视图。图7表示阳极体的多孔部的厚度方向上的剖面。图7中,对于与图5对应的构成要素使用与图5同样的符号,对于与图5重复的构成省略说明。
图7所示的阳极体500中,第1凹坑331的一部分从第1多孔部311向第2多孔部412方向进一步延伸,具有贯穿芯部320的第3凹坑533,与第2凹坑332的一部分相连。具有第3凹坑533的第1凹坑相对于全部第1凹坑的比例(条数比)例如可以为5%以上且20%以下。
图5~图7中,第1凹坑及第2凹坑的形状彼此相同,然而第1凹坑及第2凹坑的形状也可以彼此不同。图7所示的第1凹坑及第2凹坑为与图5所示的第1凹坑及第2凹坑相同的形状,然而形状并不限定于此。
隧道状凹坑可以还在多孔部的表面区域中包含小凹坑。小凹坑与主凹坑相比长度短,相对于主凹坑的长度的小凹坑的长度的比为0.7以下,也可以为0.6以下。上述的所谓多孔部的表面区域,是指距离多孔部的表面的深度为10μm以下的区域。小凹坑是仅存在于距离多孔部的表面的深度为10μm以下的区域中的凹坑。多孔部的表面区域例如为具有多孔部的厚度的20%以下的厚度的区域,多孔部的厚度例如为50μm以上。小凹坑有时受到金属箔的压延加工的影响而形成。该情况下,可能形成相对于多孔部的厚度方向的倾斜角度较大的小凹坑。通过包含小凹坑,阳极体的表面积进一步增大,能够进一步提高静电容量。小凹坑可以不与主凹坑相连,也可以与主凹坑相连。从确保阳极体的强度的观点出发,优选小凹坑与主凹坑相比存在的比例小,小凹坑的数目例如优选为主凹坑的数目的5%以上且20%以下。
主凹坑的长度是使用电极箔(阳极体)的多孔部的厚度方向的剖面的SEM图像求出的任意20个主凹坑的平均长度。小凹坑的长度是使用电极箔(阳极体)的多孔部的厚度方向的剖面的SEM图像求出的、存在于距离多孔部的表面的深度为10μm以下的区域内的任意10个小凹坑的平均长度。
与主凹坑相比,小凹坑的相对于多孔部的厚度方向的倾斜角度可以更大。在小凹坑的倾斜角度大的情况下,可以在多孔部的表面区域中存在长度尺寸较大的小凹坑,阳极体的表面积易于增大,能够进一步提高静电容量。
在阳极体的多孔部的厚度方向的剖面中,由小凹坑的长度方向和多孔部的厚度方向形成的角度(锐角)可以为5°以上且88°以下,也可以为10°以上且85°以下,也可以大于45°且85°以下,也可以为50°以上且85°以下。
由小凹坑的长度方向和多孔部的厚度方向形成的角度(锐角)可以通过如下操作求出,即,使用电极箔(阳极体)的多孔部的厚度方向的剖面的SEM图像,对任意10个小凹坑测定上述的角度,算出它们的平均值而求出。
隧道状凹坑可以还包含从主凹坑分支并延伸的分支凹坑。通过包含分支凹坑,阳极体的表面积进一步增大,能够进一步提高静电容量。另外,从确保阳极体的强度的观点出发,在阳极体的多孔部的厚度方向的剖面中,由主凹坑的长度方向和分支凹坑的长度方向形成的角度可以为70°以上且110°以下,也可以为80°以上且100°以下。分支凹坑例如具有主凹坑的长度的5%以上且25%以下的长度。
由主凹坑的长度方向和分支凹坑的长度方向形成的角度可以通过如下操作求出,即,使用电极箔(阳极体)的多孔部的厚度方向的剖面的SEM图像,对任意10个分支凹坑测定上述的角度,算出它们的平均值而求出。
此处,图8是表示具备具有主凹坑及小凹坑的多孔部的阳极体的一例的示意剖视图。图8表示阳极体的多孔部的厚度方向上的剖面。
阳极体600具有多孔部610和与多孔部610连续的芯部620。阳极体600具有第1主面601和与第1主面601相反的一侧的第2主面602。多孔部610具有夹隔着芯部620设于第1主面601侧的第1多孔部611和设于第2主面602侧的第2多孔部612。第1多孔部611具有隧道状的第1凹坑631,第2多孔部612具有隧道状的第2凹坑632。
如图8所示,第1凹坑631包含主凹坑631a和小凹坑631b。小凹坑631b存在于第1多孔部611的表面区域(距离第1多孔部611的主面601的深度为10μm以下的区域),具有主凹坑631a的长度的70%以下的长度。第2凹坑632包含主凹坑632a和小凹坑632b。小凹坑632b存在于第2多孔部612的表面区域(距离第2多孔部612的主面602的深度为10μm以下的区域),具有主凹坑632a的长度的70%以下的长度。
在阳极体600的多孔部610的厚度方向的剖面中,由主凹坑631a的长度方向和第1多孔部611的厚度方向(与第1主面601垂直的方向)形成的角度(图8中的角度θ6A)例如为45°以下。在阳极体600的多孔部610的厚度方向的剖面中,由主凹坑632a的长度方向和第2多孔部612的厚度方向(与第2主面602垂直的方向)形成的角度(图8中的角度θ6B)例如为45°以下。
在阳极体600的多孔部610的厚度方向的剖面中,由小凹坑631b的长度方向和第1多孔部611的厚度方向形成的角度(图8中的角度θ6C)可以为30°以上且88°以下,也可以大于45°且85°以下。在阳极体600的多孔部610的厚度方向的剖面中,由小凹坑632b的长度方向和第2多孔部612的厚度方向形成的角度(图8中的角度θ6D)可以为30°以上且88°以下,也可以大于45°且85°以下。图8的第1凹坑及第2凹坑为圆柱状,然而凹坑的形状并不限定于此,也可以为方柱状等。
此处,图9是表示具有主凹坑及分支凹坑的阳极体的一例的示意剖视图。图9表示阳极体的多孔部的厚度方向上的剖面。图9中,对于与图8对应的构成要素使用与图8同样的符号,对于与图8重复的构成省略说明。
如图9所示,在阳极体700中,第1多孔部611具有隧道状的第1凹坑731,第2多孔部612具有隧道状的第2凹坑732。第1凹坑731包含主凹坑731a和从主凹坑731a分支并延伸的分支凹坑731b。第2凹坑732包含主凹坑732a和从主凹坑731a分支并延伸的分支凹坑731b。
在阳极体700的多孔部610的厚度方向的剖面中,主凹坑731a的长度方向与第1多孔部611的厚度方向(与第1主面601垂直的方向)大致一致。在阳极体700的多孔部610的厚度方向的剖面中,主凹坑732a的长度方向与第2多孔部612的厚度方向(与第2主面602垂直的方向)大致一致。主凹坑(长度方向)可以相对于多孔部的厚度方向在15°以下的范围中稍微倾斜。
在阳极体700的多孔部610的厚度方向的剖面中,由主凹坑731a的长度方向和分支凹坑731b的长度方向形成的角度(图9中的角度θ7A)例如为70°以上且110°以下,优选为85°以上且95°以下。在阳极体700的多孔部610的厚度方向的剖面中,由主凹坑732a的长度方向和分支凹坑732b的长度方向形成的角度(图9中的角度θ7B)例如为70°以上且110°以下,优选为85°以上且95°以下。图9的第1凹坑及第2凹坑为圆柱状,然而凹坑的形状并不限定于此,也可以为方柱状等。
[电解电容器]
本发明的一个实施方式的电解电容器具备电容器元件。电容器元件具备上述的电解电容器用电极箔和覆盖电介质层的至少一部分的导电性高分子化合物。可以以与上述的电解电容器用电极箔(多孔部)相面对的方式还配置阴极体。此时,只要在电极箔(多孔部)与阴极体之间夹设导电性高分子化合物即可。如此所述地设置,可以用导电性高分子化合物和阴极体来构成阴极部。
(导电性高分子化合物)
作为导电性高分子化合物,例如可以举出π共轭系高分子。作为导电性高分子化合物,可以举出聚吡咯、聚噻吩、聚呋喃、聚苯胺、聚乙炔、聚亚苯基、聚亚苯基亚乙烯基、多并苯、聚噻吩亚乙烯基等。它们可以单独使用,也可以组合使用2种以上,也可以是2种以上的单体的共聚物。导电性高分子化合物的重均分子量例如为1000~100000。
需要说明的是,本说明书中,聚吡咯、聚噻吩、聚呋喃、聚苯胺等分别指以聚吡咯、聚噻吩、聚呋喃、聚苯胺等为基本骨架的高分子。因而,在聚吡咯、聚噻吩、聚呋喃、聚苯胺等中也可以包含各自的衍生物。例如,在聚噻吩中,包含聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)等。
导电性高分子化合物中可以掺杂有掺杂剂。掺杂剂可以为聚阴离子。作为聚阴离子的具体例,可以举出聚乙烯基磺酸、聚苯乙烯磺酸、聚烯丙基磺酸、聚丙烯酰磺酸、聚甲基丙烯酰磺酸、聚(2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸)、聚异戊二烯磺酸、聚丙烯酸等。它们可以单独使用,也可以组合使用2种以上。另外,它们可以是单一单体的聚合物,也可以是2种以上的单体的共聚物。其中,优选聚苯乙烯磺酸来源的聚阴离子。
例如,电介质层的表面的至少一部分由至少包含导电性高分子化合物的固体电解质层覆盖。固体电解质层可以在包含导电性高分子化合物的同时还包含掺杂剂。在电解电容器中,导电性高分子化合物(固体电解质层)与阴极体一起构成阴极部的一部分。固体电解质层根据需要可以还包含添加剂。
(液态成分)
电解电容器可以具备电容器元件和液态成分。液态成分与电介质层(第1层)直接或经由导电性高分子化合物接触。液态成分只要与导电性高分子化合物一起存在于阳极体(电介质层)与阴极体之间即可。
液态成分可以为非水溶剂,也可以为包含非水溶剂和溶解于其中的离子性物质(溶质(例如有机盐))的电解液。非水溶剂可以为有机溶剂,也可以为离子性液体。在向多孔部中浸渗电解液的情况下,利用电解液来修复电介质层的缺陷。此时,因存在包含第1元素的界面层而易于形成优质的皮膜。由此,漏电流得到进一步减小。
作为非水溶剂,优选高沸点溶剂。例如可以使用多元醇化合物、环丁砜等环状砜化合物,γ-丁内酯等内酯化合物,N-甲基乙酰胺、N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基-2-吡咯烷酮等酰胺化合物,乙酸甲酯等酯化合物,碳酸亚丙酯等碳酸酯化合物,1,4-二噁烷等醚化合物,甲乙酮等酮化合物,甲醛等。
液态成分优选包含多元醇化合物。在多元醇化合物中导电性高分子化合物易于以良好的状态分散,导电性高分子化合物易于侵入到凹坑内,从而易于将凹坑的壁面用导电性高分子化合物覆盖。如此所述,电介质层与导电性高分子化合物的接触性易于提高。
多元醇化合物优选包含选自二醇化合物及甘油化合物中的至少1种(以下也称作二醇化合物等。)。在液态成分包含二醇化合物等时,导电性高分子化合物易于溶胀,导电性高分子化合物的取向性提高,导电性高分子化合物(固体电解质层)的导电性提高,ESR易于得到减小。另外,二醇化合物等的沸点较高,从电解电容器的封口部向外部的透过也得到抑制,由溶剂的减少所致的皮膜修复功能的降低得到抑制,耐电压性的降低得到抑制。
二醇化合物包含烷撑二醇、聚烷撑二醇等。聚烷撑二醇的重均分子量例如为100以上且3000以下,也可以为100以上且2000以下。聚乙二醇的重均分子量例如为100以上且600以下,也可以为100以上且400以下。具体而言,可以举出乙二醇、丙二醇、丁二醇、己二醇、二乙二醇、三乙二醇等。在二醇化合物中,从粘度低、易于溶解酸成分及碱成分的方面考虑,优选乙二醇。另外,乙二醇由于导热性高、散热性优异,因此使耐热性提高,从这一点考虑优选。
甘油化合物包含甘油、聚甘油及它们的衍生物。作为甘油或聚甘油的衍生物,例如可以举出甘油或聚甘油的至少一部分的羟基被酯化了的酯、甘油或聚甘油的环氧烷加成物等。
聚甘油包含甘油单元的重复结构。聚甘油中含有的甘油单元的重复数例如为2以上且20以下,也可以为2以上且12以下,也可以为2以上且10以下,也可以为2以上且6以下。作为聚甘油,可以举出二甘油、三甘油。聚甘油的重均分子量例如优选为200以上且3000以下,更优选为300以上且800以下。
液态成分可以包含酸成分(阴离子)和碱成分(阳离子)。可以由酸成分和碱成分形成有盐(溶质)。酸成分有助于皮膜修复功能。作为酸成分,可以举出有机羧酸、无机酸等。作为无机酸,例如可以举出磷酸、硼酸、硫酸等。
有机羧酸化合物可以包含选自芳香族羧酸化合物及脂肪族羧酸化合物中的至少1种。
脂肪族羧酸化合物包含饱和脂肪族羧酸、不饱和脂肪族羧酸等。饱和脂肪族羧酸例如包含乙二酸、丙二酸、丁二酸、戊二酸、己二酸、壬二酸、癸二酸、1,6-癸烷二甲酸、1,7-辛烷二甲酸、甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、异丁酸、戊酸、己酸、庚酸、辛酸、壬酸、癸酸、月桂酸、肉豆蔻酸、硬脂酸、山嵛酸等。不饱和脂肪族羧酸例如包含丙烯酸、甲基丙烯酸、马来酸、富马酸、油酸等。脂肪族羧酸化合物可以单独使用1种,也可以组合使用2种以上。
芳香族羧酸化合物例如包含邻苯二甲酸(邻位体)、间苯二甲酸(间位体)、对苯二甲酸(对位体)、苯甲酸、水杨酸、偏苯三酸、均苯四酸等。芳香族羧酸化合物可以单独使用1种,也可以组合使用2种以上。
其中,从提高皮膜修复功能及热稳定性的观点出发,有机羧酸化合物优选包含选自苯甲酸、壬二酸、癸二酸、1,6-癸烷二甲酸及1,7-辛烷二甲酸中的至少1种。
作为碱成分,例如可以举出伯胺~叔胺化合物等。作为胺化合物,例如可以举出乙胺等单烷基胺,二乙胺等二烷基胺,三乙胺等三烷基胺。另外,作为碱成分,可以使用咪唑化合物等具有烷基取代脒基的化合物(包括季铵化合物)。
所谓有机盐,是阴离子及阳离子中的至少一者包含有机物的盐。作为有机盐,例如可以使用马来酸三甲胺、硼合二水杨酸三乙胺、邻苯二甲酸乙基二甲胺、邻苯二甲酸单1,2,3,4-四甲基咪唑啉鎓、邻苯二甲酸单1,3-二甲基-2-乙基咪唑啉鎓等。
液态成分优选与碱成分相比包含更多的酸成分。酸成分从初期开始使电解液的pH降低,抑制掺杂剂从导电性高分子中的脱掺杂。通过与碱成分相比更多地包含酸成分,能够抑制掺杂剂从导电性高分子的脱掺杂(固体电解质的劣化)。另外,酸成分有助于液态成分的皮膜修复功能,从这一方面出发也优选与碱成分相比更多地包含酸成分。
从抑制掺杂剂从导电性高分子中的脱掺杂(抑制固体电解质层的劣化)、提高皮膜修复功能等观点出发,相对于碱成分的酸成分的摩尔比:(酸成分/碱成分)例如为1.1以上,优选为1.5以上,更优选为1.5以上且10以下。
从抑制掺杂剂从导电性高分子中的脱掺杂等观点出发,液态成分的pH可以为6以下,也可以为1以上且5以下。
(阴极体)
阴极体可以使用金属箔。金属的种类没有特别限定,优选使用铝、钽、铌等阀作用金属或包含阀作用金属的合金。根据需要,可以对金属箔的表面进行粗糙化。在金属箔的表面,可以设置化成皮膜,也可以设置与构成金属箔的金属不同的金属(异种金属)、非金属的被膜。作为异种金属、非金属,例如可以举出钛之类的金属、碳之类的非金属等。
(间隔件)
在使用金属箔作为阴极体的情况下,可以在金属箔与阳极体之间配置间隔件。作为间隔件,没有特别限制,例如可以使用包含纤维素、聚对苯二甲酸乙二醇酯、维尼纶、聚酰胺(例如脂肪族聚酰胺、芳纶等芳香族聚酰胺)的纤维的无纺布等。
(其他)
电解电容器只要具有至少1个电容器元件即可,也可以具有多个电容器元件。电解电容器中含有的电容器元件的数目只要根据用途来确定即可。
[电解电容器用电极箔的制造方法]
电解电容器用电极箔的制造方法具备准备具有多孔部及与多孔部连续的芯部的阳极体的第1工序。另外,上述制造方法具备形成覆盖构成多孔部的金属骨架的表面的界面层的第2工序和形成与界面层连续的电介质层的第3工序。界面层包含第1元素,第1元素为选自硫、氮及磷中的至少1种。
(第1工序)
第1工序中,例如对包含第1金属的金属箔实施蚀刻而将金属箔粗糙化。利用粗糙化,在金属箔的表面形成多个凹坑或细孔。将金属箔浸渍于蚀刻液(酸性溶液)中来进行蚀刻。例如可以利用基于直流电流的直流蚀刻或基于交流电流的交流蚀刻来进行蚀刻。
第1金属的种类没有特别限定,从易于利用化成来形成第2层的方面出发,可以使用铝(Al)、钽(Ta)、铌(Nb)等阀作用金属或包含阀作用金属的合金。另外,为了有效地形成多孔部,可以在金属箔中含有铜(Cu)。金属箔的厚度没有特别限定,例如为15μm以上且300μm以下。
(第2工序)
第2工序中,可以使包含第1元素的第1处理液浸渗阳极体。例如,可以将阳极体浸渍于第1处理液中,也可以将第1处理液向阳极体喷雾。从提高生产率的观点出发,可以在第1工序的途中进行第2工序。
第1处理液例如使用包含第1元素的水溶液。水溶液可以为碱溶液。其中,从抑制金属骨架的损伤的观点出发,碱溶液最好具有弱碱性。碱溶液的pH例如设定为8~13。碱溶液的溶剂最好包含水作为主成分,也可以溶剂的80质量%以上为水。另外,在利用第1处理液的处理时间为5分钟以内的短时间的情况下,包含第1元素的水溶液可以为酸性溶液。在酸性溶液的情况下,从抑制金属骨架的损伤的观点出发,酸性溶液优选包含0.2质量%以上的铝离子。
第1处理液例如使用包含第1元素的化合物的水溶液。作为包含硫的化合物,可以举出硫酸等。作为包含氮的化合物,可以举出硝酸等。作为包含磷的化合物,可以举出磷酸、磷酸二氢铵、膦酸、次膦酸等。
从提高电解电容器的容量的观点出发,第1处理液中的第1元素的含量最好为微量,例如可以为0.01ppm以上且500ppm以下,也可以为0.1ppm以上且100ppm以下。另外,在第1处理液为酸性的水溶液、在短时间内进行使第1处理液浸渗阳极体的工序的情况下,第1处理液中的包含第1元素的化合物的含量可以为0.1质量%以上且10质量%以下,也可以为0.5质量%以上且5质量%以下。
在第2工序中,可以对附着有第1处理液的阳极体进行干燥处理,也可以进行加热处理。加热处理时的温度例如为200℃以上且550℃以下,优选为250℃以上且500℃以下。此时,加热气氛可以为氧化性气氛,然而从形成尽可能薄而均匀、并且稳定的界面层的观点出发,最好为非氧化性气氛。所谓非氧化性气氛,只要是非活性气体(Ar、He等稀有气体、氮气等)的摩尔分数大于9成的气氛、减压气氛等即可。通过加热处理,没有与第1金属键合的不稳定的氧被氢化,生成较多的表面羟基,形成稳定的界面层。
(第3工序)
第3工序中,可以利用气相法来形成电介质层。在形成厚度大的电介质层的情况下,可以利用溶胶-凝胶法等液相法来形成电介质层。作为气相法,例如可以举出真空蒸镀法、化学蒸镀法、雾滴蒸镀法、溅射法、脉冲激光沉积法、原子层沉积法(Atomic LayerDeposition:ALD法)等。其中,ALD法能够直至多孔部的深部为止地形成致密的电介质层,从这一点考虑是优异的。第1层的厚度没有特别限定,然而例如为0.5nm以上且250nm以下,也可以为5nm以上且100nm以下。
ALD法是如下的制膜法,即,向配置有对象物的反应室中交替供给包含第2金属的原料气体和氧化剂,在对象物的表面形成包含第2金属的氧化物的电介质层(第1层)。ALD法中,由于自停止(Self-limiting)作用发挥功能,因此第2金属以原子层单位沉积在对象物的表面。由此,可以利用以原料气体的供给→原料气体的排气(吹扫)→氧化剂的供给→氧化剂的排气(吹扫)作为1个循环的循环数来控制第1层的厚度。即,ALD法能够容易地控制所形成的电介质层的厚度。
需要说明的是,与一般在400~900℃的温度条件下进行的CVD不同,ALD法可以在100~400℃的温度条件下进行。即,ALD法能够抑制对金属箔的热损伤,从这一点考虑是优异的。
作为ALD法中使用的氧化剂,例如可以举出水、氧、臭氧等。氧化剂可以以将氧化剂作为原料的等离子体的形式向反应室供给。
第2金属以包含第2金属的前体(前驱体)的气体的形式向反应室供给。前体例如为包含第2金属的有机金属化合物,由此,第2金属易于化学吸附于对象物。作为前体,可以使用以往在ALD法中使用的各种有机金属化合物。
作为包含Al的前体,例如可以举出三甲基铝((CH3)3Al)等。
作为包含Zr的前体,例如可以举出双(甲基-η5-环戊二烯基)甲氧基甲基锆(Zr(CH3C5H4)2CH3OCH3)、四(二甲基酰胺)锆(IV)([(CH3)2N]4Zr)、四(乙基甲基酰胺)锆(IV)(Zr(NCH3C2H5)4)、叔丁醇锆(IV)(Zr[OC(CH3)3]4)等。
作为包含Ta的前体,例如可以举出(叔丁基酰亚胺)三(乙基甲基氨基)钽(V)(C13H33N4Ta、TBTEMT)、五乙醇钽(V)(Ta(OC2H5)5)、(叔丁基酰亚胺)三(二乙基氨基)钽(V)((CH3)3CNTa(N(C2H5)2)3)、五(二甲基氨基)钽(V)(Ta(N(CH3)2)5)等。
作为包含Nb的前体,例如可以举出乙醇铌(V)(Nb(OCH2CH3)5、三(二乙基酰胺)(叔丁基酰亚胺)铌(V)(C16H39N4Nb)等。
作为包含Si的前体,例如可以举出N-仲丁基(三甲基甲硅烷基)胺(C7H19NSi)、1,3-二乙基-1,1,3,3-四甲基二硅氮烷(C8H23NSi2)、2,4,6,8,10-五甲基环五硅氧烷((CH3SiHO)5)、五甲基二硅烷((CH3)3SiSi(CH3)2H)、三(异丙氧基)硅醇([(H3C)2CHO]3SiOH)、氯戊烷甲基二硅烷((CH3)3SiSi(CH3)2Cl)、二氯硅烷(SiH2Cl2)、三(二甲基氨基)硅烷(Si[N(CH3)2]4)、四乙基硅烷(Si(C2H5)4)、四甲基硅烷(Si(CH3)4)、四乙氧基硅烷(Si(OC2H5)4)、十二甲基环六硅烷((Si(CH3)2)6)、四氯化硅(SICl4)、四溴化硅(SiBr4)等。
作为包含Ti的前体,例如可以举出双(叔丁基环戊二烯基)钛(IV)二氯化物(C18H26C12Ti)、四(二甲基氨基)钛(IV)([(CH3)2N]4Ti、TDMAT)、四(二乙基氨基)钛(IV)([(C2H5)2N]4Ti)、四(乙基甲基氨基)钛(IV)(Ti[N(C2H5)(CH3)]4)、二异丙氧基双(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酸)钛(IV)(Ti[OCC(CH3)3CHCOC(CH3)3]2(OC3H7)2)、四氯化钛(TiCl4)、异丙醇钛(IV)(Ti[OCH(CH3)2]4)、乙醇钛(IV)(Ti[O(C2H5)]4)等。
作为包含Hf的前体,例如可以举出四氯化铪(HfCl4)、四(二甲基氨基)铪(Hf[N(CH3)2]4)、四(乙基甲基氨基)铪(Hf[N(C2H5)(CH3)]4)、四(二乙基氨基)铪(Hf[N(C2H5)2]4)、叔丁醇铪(Hf[OC(CH3)3]4)等。
(工序a)
第3工序可以还包括对在表面具有界面层及第1层的阳极体进行化成处理(阳极氧化)的工序a。由此,可以在金属骨架与第1层之间形成第2层。第2层的厚度T2可以利用化成时对阳极体施加的电压来控制。化成液没有特别限定,例如可以使用己二酸二铵水溶液。该情况下,第1金属优选使用适于化成的阀作用金属。
根据ALD法,能够形成薄且均匀的电介质层(第1层)。但是,实际上在多孔部所具有的凹坑的深部的表面中,有时具有针孔之类的宏观的缺陷、晶格缺陷之类的微细缺陷。在形成第2层时,离子化了的第1金属扩散至第1层,具有修复第1层的缺陷的作用。其结果是,作为整体,形成减少了针孔等缺陷的具备均匀的厚度的电介质层。由此,电解电容器的容量增大,并且阳极体的自然电位升高,耐电压性提高。
[电解电容器的制造方法]
本发明的一个实施方式的电解电容器的制造方法包括电解电容器用电极箔的制造方法(第1工序~第3工序)和将电介质层的至少一部分用导电性高分子化合物覆盖的第4工序。上述的制造方法可以还包括以与电解电容器用电极箔相面对的方式配置阴极体的工序。此时,只要在电极箔与阴极体之间夹设导电性高分子化合物即可。如此所述地设置,可以用导电性高分子化合物和阴极体来构成阴极部。
(第4工序)
第4工序中,可以使包含导电性高分子化合物的第2处理液浸渗电极箔。可以使第2处理液附着于电介质层,来形成固体电解质层。第2处理液可以为导电性高分子化合物的溶液,也可以为导电性高分子化合物的分散液。第2处理液优选包含导电性高分子化合物及上述的液态成分。该情况下,可以将电介质层的表面用固体电解质层(导电性高分子化合物)覆盖,并且使液态成分浸渗阳极体(多孔部)。在液态成分包含多元醇化合物的情况下,导电性高分子化合物以良好的状态分散在第2处理液中,导电性高分子化合物易于侵入凹坑内,易于将凹坑的壁面用导电性高分子化合物覆盖。
在具有电介质层的阳极体为如图1、3所示的阳极箔的情况下,可以在形成阴极部之前,制作如图11所示的卷绕体100。图11是用于说明卷绕体100的构成的展开图。
在制作卷绕体100的情况下,在准备阳极箔10的基础上,还准备阴极箔20。阴极箔20可以与阳极箔10同样地使用金属箔。构成阴极箔20的金属的种类没有特别限定,可以使用Al、Ta、Nb等阀作用金属或包含阀作用金属的合金。根据需要,可以将阴极箔20的表面粗糙化。
然后,将阳极箔10与阴极箔20夹隔着间隔件30卷绕。在阳极箔10和阴极箔20分别连接有引线接头50A或50B的一个端部,在将引线接头50A及50B卷入的同时构成卷绕体100。在引线接头50A及50B的另一个端部,分别连接有引线60A及60B。
间隔件30没有特别限定,例如可以使用将纤维素、聚对苯二甲酸乙二醇酯、维尼纶、芳纶纤维等作为主成分的无纺布。
然后,在位于卷绕体100的最外层的阴极箔20的外侧表面,配置卷绕固定胶带40,将阴极箔20的端部用卷绕固定胶带40固定。需要说明的是,在从大尺寸的箔中裁切而准备阳极箔10的情况下,为了在裁切面设置电介质层,可以对卷绕体100进一步进行化成处理。此时,可以形成第2层。
使上述的第2处理液浸渗卷绕体100。其方法没有特别限定,例如可以使用将卷绕体100浸渍于收容在容器中的上述的第2处理液中的方法、将上述的第2处理液向卷绕体100滴加的方法等。浸渗可以在减压下、例如10kPa~100kPa、优选40kPa~100kPa的气氛下进行。
然后,将卷绕体100密封,由此可以得到如图10所示的电解电容器200。在制造电解电容器200时,首先,以使引线60A、60B位于有底外壳211的开口侧的方式,将卷绕体100收纳于有底外壳211中。作为有底外壳211的材料,可以使用铝、不锈钢、铜、铁、黄铜等金属或它们的合金。
然后,在卷绕体100的上方配置以使引线60A、60B贯穿的方式形成的密封构件212,将卷绕体100密封在有底外壳211内。密封构件212为绝缘性物质即可,优选为弹性体。其中优选耐热性高的硅橡胶、氟橡胶、乙丙橡胶、海帕伦(Hypalon)橡胶、丁基橡胶、异戊二烯橡胶等。
然后,对有底外壳211的开口端附近实施缩颈加工,将开口端铆接于密封构件212进行了卷边加工。最后,在卷边部分配置座板213,由此完成密封。其后,在施加额定电压的同时,进行老化处理。
上述的实施方式中,对卷绕型的电解电容器进行了说明,然而本发明的应用范围并不限定于上述范围,也可以应用于其他的电解电容器,例如可以应用于层叠型的电解电容器。
产业上的可利用性
根据本发明,能够获得可以充分地减小漏电流的电解电容器用电极箔、电解电容器及其制造方法。
虽然就目前的优选的实施方式对本发明进行了说明,然而不应限定性地解释此种公开。通过阅读上述公开,各种变形及改变对于属于本发明的技术领域的本领域技术人员而言无疑是显而易见的。因而,附加的权利要求书的范围应当被解释为不脱离本发明的真实的精神及范围地包含所有的变形及改变。
附图标记说明
10阳极箔,20阴极箔,30间隔件,40卷绕固定胶带,50A、50B引线接头,60A、60B引线,100卷绕体,110阳极体,111芯材部,112多孔部,120电介质层,121第1层,122第2层,130界面层,200电解电容器,211有底外壳,212密封构件,213座板,300、400、500、600、700阳极体,301、601第1主面,302、602第2主面,310、610多孔部,311、611第1多孔部,312、612第2多孔部,320、620芯部,331、431、631、731第1凹坑,332、432、632、732第2凹坑,533第3凹坑,631a、632a、731a、732a主凹坑,631b、632b小凹坑,731b、732b分支凹坑。
Claims (26)
1.一种电解电容器用电极箔,其具备:
具有多孔部以及与所述多孔部连续的芯部的阳极体、和
覆盖构成所述多孔部的金属骨架的表面的电介质层,
在所述金属骨架与所述电介质层之间具有包含第1元素的界面层,
所述第1元素为选自硫、氮及磷中的至少1种。
2.根据权利要求1所述的电解电容器用电极箔,其中,
所述多孔部具有多个隧道状凹坑。
3.根据权利要求2所述的电解电容器用电极箔,其中,
所述凹坑的平均直径为170nm以上且2100nm以下。
4.根据权利要求2或3所述的电解电容器用电极箔,其中,
所述凹坑至少包含从所述多孔部的表面侧向所述芯部侧延伸的主凹坑。
5.根据权利要求4所述的电解电容器用电极箔,其中,
对于所述主凹坑的直径而言,与所述多孔部的表面侧相比,在所述芯部侧变小。
6.根据权利要求4所述的电解电容器用电极箔,其中,
对于所述主凹坑的直径而言,与所述多孔部的表面侧相比,在所述芯部侧变大。
7.根据权利要求5或6所述的电解电容器用电极箔,其中,
在所述阳极体的所述多孔部的厚度方向的剖面中,所述主凹坑的壁面相对于所述主凹坑的长度方向倾斜。
8.根据权利要求7所述的电解电容器用电极箔,其中,
所述主凹坑的壁面相对于所述主凹坑的长度方向以0.01°以上且3°以下的角度倾斜。
9.根据权利要求4~8中任一项所述的电解电容器用电极箔,其中,
所述阳极体具有第1主面和与所述第1主面相反的一侧的第2主面,
所述多孔部具有设于所述第1主面的一侧的第1多孔部和设于所述第2主面的一侧的第2多孔部,
所述主凹坑具有所述第1多孔部内的第1凹坑和所述第2多孔部内的第2凹坑,
所述第1凹坑的至少一部分从所述第1多孔部向所述第2多孔部的方向进一步延伸。
10.根据权利要求9所述的电解电容器用电极箔,其中,
所述第1凹坑的至少一部分与所述第2凹坑的至少一部分相连。
11.根据权利要求4~10中任一项所述的电解电容器用电极箔,其中,
在所述阳极体的所述多孔部的厚度方向的剖面中,由所述主凹坑的长度方向和所述多孔部的厚度方向形成的角度为45°以下。
12.根据权利要求4~11中任一项所述的电解电容器用电极箔,其中,
所述凹坑在所述多孔部的表面区域中包含具有所述主凹坑的长度的70%以下的长度的小凹坑。
13.根据权利要求12所述的电解电容器用电极箔,其中,
在所述阳极体的所述多孔部的厚度方向的剖面中,由所述小凹坑的长度方向和所述多孔部的厚度方向形成的角度大于45°且88°以下。
14.根据权利要求4~13中任一项所述的电解电容器用电极箔,其中,
所述凹坑包含从所述主凹坑分支并延伸的分支凹坑,
在所述阳极体的所述多孔部的厚度方向的剖面中,由所述主凹坑的长度方向和所述分支凹坑的长度方向形成的角度为70°以上且110°以下。
15.根据权利要求1~14中任一项所述的电解电容器用电极箔,其中,
相对于所述界面层中的全部元素而言的所述第1元素的含有率为0.01质量%以上。
16.根据权利要求1~15中任一项所述的电解电容器用电极箔,其中,
所述金属骨架包含第1金属,
所述第1金属包含Al,
所述电介质层包含第2金属的氧化物,
所述第2金属包含选自Ta、Nb、Ti、Si、Zr及Hf中的至少1种。
17.一种电解电容器,
其具备电容器元件,
所述电容器元件具备权利要求1~16中任一项所述的电解电容器用电极箔和覆盖所述电介质层的至少一部分的导电性高分子化合物。
18.根据权利要求17所述的电解电容器,其具备所述电容器元件和液态成分。
19.根据权利要求18所述的电解电容器,其中,
所述液态成分包含多元醇化合物。
20.一种电解电容器用电极箔的制造方法,其具备:
准备具有多孔部及与所述多孔部连续的芯部的阳极体的第1工序、
形成覆盖构成所述多孔部的金属骨架的表面并且包含第1元素的界面层的第2工序、以及
形成与所述界面层连续的电介质层的第3工序,
所述第1元素为选自硫、氮及磷中的至少1种。
21.根据权利要求20所述的电解电容器用电极箔的制造方法,其中,
在所述第2工序中,使包含所述第1元素的第1处理液浸渗于所述阳极体中。
22.根据权利要求20或21所述的电解电容器用电极箔的制造方法,其中,
在所述第3工序中,利用原子层堆积法形成所述电介质层。
23.根据权利要求20~22中任一项所述的电解电容器用电极箔的制造方法,其中,
所述金属骨架包含第1金属,
所述第1金属包含Al,
所述电介质层包含第2金属的氧化物,
所述第2金属包含选自Ta、Nb、Ti、Si、Zr及Hf中的至少1种。
24.一种电解电容器的制造方法,其包括:
具备权利要求20~23中任一项所述的电解电容器用电极箔的制造方法的工序、以及
将所述电介质层的至少一部分用导电性高分子化合物覆盖的第4工序。
25.根据权利要求24所述的电解电容器的制造方法,其中,
在所述第4工序中,使包含所述导电性高分子化合物的第2处理液浸渗于所述电极箔中。
26.根据权利要求25所述的电解电容器的制造方法,其中,
所述第2处理液包含多元醇化合物。
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