CN101354966A - 电容器用电极箔及使用该电极箔的固体电解电容器 - Google Patents

Abstract

提供一种固体电解电容器，其中，在可阀金属构成的基材的表面上设置仅由镍形成的层和镍氧化物形成的镍层的箔作为阴极箔，并将导电性高分子作为固体电解质。根据这样的构成，可用简单的构成同时实现廉价的大电容化以及等效串联电阻的低电阻值。

Description

电容器用电极箔及使用该电极箔的固体电解电容器

技术领域

本发明涉及使用于各种电子设备的电容器中，特别是将导电性高分子用于固体电解质的卷绕型的电容器用电极箔及使用该电极箔的固体电解电容器。

背景技术

随着电子设备的高频化，在作为电子设备的一种的电解电容器方面，也要求比以往的在高频领域的阻抗特性方面更优越的大电容化的电解电容器。为了应对这种要求，讨论过各种将电传导度高的导电性高分子用于固体电解质的固体电解质电容器。

另外，对应大电容化的要求，与将电极箔层叠的情况比较将基于结构上容易大电容化的卷绕型(在阳极箔与阴极箔之间隔着隔离件卷绕而成的结构)的导电性高分子用于固体电解质的固体电解电容器已被产品化。

这样的固体电解电容器，除了寿命、温度特性以外，特别是具有优越的高频特性，因此被广泛采用于个人计算机的电源回路等。并且，以增大静电电容C为目的，提出了通过形成自然氧化学合成膜难的镍箔等的非可阀金属箔作为阴极箔使用，从而使阴极静电电容被实质地无限放大的技术。并且，这种技术内容已被(日本)特公平4-7086号公报公开。

另外，在非可阀金属的简易箔中，由于不能进行基于浸蚀处理的粗面化阴极箔和固体电解质之间的有效的接触面积减少，则使作为电容器完成品的等效串联电阻值增大。所以，提出了使用在基于浸蚀处理使表面粗面化的铝箔的表面上覆盖通过无电解电镀法将作为非可阀金属的镍的镀覆膜而形成的阴极箔的技术的提案。还有，这种技术内容已被(日本)登录专利3439064号公报公开。

在上述现有的固体电解质电容器中，将镍箔作为阴极箔使用。但是，和普通的作为阴极箔使用的铝箔相比镍箔比较昂贵。另外，在基于浸蚀处理使表面粗面化的金属箔的表面形成有镍的镀覆膜的作为现有技术的无电解镀覆法中，难以使镀覆膜的厚度变薄。由此，难以均匀地形成镍的镀覆膜至粗面化的细孔内部，另外，在1μm的厚度会埋藏有蚀痕。而且，通过存在于粗面化的金属箔的表面的氧化被膜也难以确保与镍镀覆膜的粘结强度。

发明内容

本发明提供一种用简单的构成同时实现大电容化以及等效串联电阻的低电阻值，并且廉价且高可靠性的固体电解电容器。

本发明的电容器用电极箔具有：由可阀金属箔构成的基材；和形成于该基材表面的由所述镍和镍氧化物构成的镍层。

另外，本发明的固体电解电容器构成如下：通过将表面粗面化之后形成有电介体氧化被膜层的铝制的阳极箔和铝制的阴极箔在它们之间隔着隔离件卷绕而形成的元件；和由含浸于该元件的阳极箔和阴极箔之间的导电性高分子构成的固体电解质。并且，上述阴极箔用于本发明的电容器用电极箔。

制作将该电容器用电极箔用作阴极箔、将导电性高分子作为固体电解质使用的固体电解电容器时，阴极箔的静电电容削减而成为不显现，仅由阳极箔作为电容而被显现从而能够实现大幅度的电容扩大。另外，包含于上述镍层的镍氧化物由于是半导体而具有导电性，对于等效串联电阻值的降低有很大贡献。由于在镍层的表面存在镍氧化物，在对于隔离件碳化处理时和回流焊作业时的加热也几乎没有由于氧化而使等效串联电阻值上升的情况，因此，可实现防蚀性的提高，以及与固体电解质的粘结强度的提高。

另外，对上述镍层而言，通过利用蒸镀形成镀层时产生的热而形成作为可阀金属箔的铝、镍及氧的扩散层，所以可提高可阀金属箔和镍层之间的粘结强度。进而，容易大幅度减薄镍层的厚度。因此，能够用简单的构成同时实现廉价的大电容化以及等效串联电阻的低电阻值。

附图说明

图1A是表示本发明的实施方式1的电容器用电极箔的构成的剖视图。

图1B是表示本发明的实施方式1的电容器用电极箔的构成的截面的详细放大图。

图2是使用本发明的实施方式1的电容器用电极箔的固体电解电容器的局部剖视图。

图3是表示本发明的实施方式2的电容器用电极箔的构成的剖视图。

图中：1-基材(可阀金属箔)，1a-铝，2-镍层，2a-仅由镍构成的层，3-由铝氧化物(AL-O)构成的自然氧化被膜层，4-由镍氧化物(Ni-O)构成的氧化被膜层，5-由镍、铝、氧(Ni-AL-O)构成的扩散层。

具体实施方式

(实施方式1)

以下，对本发明的实施方式1的电容器用电极箔进行说明。

图1A是表示本发明的实施方式1的电容器用电极箔的构成的剖视图。在图1A中，基材1由作为可阀金属的铝箔构成。镍层2由分别形成于基材1的两面的表面的镍和镍氧化物构成。

图1B是表示本发明的实施方式1的电容器用电极箔的构成的截面的详细放大图。在图1B中，在由铝箔构成的基材1的表面上形成有铝1a和由氧化铝(AL-O)构成的自然氧化被膜层3。上述由镍和镍氧化物构成的镍层2通过仅由镍构成的层2a和由镍氧化物(Ni-O)构成的层4而形成。并且，在上述铝1a的氧化铝(AL-O)构成的自然氧化被膜层3和仅由镍构成的层2a之间至少一部分形成有由镍、铝、氧(Ni-AL-O)构成的扩散层5。

在这样构成的电容器用电极箔中，以厚度50μm的高纯度铝箔作为基材1使用，并且，通过在真空气氛中调整氧浓度后使镍的微粒子蒸镀到该基材1的表面，由此形成仅由镍构成的层2a和由镍氧化物构成的层4构成的镍层2(单面厚度是0.1μm)。还有，对于镍层2的形成而言，除上述蒸镀法以外，利用溅射法、CVD法等的干式制备法形成也可获得同样的效果。另外，如果使上述基材1变薄则可实现小型化，相反，如果使其变厚则能够降低等效串联电阻值。

对这样构成的本发明的实施方式1的电容器用电极箔而言，由包含于上述镍层2的镍氧化物构成的层4由于是半导体而具有导电性，对等效串联电阻值的降低有很大贡献。另外，基于由存在于镍层2的表面的镍氧化物构成的层4，可提高防蚀性。进而，制作将该电极箔作为阴极箔使用、将导电性高分子作为固体电解质使用的固体电解电容器时，可实现与固体电解质的粘结强度的提高。

对于基于上述蒸镀的镍层2而言，通过利用蒸镀形成镍层2时产生的热在铝1a的氧化铝(AL-O)构成的自然氧化被膜层3和仅由镍构成的层2a之间生成铝、镍及氧的合金。由此，可提高镍层2和基材1之间的粘结强度，并容易大幅度减少镍层2的厚度。因此，能够用简单的构成同时实现廉价的大电容化以及等效串联电阻的低电阻值。

还有，在本实施方式1中，上述镍层2的厚度以0.1μm/单面形成，但做成更薄的膜在技术方面没有任何问题，也能够充分得到其效果。另外，相反使厚度变厚，不仅不能得到更大的效果，成本也会变高。由此，镍层2的厚度是0.5μm/单面以下，优选，只要0.1μm/单面即充分。

图2是使用本发明的实施方式1的电容器用电极箔的固体电解电容器的局部剖视图。在图2中，该电容器用电极箔作为阴极箔12使用。阳极箔11由铝箔构成。另外，将阳极箔11的表面进行浸蚀处理，由此形成粗面化层。然后，在该粗面化层上通过化学合成处理形成电介体氧化被膜层。隔离件13由电解纸构成。在阳极箔11与阴极箔12之间隔着该隔离件13将其卷绕而形成电容器元件14。并且，将该电容器元件14加热后对上述隔离件13进行碳化处理。

在配设于上述电容器元件14的阳极箔11和阴极箔12之间的隔离件13上形成有由含浸形成的导电性高分子构成的固体电解质。并且，将分别与上述阳极箔11和阴极箔12接合并拉出到外部的阳极导线15和阴极导线16插通于封口构件18，从而插入于有底圆筒状的铝壳体17，并将铝壳体17的开口部密封。

还有，上述固体电解质通过如下所述的过程作为化学聚合性导电性高分子即聚乙烯二氧噻吩的固体电解质形成，所述过程为：向包含作为杂环式单体的3，4-亚乙二氧基噻吩1份(重量比率)、作为氧化剂的p-甲苯磺酸铁2份、作为聚合溶剂的n-正丁醇4份而成的溶液中，浸渍电容器元件14之后捞起，然后在85℃下放置60分钟。但是，本发明并不限定于此。

将测定这样进行制作的固体电解电容器的电容和等效串联电阻值而得的结果，与作为比较例的现有品(将经浸蚀处理的铝箔用作阴极箔，不形成镍层)进行比较，如表1所示。

(表1)

	电容(μF)	等价串联电阻值(mΩ)
			实施方式1	1370	4.5
现有品	510	8.0

由表1可明确，对本实施方式1的电容器用电极箔而言，将该电容器的电极箔用作阴极箔12，在制作将导电性高分子作为固体电解质的固体电解电容器的情况下，与现有品比较发挥的电容约是2.7倍，等效串联电阻值约为1/2的优越性能。这是由于，在阴极箔12的表面(两面)形成有由镍和镍氧化物构成的镍层2的构成，阴极箔12的静电电容削减，只有阳极箔11作为电容显现的缘故。由此，能够同时实现电容的大幅扩大和等效串联电阻值的大幅降低。

另外，由包含在上述镍层2的镍氧化物构成的层4由于是半导体具有导电性，对于等效串联电阻的降低有很大贡献。对应于隔离件13碳化处理时和回流焊作业时的加热几乎没有由于氧化而等效串联电阻值上升，由于存在于镍层2的表面的镍氧化物，可实现防蚀性的提高，以及与固体电解质的粘结强度的提高。

并且，对基于上述蒸镀而成的镍层2而言，通过基于蒸镀而成的镍层2形成时产生的热在由铝1a的氧化铝(Al-O)构成的自然氧化被膜层3和仅由镍构成的层2a之间生成镍、铝及氧的合金，由此镍层2与阴极箔12的粘结强度变高。另外，由于能够将镍层2的厚度大幅度变薄，所以，能够用简单的构成同时实现廉价的大电容化以及等效串联电阻的低电阻值。

还有，在本实施方式1中，上述镍层2的厚度以0.1μm/单面而形成，但做成更薄在技术方面没有任何问题，也能够充分得到其效果。另外，相反即使厚度变厚，不仅不能得到更大的效果，成本也会变高。由此，镍层2的厚度是0.5μm/单面以下，优选是0.1μm/单面即可。

另外，在本实施方式1中，说明了将纤维素纤维作为主体的电解纸构成的隔离件13进行碳化处理作为隔离件13使用的示例。但是，本发明并不限定于此，即使以纤维素纤维作为主体的电解纸利用纸力增强处理(聚丙烯酰胺和其衍生物)或使用有机硅烷耦合剂的表面疏水处理方法，可以不进行在300℃左右的高温环境的碳化处理地获得作为目的的电容器特性。

并且，使用以合成纤维作为主体的隔离件13，纤维素纤维在纤维内部没有固体电解质的不均，可在电容器元件14内均匀地形成固体电解质。由此，能够使在高频区域的阻抗更低。对这样的合成纤维而言，相对于形成固体电解质时的聚合液，需要化学的稳定、耐热性优越的材料。优选是，例如，聚对苯二酸乙二醇脂、丙烯酸类、尼龙、聚乙烯醇或这些的衍生体。特别是对聚对苯二酸乙二醇脂及其衍生体、或与聚乙烯醇的纤维混抄中，由于与作为固体电解质的聚乙二氧撑噻吩(ポリエチレンジオキシチオフエン)的适应性好，所以可提高附着力、粘和性。由此，能够比将由以纤维素纤维作为主体的电解纸构成的隔离板13进行碳化处理后的物质，在高频区域的阻抗降低10％以上。

对上述隔离版13的碳化处理，使用了通过将卷绕的电容器元件14进行加热处理的示例进行了说明。但是，本发明并不限定于此，将隔离件13单独加热处理后进行碳化处理，然后使用该碳化处理结束的隔离件13进行卷绕，由此也能够制作电容器元件14。

并且，将由上述阳极箔11和阴极箔12分别引出的阳极导线15和阴极导线16穿过未图示的树脂制的座板，通过将导线部分折弯能够做成面安装型的固体电解电容器。

(实施方式2)

以下，对本发明的实施方式2的电容器用电极箔进行说明。

在本实施方式2中，与使用上述实施方式1的图2进行说明的固体电解电容器的阴极箔的构成有一部分不同。除此以外的部分和实施方式1相同，相同的部分用同一符号并省略其说明，以下只对不同的部分进行说明。

图3是表示本发明的实施方式2的电容器用电极箔的构成的剖视图。在图3中，将由用作阴极箔12的铝构成的基材1的表面通过浸蚀处理粗面化后形成粗面化层。并且，在该粗面化层的上面形成有由镍和镍氧化物构成的镍层2。

将测定这样构成的本实施方式2的固体电解电容器的电容和等效串联电阻值而得的结果，与作为比较例的现有品(将经浸蚀处理的铝箔用作阴极箔，并且不形成镍层)进行比较，如表2所示。

(表2)

	电容(μF)	等价串联电阻值(mΩ)
			实施方式2	1420	4.1
现有品	510	8.0

由表2可明确，本实施方式2的固体电解电容器用与实施方式1相同的现有品比较，发挥电容约是2.8倍，等效串联电阻值约为1/2的优越性能。这是由于，将作为阴极箔12的铝的表面进行浸蚀处理后形成粗面化层，并生成铝和镍及氧的合金，因此铝和镍层2的粘结强度高，所以可同时实现大电容化和等效串联电阻的低电阻值化。

(实施方式3)

以下，对本发明的实施方式3的电容器用电极箔进行说明。

在本实施方式3中，与使用上述实施方式1的图2进行说明的固体电解电容器的阴极箔的构成有一部分不同。除此以外的部分和实施方式1相同，相同的部分用同一符号并省略其说明，以下只对不同的部分进行说明。

在本实施方式3中，将由形成于阴极箔12的表面的镍和镍氧化物构成的镍层2仅形成于阴极箔12的单面的表面上。测定这样构成的本实施方式3的固体电解电容器的电容和等效串联电阻值而得的结果，与作为比较例的现有品(将经浸蚀处理的铝箔用作阴极箔，并且不形成镍层)进行比较，如表3所示。

(表3)

	电容(μF)	等价串联电阻值(mΩ)
			实施方式3	1350	6.2
现有品	510	8.0

由表3可明确，本实施方式3的固体电解电容器与现有品比较，发挥了电容约是2.6倍，等效串联电阻值约为3/4的优越性能。这些是均是由于，除了上述实施方式1同样的作用效果之外，如果将镍层2仅形成于阴极箔12的单面的表面，在没有形成镍层2的侧表面形成的铝的电介体氧化膜的静电电容也实质上被削减。

但是，由于镍层2的形成只在阴极箔12的单面的表面进行，所以与上述实施方式1比，等效串联电阻值增大，和现有品成为近似值。由此，镍层2的形成需要至少在单面的表面上进行形成。

本发明的固体电解电容器能够同时实现大电容化和等效串联电阻的低电阻值化，可用作所有领域的电容器。

Claims (11)

1.一种电容器用电极箔，具有：

由可阀金属箔构成的基材、和

形成于所述基材表面的镍层。

2.根据权利要求1所述的电容器用电极箔，其中，

所述镍层由仅由镍形成的层和由镍氧化物形成的层而构成。

3.根据权利要求2所述的电容器用电极箔，其中，

所述由镍氧化物形成的层，至少形成于所述仅由镍形成的层的外表面。

4.根据权利要求2所述的电容器用电极箔，其中，

所述可阀金属箔由铝箔构成，

在所述铝箔和所述仅由镍形成的层之间，形成有铝、镍及氧的扩散层。

5.根据权利要求2所述的电容器用电极箔，其中，

形成于所述基材表面的由所述仅由镍构成的层和所述镍氧化物构成的所述镍层的厚度为每个单面0.5μm以下。

6.根据权利要求1所述的电容器用电极箔，其中，

在所述可阀金属箔的表面上形成有被粗面化的粗面化层。

7.根据权利要求2所述的电容器用电极箔，其中，

形成于所述基材表面的所述仅由镍构成的层和所述由镍氧化物构成的所述镍层，形成于所述基材的至少单面。

8.一种固体电解电容器，其具有：

元件，其是通过将表面粗面化之后形成有电介体氧化被膜层的铝制阳极箔和铝制的阴极箔在它们之间隔着隔离件卷绕而形成；

固体电解质，其由含浸于所述元件的所述阳极箔和所述阴极箔之间的导电性高分子构成；

金属壳体，其收容所述元件和所述固体电解质；以及

封口构件，其密封所述金属壳体的开口部，

其中，

所述阴极箔是权利要求1所述的电容器用电极箔。

9.根据权利要求8所述的固体电解电容器，其中，

所述隔离件是以纤维素纤维作为主体的电解纸。

10.根据权利要求8所述的固体电解电容器，其中，

所述隔离件是将以纤维素纤维作为主体的电解纸进行碳化处理的碳化纸。

11.根据权利要求8所述的固体电解电容器，其中，

所述隔离件以合成纤维作为主体。

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