CN101425384B - 一种低压用铝电解电容器化成箔的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种低压用铝电解电容器化成箔的制造方法，铝箔在化成步骤中分别加入两种新的处理剂，一种是亚磷酸，另一种为氨基三亚甲基三膦酸(ATMP)，将生成氧化膜的铝箔放入亚磷酸稀溶液中进行化学处理，在铝箔的表面生成一层磷化铝膜，提高箔片的耐水合性，将铝箔片在ATMP溶液中化成，不仅能保证生成耐水合磷化膜而且化成的箔片钝化处理效率高，钝化处理的覆盖更加全面、彻底，氧化膜的溶解性较低，可以得到很好的耐水性膜同时使铝箔获得较高的静电容量。

Description

一种低压用铝电解电容器化成箔的制造方法

技术领域：

本发明涉及一种电容器用化成箔的制造方法，特指一种低压用铝电解电容器用阳极箔的制造方法。

背景技术：

电解电容器被广泛应用于电子等许多相关行业。现在，科技进步和工业的发展，对电解电容器在工频、低阻抗、长寿命等方面提出更高的要求。随着电子产业的发展，电子产品越来越小型化、便携化，因此各种电子元器件趋于微小型方向发展，电容器也不例外。铝电解电容器的体积主要受到阳极箔(即化成箔)的静电容量的制约。阳极箔的静电容量越高，电容器的体积就可以做得越小。阳极箔的静电容量与阳极氧化膜的介电常数、比表面积成正比；与氧化膜的厚度成反比。氧化膜的厚度取决于电容器的工作电压，根据整机的需要而定。为了提高阳极箔的静电容量，通常是采用提高电极箔的比表面积和氧化膜的介电常数的方法，腐蚀工艺技术即是提高比表面积的方法。在化成工艺技术处理后，电极箔上生成主要成分为氧化铝的氧化膜，这种工艺所制造出来的氧化铝膜，其介电常数为8-10，此时电极箔的静电容量、工作电压都已经确定。

为了达到电解电容器更高的电气性能，在电容器中往往需要采用高水分含量的电解液，但是，在高温下，铝箔氧化膜尤其是阳极箔氧化膜会和水分发生水合作用，从而在阳极箔表面生成氢氧化铝，导致阳极箔耐电压下降、漏电流增大，甚至会在电容器中产生氢气，造成内压上升，出现外壳鼓壳乃至爆壳，影响到电解电容器乃至整个电器系统的电气性能、工作寿命，甚至使用安全。

为解决上述问题，目前业界已经广泛采取钝化措施来防止铝箔氧化膜和水分发生水合作用。一般而言，按照阴离子对铝与水反应的抑制、钝化程度不同，一般物质可分为四类即：无抑制作用类、中等抑制作用类、强抑制作用类和极强抑制作用类。其中，正磷酸铝不溶于水，铝箔氧化膜表面的正磷酸铝结构与低温石英晶型相同，是稳定的正四面体结构，所以磷酸根属于极强抑制作用类的钝化剂；磷酸铝膜抑制了水和铝的作用，表观上提高了化成箔的耐水合性能(其测试机理表现为测后水煮条件下和直接水煮条件下，外加电场在致密磷酸铝膜两面建立电压的时间即升压时间更短)，延长了化成箔的保存期限和电容器的工作寿命。

为此，目前业界通常是在化成工艺过程的后处理以及后处理槽液中加入一定量的磷酸类钝化剂，如磷酸等来进行化学后处理：即是在化成箔到达最高化成电压(俗称印加电压)后，将其置入磷酸中浸泡一定时间，在化学后处理过程，磷酸溶解了一部分的氧化铝膜，生成磷化膜。这些物质可使得铝氧化膜对水化敏感程度降低，从而起到钝化作用，提高了化成箔及其电容器产品的耐水合性。但是，化学后处理在提高产品性能的同时也有不可忽视的缺陷。首先，当化成电压达到较高值时，因低压化成箔的孔洞为非直孔的海绵状孔洞，其表面生成的氧化膜较厚，在化学后处理时磷酸根无法扩散进入到孔洞内部、从而造成钝化处理难以全面和彻底的覆盖；其次，由于化学后处理效率较低，而为了达到较好的效果往往提高浓度和温度，这样会损失一部分的静电容量，使静电容量和耐水合性不可兼得。

发明内容：

为了克服已有技术存在的不足，本发明提供了一种低压用铝电解电容器化成箔的制造方法，包括在化成步骤中分别加入两种新的处理剂，一种是亚磷酸，另一种为氨基三亚甲基三膦酸。亚磷酸为白色固体，在水中溶解度极大，亚磷酸是一种二元中强酸。将生成氧化膜的铝箔放入亚磷酸稀溶液中进行化学处理，在铝箔的表面生成一层磷化铝膜，其不溶于水，是一种很好的耐水性膜，可以提高箔片的耐水合性。同时在亚磷酸分子中有一个磷氢键即P---H键容易被氧原子进攻，这样在再化成阶段有利于箔片氧化膜进一步提高质量，最终提高箔片的耐压值。其结构式如下：

氨基三亚甲基三膦酸，又称“氨基三甲叉膦酸”，简称ATMP，英文名称：Amino trimethylene phosphonic acid，是一种有机多元膦酸。分子式为：N(CH₂PO(OH)₂)₃，相对分子质量：299.05，pH值(1％水溶液)：1.5～2.5。结构式如下：

将箔片在ATMP中化成，不仅能保证生成耐水合磷化膜而且具有如下的优点：钝化处理效率高，钝化处理的覆盖更加全面、彻底，氧化膜的溶解性较低，可以得到很好的耐水性膜同时使箔获得较高的静电容量。

为此，本发明解决方案是一种低压用铝电解电容器化成箔制造方法，其内容包括如下步骤：

1.将低压腐蚀箔在己二酸铵溶液中进行化成处理；化成有二级或三级两种，最高化成电压为20V；

2.将箔片在亚磷酸中浸泡处理，然后纯水清洗；

3.将箔片在己二酸铵溶液中按照步骤1的最高化成电压进行化成处理；

4.将化成后的箔片进行纯水清洗并在空气氛围中进行高温热处理；

5.将箔片在己二酸铵和磷酸二氢氨的混合溶液中再次进行化成处理；

6.将箔片在ATMP溶液中用步骤1的最高电压进行化成处理；

7.将箔片再次进行清洗并在空气氛围下热处理。

其中，步骤1所述己二酸铵溶液是己二酸铵的水溶液，由纯水与己二酸铵配制而成，纯水电阻率≥2MΩ.cm；己二酸铵为电容级，浓度为0.1-1.2mol/L，温度为60-95℃。

其中，步骤2所述亚磷酸纯度为工业纯；亚磷酸的温度范围为40-70℃；浓度范围为0.002-0.08mol/L；时间1-6分钟。

其中，步骤4所述空气氛围下的热处理，其温度为450-550℃，时间为1.5-3.0分钟；

其中，步骤5所述己二酸铵与磷酸二氢氨混合溶液，其配比为：磷酸二氢氨：1.0×10^-5-1.0×10^-6mol/L，己二酸铵：0.1-1.2mol/L。温度为60-95℃。

其中，步骤6所述ATMP溶液为氨基三亚甲基三膦酸溶液，浓度为1.0×10^-3-1.5×10^-4mol/L，温度为20-60℃，处理时间1-5分钟。

本发明的有益效果在于：一种低压用铝电解电容器化成箔的制造方法，包括在化成步骤中分别加入两种新的处理剂，一种是亚磷酸，另一种为氨基三亚甲基三膦酸(ATMP)，将生成氧化膜的铝箔放入亚磷酸稀溶液中进行化学处理，在铝箔的表面生成一层磷化铝膜，提高箔片的耐水合性，将铝箔片在ATMP中化成，不仅能保证生成耐水合磷化膜而且化成的箔片钝化处理效率高，钝化处理的覆盖更加全面、彻底，氧化膜的溶解性较低，可以得到很好的耐水性膜同时使铝箔获得较高的静电容量。

具体实施方式：

为了更好的理解本发明，用实施例来进一步描述：

实施例1：

按照本发明的方法制作最高化成电压为20V的箔片，具体方法如下：

1)将低压腐蚀箔在75℃、0.4mol/己二酸铵溶液中进行化成处理，分成三级进行，电压分别为一级：20V×40％＝8V；二级：20V×80％＝16V；三级：20V×100％＝20V即最高化成电压20V；

2)将箔片在60℃、0.02mol/L的亚磷酸溶液中浸泡处理2分钟，然后纯水清洗；

3)将箔片在1)的槽液中再次进行化成处理，化成电压20V；

4)将化成后的箔片进行清洗并在空气氛围中进行热处理，温度为500℃，时间为2分钟；

5)将箔片再次化成处理，化成电压20V；所用溶液为75℃、0.4mol/L己二酸铵和1.5×10^-5mol/L磷酸二氢氨的混合溶液；

6)将箔片在浓度为1.0×10^-4mol/L，温度为30℃的ATMP溶液中进行最高电压化成2分钟；

7)将化成后的箔片进行清洗并在空气氛围中进行热处理，温度为480℃，时间为2分钟。

比较例：

对比样品按照原有生产工艺进行处理，目前市场上的低压化成箔产品均是按照此工艺进行处理的。其最高化成电压仍为20V，处理过程如下：

1)将低压腐蚀箔在75℃、0.4mol/L己二酸铵溶液中进行化成处理，分成三级进行，其中每级的电压如下所示：

一级：20V×40％＝8V；二级：20V×80％＝16V；三级：20V×100％＝20V即最高化成电压20V；

2)将箔片在60℃、0.25mol/L的磷酸溶液中浸泡处理2分钟，然后纯水清洗；

3)将箔片在1)的槽液中再次进行化成处理，化成电压20V；

4)将化成后的箔片进行清洗并在空气氛围中进行热处理，温度为500℃，时间2分钟；

5)将箔片在60℃、0.2mol/L的磷酸二氢铵溶液中进行浸泡处理3分钟，然后清洗，120℃下烘干即可。

分别对两种成品进行测试，测试方法按SJ/T11140标准进行，测试结果列于表1中。

实施例2：

照本发明的方法制作最高化成电压为20V的箔片，具体方法如下：

1)将低压腐蚀箔在75℃、0.4mol/L己二酸铵溶液中进行化成处理，分成二级进行，电压分别为一级：20V×50％＝10V；二级：20×100％＝20V即最高化成电压20V；

2)将箔片在60℃、0.02mol/L的亚磷酸溶液中浸泡处理2分钟，然后纯水清洗；

3)将箔片在1)的槽液中再次进行化成处理，化成电压20V；

4)将化成后的箔片进行清洗并在空气氛围中进行热处理，温度为500℃，时间2分钟；

5)将箔片再次化成处理，所用溶液为75℃、0.4mol/L己二酸铵和1.5×10^-5mol/L磷酸二氢氨的混合溶液；化成电压20V；

6)将箔片在浓度为1.0×10^-4mol/L，温度为30℃的ATMP溶液中进行最高电压化成2分钟；

7)将化成后的箔片进行清洗并在空气氛围中进行热处理，温度为480℃，时间为2分钟。

比较例：

同样的对比样品按照原有的生产工艺进行处理，目前市场上的低压化成箔产品均是按照此工艺进行处理的。其最高化成电压仍为20V。处理过程如下：

1)将低压腐蚀箔在75℃、0.4mol/L己二酸铵溶液中进行化成处理，分成二级进行，其中每级的电压如下所示：

一级：20V×50％＝10V；二级：20V×100％＝20V即最高化成电压20V；

2)将箔片在60℃、0.25mol/L的磷酸溶液中浸泡处理2分钟，然后纯水清洗；

3)将箔片在1)的槽液中再次进行化成处理，化成电压20V；

4)将化成后的箔片进行清洗并在空气氛围中进行热处理，温度为500℃，时间2分钟；

5)将箔片在75℃、0.2mol/L的磷酸二氢铵溶液中进行浸泡处理3分钟，然后清洗，120℃下烘干即可。

分别对两种成品进行测试，测试方法按SJ/T11140标准进行，测试结果列于表1中。

测试结果为表1：

(注：CV积，指的是箔片的比容和箔片的到达电压的乘积)

从上表的本发明工艺和原工艺的测试结果对比上来看，本发明得到的铝箔的到达电压明显的比原工艺的高，最终导致本发明工艺得到的箔的CV积较原工艺箔的CV积有4％以上的提高。同时从对比数据上我们还可以看到，本发明工艺得到的箔测后煮时间明显比原工艺要短5秒以上，这说明本发明工艺化成箔在氧化膜质量的一个重要指标耐水性上有很大的提高，从中推测其在做出电容器后也会有更长的寿命。

Claims (6)

1.一种低压用铝电解电容器化成箔的制造方法，包括如下步骤：

a.将低压腐蚀箔在己二酸铵溶液中进行化成处理，化成电压有二级或三级两种，最高化成电压为20V；

b.将经过步骤a处理的箔片在亚磷酸中浸泡处理，然后纯水清洗；

c.将经过步骤b处理的箔片在己二酸铵溶液中按照步骤a的最高化成电压进行化成处理；

d.将经过步骤c处理的箔片进行清洗并在空气氛围中进行高温热处理；

e.将经过步骤d处理的箔片在己二酸铵和磷酸二氢氨的混合溶液中再次进行化成处理；

f.将经过步骤e处理的箔片在ATMP溶液中用步骤a的最高化成电压进行化成处理；

g.将经过步骤f处理的箔片再次进行清洗并在空气氛围下热处理。

2.如权利要求1所述的一种低压用铝电解电容器化成箔的制造方法，其特征在于：所述己二酸铵溶液是己二酸铵的水溶液，由纯水与己二酸铵配制而成，纯水电阻率≥2MΩ.cm；己二酸铵为电容级，浓度为0.1-1.2mol/L，温度为60-95℃。

3.如权利要求1所述的一种低压用铝电解电容器化成箔的制造方法，其特征在于：所述亚磷酸纯度为工业纯；用亚磷酸浸泡处理的温度范围为40-70℃；浓度范围为0.002-0.08mol/L；时间为1-6分钟。

4.如权利要求1所述的一种低压用铝电解电容器化成箔的制造方法，其特征在于：所述空气氛围下的热处理，其温度为450-550℃，时间为1.5-3.0分钟。

5.如权利要求1所述的一种低压用铝电解电容器化成箔的制造方法，其特征在于：所述己二酸铵与磷酸二氢氨混合溶液，其配比为：磷酸二氢氨：1.0x10^-5-1.0x10^-6mol/L，己二酸铵：0.1-1.2mol/L，温度为60-95℃。

6.如权利要求1所述的一种低压用铝电解电容器化成箔的制造方法，其特征在于：所述的ATMP溶液为氨基三亚甲基三膦酸溶液，浓度为1.0x10^-3-1.5×10^-4mol/L，温度为20-60℃，处理时间1-5分钟。