CN101425386A - 一种采用超声波制造铝电解电容器阳极箔的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及化成箔技术领域，特别涉及一种采用超声波制造铝电解电容器阳极箔的制备方法，包括以下步骤：纯水煮沸、化成处理、热处理、超声波磷酸钝化处理、再化成处理和后处理，所述的超声波磷酸钝化处理为热处理后的化成箔在磷酸槽液中进行超声波磷酸钝化处理；该工艺通过超声波对化成处理后箔片进行清洗，清除了氧化膜中的杂质和滞留在箔片孔洞中的空气，清理不牢固的氧化膜，使得氧化膜的质量得到明显改善；并且磷酸根在超声波的作用下能够深入到箔片孔洞底部，能够完全彻底的生成磷酸钝化膜，达到真正改善氧化膜的目的，提高氧化膜的质量，延长氧化膜的寿命。

Description

一种采用超声波制造铝电解电容器阳极箔的制备方法

技术领域：

本发明涉及化成箔技术领域，特别涉及一种采用超声波制造铝电解电容器阳极箔的制备方法。

背景技术：

电解电容器被广泛应用于电子等许多相关行业。科技的进步和工业的发展，对电解电容器在工频、低阻抗、长寿命等电气性能提出更高的要求。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中发生水合作用，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，还有可能发生安全事故。

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。所述的极强抑制作用类的钝化剂有磷酸根，因为正磷酸铝不溶于水，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，防止铝箔氧化膜和水分发生水合作用。磷酸铝膜抑制了水和铝的作用，提高了化成箔的耐水合性能，延长了化成箔的保存期限和电容器的工作寿命。

为此，通常是在化成工艺过程的中处理槽液中加入一定量的磷酸类钝化剂，进行化学中处理：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，在化学中处理过程，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，化学中处理在提高产品性能的同时也带来不可忽视的缺陷。首先，当化成电压达到较高值时，其表面生成的氧化膜较厚，在常规磷酸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，常规磷酸处理效率较低，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：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，而提供一种采用超声波制造铝电解电容器阳极箔的制备方法，该工艺通过超声波对化成处理后箔片进行清洗，清除了氧化膜中的杂质和滞留在箔片孔洞中的空气，清理不牢固的氧化膜，提高氧化膜的质量，延长氧化膜的寿命。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种采用超声波制造铝电解电容器阳极箔的制备方法，包括以下步骤：纯水煮沸、化成处理、热处理、超声波磷酸钝化处理、再化成处理和后处理，所述的超声波磷酸钝化处理为热处理后的化成箔在磷酸槽液中进行超声波磷酸钝化处理。

所述超声波磷酸钝化处理中超声波频率为是30～100KHz。

所述的超声波磷酸钝化处理时间为5秒～10分钟。

所述的磷酸槽液包括磷酸、磷酸铵盐和氨水。

所述的磷酸铵盐包括磷酸二氢铵或磷酸氢二铵。

所述的磷酸槽液中磷酸根的浓度为0.05～2.0mol/L。

所述的磷酸槽液的pH值为1.0～4.5。

所述的磷酸槽液温度范围为20～50℃。

中、高压阳极箔的制造流程为：采用纯度为99.99％的高压腐蚀箔，在纯水中煮沸6～15分钟，在1～10wt％、75～90℃硼酸和硼酸铵或硼酸钠水溶液中进行第一级、第二级、第三级、第四级化成，各级到达预定电压后分别恒定10～30分钟；然后进行热处理，热处理温度为450～520℃，时间为1～4分钟，接着将箔片置于磷酸槽液中进行超声波磷酸钝化处理，所述的磷酸槽液包括磷酸、磷酸铵盐和氨水，所述的磷酸槽液中磷酸根的浓度0.05～2.0mol/L，pH值1.0～4.5，磷酸槽液温度范围为20～50℃；超声波频率设置在30～100KHz进行超声波磷酸钝化处理，接着在1～10wt％、75～90℃硼酸和硼酸铵或硼酸钠水溶液中进行再化成，再化成后进行清洗后处理，最后烘干，测量相关参数。

低压阳极箔的制造流程为：采用99.8％的低压腐蚀箔，在纯水中煮沸6～15分钟，在70-90℃的3-20wt％的己二酸铵溶液中进行第一级、第二级化成，各级达到预定电压后，直接将箔片置于磷酸槽液中进行超声波磷酸钝化处理，所述的磷酸槽液包括磷酸、磷酸铵盐和氨水，所述的磷酸槽液中磷酸根的浓度0.05～2.0mol/L，pH值1.0～4.5，磷酸槽液温度范围为20～50℃；超声波频率设置在30～100KHz进行超声波磷酸钝化处理，，然后再在上述己二酸铵溶液中再化成，然后在温度为450～500℃下，热处理2分钟即可。

本发明的有益效果为：本发明包括以下步骤：纯水煮沸、化成处理、热处理、超声波磷酸钝化处理、再化成处理和后处理，所述的超声波磷酸钝化处理为热处理后的化成箔在磷酸槽液中进行超声波磷酸钝化处理；通过超声波换能器转成高频机械振荡(超声波)而传播到液体介质中，超声波在液体中的辐射，使液体震动而产生数以万计的微小气泡，这些气泡在超声波纵向传播形成的负压区产生、生长，而在正压区迅速闭合，在这种被称为空化效应的过程中，微小气泡闭合时可产生超过1000个大气压的瞬间高压。连续不断产生的瞬间高压，就像一连串小爆炸一样不断冲击箔片表面，使箔片表面及缝隙中的异物迅速剥落，从而达到清除箔片表面。

在铝电解电容器阳极箔生产过程采用超声波磷酸钝化处理后，槽中引入超声波主要是空化作用对箔片进行处理，以清除氧化膜中的杂质和滞留在箔片孔洞中的空气，清理不牢固的氧化膜，并且磷酸根的强烈振动使其能够深入到孔洞底部，能够完全彻底的生成磷酸钝化膜，达到真正改善氧化膜的目的，提高氧化膜的质量，延长氧化膜的寿命。

具体实施方式：

为了更好的理解本发明，下面结合实施例对本发明作进一步的阐述。

实施例1

采用高压用腐蚀箔，在纯水中煮沸处理12分钟。在5.0wt％硼酸、1.0wt％硼酸铵水溶液85℃下进行第一级化成，电流密度为20mA.cm^-2，电压到达200V时恒压8分钟；接着在5wt％硼酸、0.5wt％硼酸铵水溶液85℃下进行第二级化成，电流密度为20mA.cm^-2，电压到达400V时恒压10分钟；接着在5wt％硼酸、0.15wt％硼酸铵水溶液的混合溶液中在85℃下进行第三级化成，电流密度为20mA.cm^-2，电压到达520V时恒压15分钟；接着在5wt％硼酸、0.08wt％硼酸铵水溶液85℃下进行第四级化成，电流密度为20mA.cm^-2，电压到达580V时恒压30分钟。接着进行热处理，处理温度为480⁰C，时间为2.5分钟。接着进行超声波磷酸钝化处理，磷酸根浓度1.8mol/L、pH值1.4，温度为40℃、超声波处理30s，清洗干净后在上述第四级化成液中进行再化成；再进行清洗后处理，最后烘干测定相关的电参数；

比较例1

采用与实施例1同样的高压用腐蚀箔，在纯水中煮沸处理12分钟，在5.0wt％硼酸、1.0wt％硼酸铵水溶液85℃下进行第一级化成，电流密度为20mA.cm^-2，电压到达200V时恒压8分钟；接着在5wt％硼酸、0.5wt％硼酸铵水溶液85℃下进行第二级化成，电流密度为20mA.cm^-2，电压到达400V时恒压10分钟；接着在5wt％硼酸、0.15wt％硼酸铵水溶液的混合溶液中在85℃下进行第三级化成，电流密度为20mA.cm^-2，电压到达520V时恒压15分钟；接着在5wt％硼酸、0.08wt％硼酸铵水溶液85℃下进行第四级化成，电流密度为20mA.cm^-2，电压到达580V时恒压30分钟，接着进行热处理，温度为480℃，时间为2.5分钟；接着进行常规磷酸处理，磷酸根浓度为3.5mol/L，温度60℃、时间为7分钟，清洗干净后在上述第四级化成液中进行再化成；再进行清洗后处理，最后烘干测定相关的电参数；

实施例2

采用99.8％的低压腐蚀箔，纯水中煮沸6分钟，在75℃的5wt％的己二酸铵溶液中进行第一级、第二级化成，达到预定电压20v后进行超声波磷酸钝化处理，磷酸根浓度0.08mol/L，PH值为4.5，处理时间1分钟，处理温度25℃。然后再在上述己二酸铵溶液中再化成，500℃下热处理2分钟即可。

比较例2

采用与实施例2相同的低压腐蚀箔，纯水中煮沸6分钟，在75℃的5wt％的己二酸铵溶液中进行第一级、第二级化成，达到预定电压20v后进行常规磷酸钝化处理，磷酸根浓度0.8mol/L，处理时间3分钟，处理温度55℃。然后再在上述己二酸铵溶液中再化成，500℃下热处理2分钟即可；

实施例3

采用99.8％的低压腐蚀箔，纯水中煮沸6分钟，在85℃的7wt％的己二酸铵溶液中进行第一级、第二级化成，达到预定电压80v后进行超声波磷酸钝化处理，磷酸根浓度0.12mol/L，PH值为3.0，处理时间50秒，处理温度35℃。然后再在上述己二酸铵溶液中再化成，500℃下热处理2分钟即可。

比较例3

采用与实施例3同样的99.8％的低压腐蚀箔，纯水中煮沸6分钟，在85℃的7wt％的己二酸铵溶液中进行第一级、第二级化成，达到预定电压80v后常规磷酸钝化处理，磷酸根浓度1.5mol/L，处理时间5分钟，处理温度65℃。然后再在上述己二酸铵溶液中再化成，500℃下热处理2分钟即可。

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

表1：本发明和常规的处理工艺得到化成箔性能的对比

 

项目	处理条件	Tr60(s)	Tr(s)	折弯
					实施例1	磷酸根1.8mol/L、温度为40℃、超声波处理30秒	20	141	162
比较例1	磷酸根3.5mol/L、温度为60℃、处理时间为7分钟	38	166	156
					实施例2	磷酸根0.08mol/L、处理温度	18	45	98

 

	25℃、处理时间1分钟
					比较例2	磷酸根0.8mol/L，处理温度55℃，处理时间3分钟，	35	68	80
实施例3	磷酸根0.12mol/L，处理温度35℃，处理时间50秒	25	56	105
					比较例3	磷酸根1.5mol/L，处理温度65℃，处理时间5分钟	37	78	90

上表中Tr：升压时间。根据[皮膜耐电压试验法]中的电流开始通电起化成箔的印加电压上升至额定皮膜耐电压(Vf)的90％时的时间；

Tr60：测试比容后水煮60分钟后测定的升压时间。可观察其耐水合性的优劣，越低箔片性能越好。

Tr、Tr60联合看化成箔氧化膜的整体质量，越低箔片性能越好。

折弯：化成箔的折曲强度，折弯强度越高箔片性能越好。

从表1对比可以看出本发明的Tr60较比较例大大降低，说明本发明耐水合性的优好；本发明的Tr较比较例大大降低，说明本发明耐水合性的优好；本发明的折弯较比较例高，说明本发明的折曲强度好。

Claims (8)

1、一种采用超声波制造铝电解电容器阳极箔的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：纯水煮沸、化成处理、热处理、超声波磷酸钝化处理、再化成处理和后处理，所述的超声波磷酸钝化处理为热处理后的化成箔在磷酸槽液中进行超声波磷酸钝化处理。

2、根据权利要求1所述的一种采用超声波制造铝电解电容器阳极箔的制备方法，其特征在于：所述超声波磷酸钝化处理中超声波频率为是30～100KHz。

3、根据权利要求1所述的一种采用超声波制造铝电解电容器阳极箔的制备方法，其特征在于：所述的超声波磷酸钝化处理时间为5秒～10分钟。

4、根据权利要求1所述的一种采用超声波制造铝电解电容器阳极箔的制备方法，其特征在于：所述的磷酸槽液包括磷酸、磷酸铵盐和氨水。

5、根据权利要求4所述的一种采用超声波制造铝电解电容器阳极箔的制备方法，其特征在于：所述的磷酸铵盐包括磷酸二氢铵或磷酸氢二铵。

6、根据权利要求4所述的一种采用超声波制造铝电解电容器阳极箔的制备方法，其特征在于：所述的磷酸槽液中磷酸根的浓度为0.05～2.0mol/L。

7、根据权利要求4所述的一种采用超声波制造铝电解电容器阳极箔的制备方法，其特征在于：所述的磷酸槽液的pH值为1.0～4.5。

8、根据权利要求4所述的一种采用超声波制造铝电解电容器阳极箔的制备方法，其特征在于：所述的磷酸槽液温度范围为20～50℃。