CN101533715B - 高能钽混合电容器用阴极材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

高能钽混合电容器用阴极材料及其制备方法，包括由钽箔制作成的阴极基体材料，在钽箔制作成的阴极基体材料的表面涂敷有无定形金属氧化物和超细活性炭粉的复合材料，且表面涂敷的复合阴极材料和注入的电解质之间形成电化学电容器。所述的涂敷在钽箔上的无定形氧化物为复合材料，所述的复合材料物质组成为：以吡咯烷酮类物质为溶剂，以氟乙烯的均聚物为粘合剂，以多种金属氧化物和超细炭粉组成复合材料。所述的复合材料组成按重量百分比为：吡咯烷酮为56％～73％；氟乙烯聚合物为5％～10％；超细活炭粉为2％～5％；多种金属氧化物为20％～29％。

Description

高能钽混合电容器用阴极材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种电容器用材料及其制作方法，尤其是指一种以钽电解电容器和电化学电容器组成的高能混合电容器的阴极材料及其制备方法。
背景技术
目前，公知非固体钽电解电容器都是在金属外壳的内壁通过电镀或化学镀一层致密的、多孔状的Pt，来提高阴极面积、增加容量引出。而钽电解电容器向小型化、大容量、低阻抗、低ESR方向发展，传统的阴极材料和制备方法已难以满足要求。因此，阴极材料性能的改进刻不容缓。对于体积小、储存能量大的电容器，为了满足产品的贮能特性，阴极材料的处理也是非常重要的，我们知道，电解电容器的阴极是指电解质，而与电解质接触的导电金属作电容器的引出负极，在负极上生成的电容量称负极电容量，对高能钽混合电容器来说，如果阳极基体的有效面积很大，而负极没有经过特殊处理，则表面积要比阳极小的多，这将会影响产品电容量的最后引出，故阴极电容量效果好坏很重要，所以很有必要对非固体钽电解电容器的阴极进一步加以研究。
发明内容
本发明的目的在于针对现有钽混合电容器的阴极与阳极不相适应的不足，提出一种适于制造小体积、大容量、低ESR的液体钽电解电容器用的阴极材料及其制作方法，按照该方法所生产的钽混合电容器的阴极具有同体积的情况下，钽混合电容器阴极的容量却更大，且可靠性好、性能稳定、寿命长。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种钽混合电容器用阴极材料，所述的钽混合电容器用阴极材料，包括由钽箔制作成的阴极基体材料，其特别之处在于，在钽箔制作成的阴极基体材料的表面涂敷有无定形金属氧化物和超细活性炭粉的复合材料，且表面涂敷的复合阴极材料和注入的电解质之间形成电化学电容器。所述的涂敷在钽箔上的无定形氧化物为复合材料，所述的复合材料物质组成为：以吡咯烷酮类物质为溶剂，以氟乙烯的均聚物为粘合剂，以多种金属氧化物和超细炭粉组成复合材料。所述的复合材料组成按重量百分比为：吡咯烷酮为56％～73％；氟乙烯聚合物为5％～10％；超细活炭粉为2％～5％；多种金属氧化物为20％～29％。
在钽箔阴极基体材料上涂敷无定形氧化物的工艺包括如下步骤：
(1)去氧清洗：按去离子水、硝酸、氢氟酸组成的酸性溶液，将阴极钽箔放入溶液中浸泡1h～2h后取出，用去离子水煮洗干净，放入100℃～125℃烘箱中烘干。
(2)材料配制：具体操作：将一干净小烧杯，放入电子秤中，待电子秤清零后，按照所确定的重量百分比往小烧杯中加入所需量的吡咯烷酮类溶剂，再称取所需的氟乙烯粘接剂，倒入烧杯中用玻璃棒搅拌均匀；后加入所需的超细活碳粉和多种金属氧化物粉末经过工艺搅匀，即可制得涂敷到阴极片上的无定形氧化物复合材料涂敷溶液。
(3)涂抹阴极片；取(1)所述阴极钽箔，将无定形氧化物复合材料涂到阴极钽箔的二面，放入红外干燥箱中烘干后，然后送入烘箱中烘烤2～4h。
(4)待冷却后，取全部的阴极片进行高温烧结。工艺条件为：温度(T)＝300～800℃、时间(t)＝15～20min。热处理后即制得表面涂敷有无定形氧化物的钽混合电容器用阴极材料。
本发明的优点在于从材料和工艺角度出发，在制作钽混合电容器用阴极材料时采用了特殊的处理工艺方法，在阴极基体材料的表面涂敷有无定形金属氧化物和超细活性炭粉的复合材料，且表面涂敷的复合阴极材料和注入的电解质之间形成电化学电容器，有效的扩大了阴极比容表面积，确保产品的超级容量和ESR等参数的要求。
具体实施方式
下面将结合具体实施例对本发明做进一步的描述。
实施例一
一种钽混合电容器用阴极材料，所述的钽混合电容器用阴极材料，包括由钽箔制作成的阴极基体材料，其特别之处在于，在钽箔制作成的阴极基体材料的表面涂敷有无定形氧化物。表面涂敷有无定形氧化物的阴极和注入的电解质之间形成电化学电容器。其涂敷在钽箔上的无定形氧化物为复合材料，所述的复合材料组成按重量百分比为：吡咯烷酮类溶剂为73％；聚氟乙烯类聚合物为5％；超细活炭粉为2％；RuO2、CuO和NiO2等金属氧化物为20％。
在钽箔阴极基体材料上涂敷无定形氧化物的工艺包括如下步骤：
(1)去氧清洗：按去离子水、硝酸、氢氟酸组成的酸性溶液，将阴极钽箔放入溶液中浸泡1h～2h后取出，用去离子水煮洗干净，放入100℃～125℃烘箱中烘干。
(2)按无定形氧化物复合材料的重量百分比(吡咯烷酮为75％；聚氟乙烯类聚合物为5％；超细活炭粉为2％；RuO2、CuO和NiO2等为20％)配制涂敷阴极片的溶液。具体操作：将准备放置无定形氧化物复合材料的涂敷溶液装置烘干后，放入电子秤中，待电子秤清零后，按照所确定的重量百分比往涂敷溶液装置中加入所需的吡咯烷酮，然后再称取所需的聚氟乙烯类聚合物，倒入烧杯中用玻璃棒搅拌均匀；后加入所需的超细活碳粉和RuO2、CuO和NiO2充分搅匀；即可制得涂敷到阴极片上的无定形氧化物复合材料涂敷溶液。
(3)涂抹阴极片；取(1)所述阴极钽箔，将无定形氧化物复合材料涂到阴极钽箔的二面，放入红外干燥箱中烘干后，然后送入烘箱中烘烤2～4h。
(4)待冷却后，取全部的阴极片进行高温烧结。工艺条件为：温度(T)＝800±50℃、℃、时间(t)＝15～20min。热处理后即制得表面涂敷有无定形氧化物的高能钽混合电容器用阴极材料。
实施例二
一种高能钽混合电容器用阴极材料，所述的高能钽混合电容器用阴极材料，包括由钽箔制作成的阴极基体材料，其特别之处在于，在钽箔制作成的阴极基体材料的表面涂敷有无定形氧化物。表面涂敷有无定形氧化物的阴极和注入的电解质之间形成电化学电容器。其涂敷在钽箔上的无定形氧化物为复合材料，所述的复合材料组成按重量百分比为：吡咯烷酮类溶液为56％；氟乙烯均聚物类为10％；超细活炭粉为5％；RuO2、Al2O3和NiO2为29％。
在钽箔阴极基体材料上涂敷无定形氧化物的工艺包括如下步骤：
(1)去氧清洗：按去离子水、硝酸、氢氟酸组成的酸性溶液，将阴极钽箔放入溶液中浸泡1h～2h后取出，用去离子水煮洗干净，放入100℃～125℃烘箱中烘干。
(2)按无定形氧化物复合材料的重量百分比(吡咯烷酮为56％；氟乙烯均聚物类为10％；超细活炭粉为5％；RuO2、Al2O3和NiO2为29％。)配制涂敷阴极片的溶液。具体操作：将准备放置无定形氧化物复合材料的涂敷溶液装置烘干后，放入电子秤中，待电子秤清零后，按照所确定的重量百分比往涂敷溶液装置中加入所需的吡咯烷酮，再称取所需的氟乙烯均聚物，倒入烧杯中用玻璃棒搅拌均匀；后加入所需的超细活碳粉和RuO2、Al2O3和NiO2充分搅匀；即可制得涂敷到阴极片上的无定形氧化物复合材料涂敷溶液。
(3)涂抹阴极片；取(1)所述阴极钽箔，将无定形氧化物复合材料涂到阴极钽箔的二面，放入红外干燥箱中烘干后，然后送入烘箱中烘烤2～4h。
(4)待冷却后，取全部的阴极片进行高温烧结。工艺条件为：温度(T)＝500±50℃、时间(t)＝15～20min。高温处理后即制得表面涂敷有无定形氧化物的高能钽混合电容器用阴极材料。
实施例三
一种钽混合电容器用阴极材料，所述的钽混合电容器用阴极材料，包括由钽箔制作成的阴极基体材料，其特别之处在于，在钽箔制作成的阴极基体材料的表面涂敷有无定形氧化物。表面涂敷有无定形氧化物的阴极和注入的电解质之间形成电化学电容器。其涂敷在钽箔上的无定形氧化物为复合材料，所述的复合材料组成按重量百分比为：吡咯烷酮类溶剂为63％；氟乙烯均聚物为7％；超细活炭粉为3％；RuO2和NiO2为27％。
在钽箔阴极基体材料上涂敷无定形氧化物的工艺包括如下步骤：
(1)去氧清洗：按去离子水、硝酸、氢氟酸组成的酸性溶液，将阴极钽箔放入溶液中浸泡1h～2h后取出，用去离子水煮洗干净，放入100℃～125℃烘箱中烘干。
(2)按无定形氧化物复合材料的重量百分比(吡咯烷酮为63％；氟乙烯均聚物为7％；超细活炭粉为3％；RuO2和NiO2为27％)配制涂敷阴极片的溶液。具体操作：将准备放置无定形氧化物复合材料的涂敷溶液装置烘干后，放入电子秤中，待电子秤清零后，按照所确定的重量百分比往涂敷溶液装置中加入所需的吡咯烷酮类溶剂，再称取所需的氟乙烯均聚物，倒入烧杯中用玻璃棒搅拌均匀；后加入所需的超细活碳粉和RuO2、NiO2充分搅匀；即可制得涂敷到阴极片上的无定形氧化物复合材料涂敷溶液。
(3)涂抹阴极片；取(1)所述阴极钽箔，将无定形氧化物复合材料涂到阴极钽箔的二面，放入红外干燥箱中烘干后，然后送入烘箱中烘烤2～4h。
(4)待冷却后，取全部的阴极片进行高温烧结。工艺条件为：温度(T)＝300±50℃、℃、时间(t)＝15～20min。高温处理后即制得表面涂敷有无定形氧化物的高能钽混合电容器用阴极材料。

Claims (4)

1.一种高能钽混合电容器用阴极材料，所述的高能钽混合电容器用阴极材料包括由钽箔制作成的阴极基体材料，其特征在于：在钽箔制作成的阴极基体材料的表面涂敷有吡咯烷酮类溶剂、氟乙烯聚合物、超细活性炭粉末，以及RuO2、CuO和NiO2或RuO2、Al2O3和NiO2或RuO2和NiO2所形成的金属氧化物。
2.如要求1所述的高能钽混合电容器用阴极材料，其特征在于：所述的吡咯烷酮类溶剂为分析纯，氟乙烯聚合物为分析纯，超细活性炭粉末为高比表面积纤维炭，RuO2、CuO和NiO2或RuO2、Al2O3和NiO2或RuO2和NiO2所形成的金属氧化物为分析纯超细粉末。
3.如权利要求2所述的高能钽混合电容器用阴极材料，其特征在于：所述吡咯烷酮类溶剂、氟乙烯聚合物、超细活性炭粉末和金属氧化物按重量百分比为：吡咯烷酮为56％～73％；氟乙烯均聚物为5％～10％；超细活炭粉为2％～5％；RuO2、CuO和NiO2或RuO2、Al2O3和NiO2或RuO2和NiO2所形成的金属氧化物为20％～29％。
4.一种高能钽钽混合电容器用阴极材料制作方法，其特征在于：在钽箔阴极基体材料上涂敷吡咯烷酮类溶剂、氟乙烯聚合物、超细活性炭粉末，以及RuO2、CuO和NiO2或RuO2、Al2O3和NiO2或RuO2和NiO2所形成的金属氧化物的工艺包括如下步骤：
(1)去氧清洗：按去离子水、硝酸、氢氟酸组成的酸性溶液，将阴极钽箔放入溶液中浸泡1h～2h后取出，用去离子水煮洗干净，放入100℃～125℃烘箱中烘干；
(2)材料配制：具体操作：将一干净小烧杯，放入电子秤中，待电子秤清零后，按照所确定的重量百分比往小烧杯中加入所需量的吡咯烷酮类溶剂，再称取所需的氟乙烯粘接剂，倒入烧杯中用玻璃棒搅拌均匀；后加入所需的超细活性炭粉末和RuO2、CuO和NiO2或RuO2、Al2O3和NiO2或RuO2和NiO2所形成的金属氧化物粉末经过工艺搅匀，即可制得涂敷到阴极片上的吡咯烷酮类溶剂、氟乙烯聚合物、超细活性炭粉末，以及RuO2、CuO和NiO2或RuO2、Al2O3和NiO2或RuO2和NiO2所形成的金属氧化物复合材料涂敷溶液；
(3)涂抹阴极片；取(1)所述阴极钽箔，将吡咯烷酮类溶剂、氟乙烯聚合物、超细活性炭粉末，以及RuO2、CuO和NiO2或RuO2、Al2O3和NiO2或RuO2和NiO2所形成的金属氧化物复合材料涂到阴极钽箔的二面，放入红外干燥箱中烘干后，然后送入烘箱中烘烤2～4h；
(4)待冷却后，取全部的阴极片进行高温烧结；工艺条件为：温度(T)＝300～800℃、时间(t)＝15～20min；热处理后即制得表面涂敷有RuO2、CuO和NiO2或RuO2、Al2O3和NiO2或RuO2和NiO2所形成的金属氧化物的钽混合电容器用阴极材料。
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