CN101714461A - 由包含粗团聚物和细团聚物的粉末形成的电容阳极 - Google Patents

由包含粗团聚物和细团聚物的粉末形成的电容阳极 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种由导电粉末形成的压制阳极，该粉末包括多个粗团聚物和多个细团聚物。该细团聚物的平均尺寸小于该粗团聚物的平均尺寸，从而最终粉末包括两个或者更多不同的颗粒尺寸，也就是说，一种双峰分布。以这种方式，细团聚物能够有效地占据相邻粗团聚物之间界定的孔隙(“团聚物间孔隙”)。通过占据空的孔隙，细团聚物能够增加最终粉末的表观密度，从而提高容积效率。

Description

由包含粗团聚物和细团聚物的粉末形成的电容阳极
相关申请
本专利申请要求2008年10月6日提交的第61/102,900号美国临时专利申请的优先权，以全文引用的方式并入本文。
背景技术
钽电容对电子线路的小型化做出了很大贡献，并且使这些电路能够应用在极限环境中。然而，在电子小型化的驱使下，仍然依靠极限压力进一步提高这类电容的容积效率(volumetric efficiency)(电容C和工作电压V的乘积，除以电容的体积)。至今，大部分通过使用具有高每克电容和高表面积的粉末获得提高的容积效率。另一种可能性是增加粉末的压缩密度。然而，当粉末压缩密度超过6.5g/cm3时，在后续加工步骤中，渗透阳极的能力会受到限制。本发明的发明人认为造成这个难题的一个原因是粉末内的团聚物在高压缩密度下破裂，导致他们的外表面破碎，反过来，在团聚物的表面产生比内部更细的毛细管。由于毛细作用，这些毛细管抑制制造电容使用的液体(例如，阳极化溶液，锰化溶液，等)渗透这些团聚物的孔隙。
因此，需要一种压制阳极，该阳极能够获得高容积效率，同时又能在后续加工步骤中使液体轻易渗透。
发明内容
根据本发明的一个实施方式，公开了一种电容阳极，包括由压缩导电粉末形成的多孔的烧结的片状物(pellet)。所述粉末包括多个粗团聚物和多个细团聚物。所述细团聚物的至少一部分占据由相邻的粗团聚物所界定的孔隙。所述粗团聚物的平均尺寸和所述细团聚物的平均尺寸的比为约10至约150。
根据本发明的另一个实施方式，公开了一种形成电容阳极的方法。该方法包括压缩导电粉末形成片状物并且烧结该片状物形成阳极。所述粉末包括多个粗团聚物和多个细团聚物。所述细团聚物的至少一部分占据由相邻的所述粗团聚物所界定的孔隙，其中，所述粗团聚物的平均尺寸和所述细团聚物的平均尺寸比为约10至约150。
本发明的其他方面和特征在以下内容中详述。
附图说明
在本说明书其余部分，将参照附图来为本领域普通技术人员对本发明进行完整而可实施的披露，其中也包括其最佳方式，在这些附图中：
图1为根据本发明粉末的一个实施方式的结构示意图，该粉末包括多个粗团聚物和多个细团聚物；和
图2为根据本发明电容的一个实施方式的结构示意图，该电容可以按照本发明形成。
在说明书和附图中，重复使用的附图标记表示本发明中相同或相似的特征或元件。
具体实施方式
本领域的技术人员理解，这里的讨论只是对典型实施例的描述，其并不构成对本发明更广的方面的限制，这些更广的方面通过该典型实施例而具体化。
一般而言，本发明针对一种由导电粉末形成的压制阳极，所述粉末包括多个粗团聚物和细团聚物。所述团聚物有高比电荷，例如约25,000微法拉*伏特每克(“μF*V/g”)或更多，在一些实施方式中为约40,000μF*V/g或更多，在一些实施方式中为约60,000μF*V/g或更多，在一些实施方式中为约70,000μF*V/g或更多，在一些实施方式中为约80,000至约200,000μF*V/g或更多。形成这种团聚物的化合物的例子包括阀金属(也就是说，能够氧化的金属)或者基于阀金属的化合物，例如钽，铌，铝，铪，钛，它们的合金，它们的氧化物，它们的氮化物，等等。例如，所述阀金属组分可以包括铌的导电氧化物，例如氧化铌，其中铌和氧的原子比为1∶1.0±1.0，在一些实施方式中为1∶1.0±0.3，在一些实施方式中为1∶1.0±0.1，在一些实施方式中为1∶1.0±0.05。例如，氧化铌可以包括NbO0.7，NbO1.0，NbO1.1，NbO2。在一个优选实施方式中，该组分包括NbO1.0，该组分是一种导电氧化铌，并且在高温烧结后保持化学稳定。这类阀金属氧化物的例子在以下美国专利文件中有描述：Fife的美国专利No.6,322,912；Fife等的美国专利No.6,391,275；Fife等的美国专利No.6,416,730；Fife的美国专利No.6,527,937；Kimmel等的美国专利No.6,576,099；Fife等的美国专利No.6,592,740；Kimmel等的美国专利No.6,639,787；Kimmel等的美国专利No.7,220,397；和以下美国专利申请：Schnitter的专利申请No.2005/0019581；Schnitter等的专利申请No.2005/0103638；Thomas等的专利申请No.2005/0013765，这些专利和专利申请整体并入此处作为参考。
所述细团聚物的平均尺寸小于所述粗团聚物的平均尺寸，从而得到的粉末包括两种不同的颗粒尺寸，也就是说，一种双峰分布。在这种模式下，细团聚物能够有效地占据在相邻粗团聚物之间界定的孔隙(“团聚物间孔隙”)。例如，图1示意性的示出了粉末20的一个实施方式，粉末20包括多个细团聚物26，该细团聚物26占据了相邻粗团聚物22之间的孔隙24。通过占据空孔隙24，细团聚物26能够增加粉末20的表观密度(apparent density)，进而提高容积效率。这种粉末的表观密度(或Scott密度)，例如，范围从约1至约8克每立方厘米(g/cm3)，在一些实施方式中从约2至7g/cm3，在一些实施方式中，从约3至6g/cm3。
为了获得所需填充程度和表观密度而不负面影响粉末的其他性能，团聚物的尺寸和形状被仔细控制。例如，团聚物的形状通常是球形，节状，片状，等。虽然球形团聚物不一定具有为了达到最大填充效率所需的理想空间排列，它们有低的颗粒间摩擦，能够相当大程度有助于获得较高的密度。粗团聚物的平均尺寸和细团聚物的平均尺寸比可以较大，例如从约10至约150，在一些实施方式中从约15至约125，在一些实施方式中从约20至约100，在一些实施方式中从约30至约75。在某些实施方式中，粗团聚物的平均尺寸从约20至约250微米，在一些实施方式中从约30至约150微米，在一些实施方式中从约40至约100微米。类似的，细团聚物的平均尺寸从约0.1至约20微米，在一些实施方式中从约0.5至约15微米，在一些实施方式中从约1至约10微米。
粗团聚物和细团聚物可以使用本领域技术人员公知的技术形成。例如，一种前驱体钽粉末可以通过用还原剂(例如，氢，钠，钾，镁，钙，等。)还原钽盐(例如，氟钽酸钾(K2TaF7)，氟钽酸钠(Na2TaF7)，五氯化钽(TaCl5)，等。)形成。这类粉末可以通过多种方式团聚，例如通过一个或多个热处理步骤，热处理温度从约700℃至约1400℃，在一些实施方式中从约750℃至约1200℃，在一些实施方式中从约800℃至约1100℃。热处理可以在惰性气氛或者还原性气氛下进行。例如，热处理在包括氢气或者释放氢的化合物(例如，氯化铵，氢化钙，氢化镁，等。)的气氛下部分烧结粉末并且减少杂质(例如，氟)含量。如果需要，团聚也可以在吸杂材料，例如镁，环境下进行。热处理后，高活性的粗团聚物可以通过逐渐通入空气钝化。其他适合的团聚技术在以下美国专利中有描述：Rao的美国专利No.6,576,038；Wolf等的美国专利No.6,238,456；Pathare等的美国专利No.5,954,856；Rerat的美国专利No.5,082,491；Getz等的美国专利No.4,555,268；Albrecht等的美国专利No.4,483,819；Getz等的美国专利No.4,441,927和Bates等的美国专利No.4,017,302，这些专利整体并入此处作为参考。
粗团聚物和细团聚物所需的尺寸和/或形状可以通过简单的控制本领域公知的不同加工参数获得，例如和粉末形成相关的参数(例如，还原过程)和/或团聚相关的参数(例如，温度，气氛，等。)。碾磨技术也可以被用于研磨前驱体粉末至所需尺寸。碾磨技术中的任何一种可以被用于获得所需的颗粒特性。例如，粉末可以最初被分散在一种液体媒质中(例如，乙醇，甲醇，氟化液体，等。)形成浆体。然后该浆体在碾磨机中与一种研磨媒质(例如，金属球，例如钽)被混合(combined)。根据碾磨机的尺寸研磨媒质的数量可以变化，通常例如从约100至约2000，在一些实施方式中从约600至约1000。起始粉末、液体媒质和研磨媒质可以以任何比例混合。例如，起始粉末与研磨媒质的比例可以从约1∶5至约1∶50。类似的，液体媒质的体积与起始粉末的混合体积比从约0.5∶1至约3∶1，在一些实施方式中从约0.5∶1至约2∶1，在一些实施方式中从约0.5∶1至约1∶1。可以在本发明中使用的碾磨机的例子在以下美国专利中有描述：Nos.5,522,558；5,232,169；6,126,097和6,145,765，这些专利整体并入此处作为参考。碾磨可以在为获得目标尺寸所需的任何预定时间量下进行。例如，碾磨时间可以从约30分钟至约40小时，在一些实施方式中从约1小时至约20小时，在一些实施方式中从约5小时至约15小时。碾磨可以在任何所需的温度下进行，包括室温或者升高的温度下。碾磨后，液体媒质可以从粉末中被分离或者去除，例如风干，加热，过滤，蒸发，等。
任何技术可以被用于混合粗团聚物和细团聚物。例如，在某些实施方式中，细团聚物被简单地与粗团聚物干混。无论它们被以何种方式混合，粗团聚物与细团聚物的重量百分比典型地被控制以获得好的流动性与容积效率之间的平衡。例如，粗团聚物的重量百分比范围从约50wt.％至约90wt.％，在一些实施方式中从约60wt.％至约80wt.％，在一些实施方式中从约65wt.％至约75wt.％。类似的，细团聚物的重量百分比的范围从约10wt.％至约50wt.％，在一些实施方式中从约20wt.％至约40wt.％，在一些实施方式中从约25wt.％至约35wt.％。
本发明可以采用其他不同的传统处理以提高粉末的性能。这些处理可以在细团聚物和粗团聚物混合之前和/或之后被采用。例如，在某些实施方式中，细团聚物和/或粗团聚物可以掺杂作为掺杂物的烧结阻燃剂，例如含水的酸(例如，磷酸)。添加的掺杂物的数量部分决定于粉末的表面积，但是典型的数量不超过200百万分之一(“ppm”)。掺杂物可以在任何热处理之前，之中，和/或之后被添加。
细团聚物和/或粗团聚物可以经过一个或多个去氧化处理的作用以提高阳极的延展性和减少漏电流。例如，细团聚物和/或粗团聚物可以被暴露于吸杂材料(例如，镁)，例如美国专利No.4,960,471所描述的，此专利整体并入此处作为参考。所述吸杂材料的量可以从约2％至约6％重量百分比。去氧化的温度可以变化，典型的范围从约700℃至约1600℃，在一些实施方式中从约750℃至约1200℃，在一些实施方式中从约800℃至约1000℃。去氧化处理的总时间范围可以从约20分钟至约3小时。去氧化也可以优选的在惰性气氛(例如，氩气)下进行。去氧化处理完成后，镁或者其他吸杂材料典型的蒸发并且在加热炉的冷壁上沉淀。然而，为了确保去除吸杂材料，细团聚物和/或粗团聚物可以经过一个或多个酸浸步骤作用，例如使用硝酸，氢氟酸，等。
为了便于构造阳极，某些组分也可以被包括在粉末中。例如，粉末可以选择性地与一种粘合剂和/或润滑剂混合，以确保颗粒在被压制形成阳极体的时候充分地彼此粘着。适合的粘合剂可以包括，例如，聚(乙烯醇缩丁醛)；聚(醋酸乙烯酯)；聚(乙烯醇)；聚(乙烯吡咯烷酮)；纤维素聚合物，例如羧甲基纤维素，甲基纤维素，乙基纤维素，羟乙基纤维素，和甲基羟乙基纤维素；无规聚丙烯，聚乙烯；聚乙二醇(例如，Dow Chemical公司的Carbowax)；聚苯乙烯，聚(丁二烯/苯乙烯)；聚酰胺，聚酰亚胺，和聚丙烯酰胺，高分子量聚醚；环氧乙烷和环氧丙烷的共聚物；含氟聚合物，例如聚四氟乙烯，聚偏氟乙烯，和氟烯烃共聚物；丙烯酸聚合物，例如聚丙烯酸钠，聚(低烷基丙烯酸酯)，聚(低烷基甲基丙烯酸酯)和低烷基丙烯酸酯与甲基丙烯酸脂的共聚物；和脂肪酸和蜡，例如硬脂和其他皂类脂肪酸，植物蜡，微晶蜡(纯化石蜡)，等。所述粘合剂可以溶解或者分散在溶剂中。示例性的溶剂可以包括水，乙醇，等等。在应用中，粘合剂和/或润滑剂的百分比可以在约总重量的0.1％至约8％之间变化。然而，可以理解，粘合剂和/或润滑剂不是本发明所必需的。
最终的粉末可以使用任何传统粉末压制装置被压缩形成片状物。例如，可以采用的压模是，包括一个模子和一个或者多个冲头的单工位压机。可选的，可以使用砧台式压机，包括仅一个模子和一个下冲头。单工位压机模可以是几种基本类型，例如凸轮，肘杆/转向节和偏心轮/曲柄压机，具有不同的能力，例如单动，双动，浮动冲模，移动模板，对置柱塞(opposed ram)，压榨，冲压，热压，压印或者精压加工(sizing)。粉末可以被围绕阳极导线(例如，钽线)压实。此外应该理解，阳极导线可选地也可以在压制和/或烧结阳极体后被附着(例如，焊接)在阳极体上。
在压制后，任何粘合剂/润滑剂可以通过在真空中一定温度下(例如，从约150℃至约500℃)加热片状物几分钟被去除。可选的，粘合剂/润滑剂也可以通过使片状物和水溶液接触被去除，如Bishop等的美国专利No.6,197,252所述的，此专利整体并入此处作为参考。然后，片状物被烧结形成多孔的一整块。例如，在一个实施方式中，片状物在从约1200℃至约2000℃的温度下被烧结，在一些实施方式中在真空或者惰性气氛下从约1500℃至约1800℃的温度下被烧结。烧结后，由于颗粒之间成键，片状物会收缩。由于粉末中的颗粒双峰分布，本发明的发明人认为可以采用较低的压缩密度仍能获得所需的目标容积效率。例如，片状物烧结后的压缩密度典型的从约4.0至约7.0克每立方厘米，在一些实施方式中从约4.5至约6.5，在一些实施方式中从约4.5至约6.0克每立方厘米。压缩密度通过材料重量除以压制片状物的体积计算得到。
除了以上描述的技术，其他任何构造阳极的技术也可以被应用于本发明，例如以下美国专利描述的：Galvagni的美国专利No.4,085,435；Sturmer等的美国专利No.4,945,452；Galvagni的美国专利No.5,198,968；Salisbury的美国专利No.5,357,399；Galvagni等的美国专利No.5,394,295；Kulkarni的美国专利No.5,495,386；Fife的美国专利No.6,322,912，这些专利整体并入此处作为参考。
虽然不是必需的，可以选择阳极的厚度以提高电容的电学性能。例如，阳极的厚度可以是大约4毫米或者更小，在一些实施方式中从约0.05至约2毫米，在一些实施方式中从约0.1至约1毫米。可以选择阳极的形状以提高最终电容的电学性能。例如，阳极可以有以下形状：弧形，正弦曲线，矩形，U形，V形，等。阳极也可以具有“凹槽”形状，具有一个或多个皱纹、凹槽、凹陷或锯齿以增加表面积和体积比，从而使ESR(等效串联电阻)最小化，并扩展电容的频率响应。这些“凹槽”形阳极在以下美国专利中有描述：Webber等人的美国专利No.6191936、Maeda等人的美国专利No.5949639、Bourgault等人的美国专利No.3345545以及Hahn等人的美国专利申请No.2005/0270725，在此以全文引用的形式引用作为参考。
阳极一旦形成，可以对其进行阳极化，使得在阳极上和/或内形成绝缘层。阳极化是一个电化学过程，在此过程中阳极被氧化形成一种有较高介电常数的材料。例如，钽阳极可以被阳极化形成五氧化二钽(Ta2O5)。典型的，阳极化通过首先在阳极上施加电解质，例如将阳极浸在电解质中。电解质通常是液态的，例如一种溶液(例如，含水的或者非含水的)，分散体，熔融体，等。通常在电解质中应用一种溶剂，例如水(例如，去离子水)；醚(例如，二乙醚和四氢呋喃)；醇(例如，甲醇，乙醇，正丙醇，异丙醇，和丁醇)；甘油三酸脂；酮(例如，丙酮，甲基乙基酮，和甲基异丁基酮)；酯(例如，醋酸乙酯，醋酸丁酯，乙二醇乙酸酯，和乙酸甲基丙酯(methoxypropyl acetate))；酰胺(例如，二甲基甲酰胺，二甲基乙酰胺，脂肪酸二甲基辛/癸酰胺和N-烷基吡咯烷酮)；腈(例如，乙腈，丙腈，丁腈和苯基腈)；亚砜或者砜(例如，二甲基亚砜(DMSO)和环丁砜)；等等。溶剂可以构成电解质重量的约50wt.％至约99.9wt.％，在一些实施方式中从约75wt.％至约99wt.％，在一些实施方式中从约80wt.％至约95wt.％。虽然不是必需的，通常使用含水溶剂(例如，水)帮助获得所需的氧化物。事实上，水可以构成电解质所使用的溶剂的约50wt.％或更多，在一些实施方式中约70wt.％或更多，在一些实施方式中约90wt.％至100wt.％。
所述电解质是离子导电的，它的离子电导率可以为约10毫西门子每厘米(“mS/cm”)或更大，在一些实施方式中为约30mS/cm或更大，在一些实施方式中，为约40mS/cm至100mS/cm，测试温度为25℃。为了提高电解质的离子电导率，可以使用一种能够在溶剂中离解形成离子的化合物。适合此目的的离子化合物可以包括，例如，酸，例如盐酸，硝酸，硫酸，磷酸，多聚磷酸，硼酸，烃基硼酸(boronic acid)，等；有机酸，包括羧酸，例如丙烯酸，甲基丙烯酸，丙二酸，丁二酸，水杨酸，磺基水杨酸，己二酸，马来酸，苹果酸，油酸，五倍子酸，酒石酸，柠檬酸，蚁酸，醋酸，乙醇酸，草酸，丙酸，酞酸，异酞酸，戊二酸，葡萄糖酸，乳酸，天门冬酸，谷氨酸，衣康酸，三氟乙酸，巴比妥酸，肉桂酸，苯酸，4-羟基苯甲酸，氨基苯甲酸，等；磺酸，例如甲磺酸，苯磺酸，甲苯磺酸，三氟甲磺酸，对苯乙烯磺酸，萘二磺酸，羟基苯磺酸，十二烷基磺酸，十二烷基苯磺酸，等；聚酸，例如聚(丙烯酸)或聚(甲基丙烯酸)和他们的共聚物(例如，马来酸-丙烯酸，磺酸-丙烯酸，和苯乙烯-丙烯酸共聚物)，角叉酸(carageenic acid)，羧甲基纤维素，藻酸，等；等等。选择离子化合物的浓度以获得所需的离子电导率。例如，酸(例如，磷酸)可以构成电解质的约0.01wt.％至约5wt.％，在一些实施方式中从约0.05wt.％至约0.8wt.％，在一些实施方式中从约0.1wt.％至约0.5wt.％。如果需要，可以在电解质中应用离子化合物的混合。
在电解质中通电流以形成电介质层。电压值控制电介质层的厚度。例如，电源可以被首先设置成恒电流模式直到达到所需电压。然后，电源被转换到恒电位模式以确保在阳极的表面之上形成所需介质厚度。当然，也可以应用其他已知的技术，例如恒电位脉冲或者恒电位阶跃。电压典型的范围从约4至约200V，在一些实施方式中从约9至约100V。在阳极氧化过程中，电解质可以被保持在一个较高的温度，例如30℃或更高，在一些实施方式中从约40℃至约200℃，在一些实施方式中从约50℃至约100℃。也可以在大气温度或更低的温度下进行阳极氧化。最终的电介质层可以被形成于阳极表面上或者它的孔隙中。
一旦形成电介质层，可选的，可以施加保护层，例如一种相对绝缘的树脂材料(天然的或者人工合成的)制成。这类材料的电阻率可以高于约10Ω/cm，在一些实施方式中高于约100Ω/cm，在一些实施方式中高于约1,000Ω/cm，在一些实施Ω/cm中高于约1×105Ω/cm，在一些实施方式中高于1×1010Ω/cm。可以应用于本发明的一些树脂材料包括，但不限于，聚氨酯，聚苯乙烯，不饱和或饱和脂肪酸酯(例如，甘油酯)，等等。例如，适合的脂肪酸酯包括，但不限于，月桂酸酯，豆蔻酸酯，棕榈酸酯，硬脂酸酯，桐酸酯，油酸酯，亚油酸酯，亚麻酸酯，紫胶桐酸酯，虫胶酸酯，等等。这些脂肪酸酯被发现当用于较复杂的组合物(combination)中以形成“干燥油”时是非常有用的，可以使最终的薄膜快速聚合成稳定的薄膜。这类干燥油包括分别有一个，两个，三个甘油主键的单-，双-，和/或者三-甘油酯，酯化的脂酰残基。例如，可以使用的一些适合的干燥油包括，但不限于，橄榄油，亚麻油，蓖麻油，桐油，豆油，和虫胶。这些和其他保护层材料在Fife等的美国专利No.6,674,635中有更详细的描述，在此以全文引用的形式引用作为参考。
之后阳极化的部分可以经过一个步骤，用于形成阴极，该阴极包括固体电解质，例如二氧化锰，导电聚合物，等。二氧化锰固体电解质可以，例如，通过热解硝酸锰(Mn(NO3)2)形成。这类技术在例如Sturmer等的美国专利No.4,945,452中有描述，在此以全文引用的形式引用作为参考。可选地，可以应用导电聚合物涂层，该涂层包括一个或者多个聚杂环(例如，聚吡咯，聚噻吩，聚(3，4-乙烯二氧噻吩)(PEDT)，聚苯胺)；聚乙炔；聚对苯撑；聚酚盐和它们的衍生物。进一步，如果需要，导电聚合物涂层可以由多个导电聚合物层形成。例如，在一个实施方式中，导电聚合物阴极可以包括由PEDT形成的一层和由聚吡咯形成的另一层。可以采用不同的方法将导电聚合物施加在阳极部分上。例如，传统的技术例如电聚合法，丝网印刷，浸渍，电泳镀敷，和喷涂，可以被应用于形成导电聚合物涂层。在一个实施方式中，例如，用于形成导电聚合物(例如，3，4-乙烯二氧噻吩)的单体可以首先被与一种聚合催化剂混合形成溶液。例如，一种适合的聚合催化剂是CLEVIOS C，其为甲苯-磺酸铁III(iron III toluene-sulfonate)，由H.C.Starck出售。CLEVIOS C为CLEVIOUS M的商用催化剂，CLEVIOUS M为3，4-乙烯基二氧噻吩，它是一种同样由H.C.Starck公司销售的PEDT单体。一旦形成催化剂分散体，阳极部分被浸于分散体，从而在阳极部分的表面上形成聚合物。作为选择，催化剂和单体可以被分别施于阳极部分。在一个实施方式中，例如，催化剂可以被溶于溶剂(例如，丁醇)，然后作为一种浸渍溶液被施于阳极部分。然后干燥阳极部分以去除溶剂。然后，浸渍阳极部分于包括适合的单体的溶液。一旦单体接触包括催化剂的阳极部分的表面，单体即在其上化学聚合。此外，催化剂(例如，CLEVIOS C)也可以与用于形成可选的保护涂层的材料(例如，树脂材料)混合。在这种情况下，阳极部分可以在之后被浸于包括单体(CLEVIOS M)的溶液。结果是，单体能够接触保护涂层的表面之中和/或之上的催化剂并与之反应形成导电聚合物涂层。虽然以上描述了不同的方法，可以理解任何可以用于施加导电涂层于阳极部分的其他方法也可以被用于本发明。例如，其他施加这类导电聚合物涂层的方法在以下美国专利中有描述：Sakata等的美国专利Nos.5,457,862，Sakata等的美国专利5,473,503，Sakata等的美国专利5,729,428，和Kudoh等的美国专利No.5,812,367，在此以全文引用的形式引用作为参考。
在多数实施方式中，一旦施加，固体电解质即被弥合(healed)。弥合可以发生在每施加一层固体电解质之后或者施加全部涂层之后。在一些实施方式中，例如，通过将片状物浸渍于电解质溶液中弥合固体电解质，电解质溶液例如磷酸和/或硫酸溶液，然后施加一恒定电压到溶液直到电流降低到预定水平。如果需要，这类弥合可以通过多步完成。例如，在一个实施方式中，有导电聚合物涂层的片状物被首先浸渍于磷酸并施以约20V的电压，然后被浸渍于硫酸并施以约2V的电压。在此实施方式中，使用第二个低电压硫酸溶液或者甲苯磺酸溶液可以帮助增加最终电容的电容并降低耗散系数(DF)。施加上述一些或者全部层后，如果需要，可以清洗片状物以去除多种副产物，多余的催化剂，等等。进一步，在一些例子中，在上述的一些或全部浸渍操作后可以进行干燥。例如，施加催化剂后和/或清洗片状物后可能需要进行干燥，为了打开片状物的孔隙使它能够接收后续浸渍步骤中的液体。
如果需要，可以可选的分别施加一个碳(例如，石墨)层和银层。银涂层可以，例如，作为电容的可焊接导体、接触层、和/或电荷收集器，碳涂层可以限制银涂层和固体电解质的接触。这类涂层可以覆盖部分或者全部固体电解质。
如果需要，电容也可以有终端，特别是用于表面固定应用时。例如，电容可以包括一个阳极终端，电容元件的阳极导线电连接于阳极终端，和一个阴极终端，电容元件的阴极电连接于该阴极终端。可以应用任何导电材料形成终端，例如导电金属(例如，铜、镍、银、镍、锌、锡、钯、铅、铜、铝、钼、钛、铁、锆、，镁、和它们的合金)。尤其适用的导电金属包括，例如，铜、铜合金(例如，铜-锆、铜-镁、铜-锌、或者铜-铁)、镍、和镍合金(例如，镍-铁)。可以一般性的选择终端的厚度以最小化电容的厚度。例如，终端的厚度可以从约0.05至约1毫米，在一些实施方式中从约0.05至约0.5毫米，和从约0.07至约0.2毫米。一个示例性的导电材料是可以从Wieland(德国)获得的铜-铁合金片(plate)。如果需要，终端的表面可以，如本领域所公知的，被电镀镍，银，金，锡等，以保证最终这部分能够安装在电路板上。在一个具体实施方式中，终端的两个表面均被分别电镀亮镍(nickel flash)和亮银(silver flash)，同时安装表面也被电镀锡焊层。
参考图2，示出了电解电容30的一个实施方式，包括和电容元件33电连接的一个阳极终端62和一个阴极终端72。电容元件33有一个上表面37、下表面39、前表面36、和后表面38。虽然阴极终端72可以和电容元件33的任意表面电接触，在此图示的实施方式中，它和下表面39和后表面38电接触。特别的，阴极终端72包括与第二部件74基本垂直的第一部件73。第一部件73和电容元件33的下表面39电接触并大致平行。第二部件74和电容元件33的后表面38电接触并大致平行。虽然被描述成一个整体，可以理解，这些部分可以是分离的部分，直接或者通过附加的导电元件(例如，金属)连接在一起。
阳极终端62类似的包括基本垂直于第二部件64的第一部件63。第一部件63和电容元件33的下表面39电接触并大致平行。第二部件64包括承载阳极导线16的区域51。在此图示实施方式中，区域51是“U形”的以进一步提高导线16的表面接触和机械稳定性。
可以使用本领域的任何公知技术将终端连接至电容元件。在一个实施方式中，例如，可以使用导线框限定阴极终端72和阳极终端62。为了将电解电容元件33附着于导线框，可以施加导电粘合剂于阴极终端72的表面。导电粘合剂可以包括，例如，包含导电金属颗粒和树脂成分。金属颗粒可以是银，铜，金，铂，镍，锌，铋等。树脂成分可以包括热固性树脂(例如，环氧树脂)，固化剂(例如，酸酐)，和偶联剂(例如，硅烷偶联剂)。适合的导电粘合剂在Osako等的美国专利申请No.2006/0038304中有描述，在此以全文引用的形式并入本文中。多种技术中的任何一种均可以被应用于施加导电粘合剂于阴极终端72上。例如，印刷(printing)技术由于实用和节省费用的优点可以被应用。
多种方法通常可以用于附着终端于电容。在一个实施方式中，例如，阳极终端62的第二部件64和阴极终端72的第二部件74被首先向上弯曲到图2所示的位置。然后，电容元件33被置于阴极终端72上，从而它的下表面39接触粘合剂并且阳极导线16被上面的U形区域51接收。如果需要，绝缘材料(未示出)，例如塑料板或者塑料带，可以被置于电容元件33的下表面39和阳极终端62的第一部件63之间，以电隔离该阳极终端和阴极终端。
然后使用任何本领域公知技术，例如机械焊接、激光焊接、电粘合，等，电连接阳极导线16与区域51。例如，使用激光器焊接导线16于阳极终端62。激光器一般包括谐振器和能量源，该谐振器包括激光媒质，激光媒质能够通过受激发射释放光子，能量源激发激光媒质的元素。一种适合的激光器是其中激光媒质包括掺杂钕(Nd)的钇铝石榴石(YAG)的激光。受激粒子是钕离子Nd3+。能量源提供持续的能量到激光媒质使其发射持续的激光束，或者能量放电(energy discharge)使其产生脉冲激光束。电连接阳极导线16到阳极终端62之后，可以固化(cured)导电粘合剂。例如，可以使用热压施加热和压力以确保电解电容元件33通过粘合剂充分附着于阴极终端72上。
一旦附着电容元件，导线框可以被封装于树脂外壳中，然后用硅土或者其他公知的填充材料填充树脂外壳。树脂外壳的宽度和长度可以根据预定的应用变化。适合的外壳包括，例如，“A”，“B”，“F”，“G”，“H”，“J”，“K”，“L”，“M”，“N”，“P”，“R”，“S”，“T”，“W”，“Y”，或“X”外壳(AVX公司)。无论应用的外壳的尺寸，电容元件被封装使得阳极终端和阴极终端的至少一部分被露出以安装于电路板上。例如，如图2所示，电容元件33被封装在外壳28中，使得阳极终端62和阴极终端72的一部分被露出。
无论最终电容以何种方式形成，最终电容有高的容积效率，并且表现出优秀的电学性能。即使在如此高的容积效率下，等效串联电阻(“ESR”)仍小于300毫欧，在一些实施方式中小于200毫欧，在一些实施方式中小于100毫欧，测量偏压2V，信号电压1V，频率2MHz。电容的耗散系数(DF)，即发生在电容中的损耗占理想电容的百分比，可以维持在较低水平。例如，本发明的电容的耗散系数典型的小于10％，在一些实施方式中小于5％。
在不偏离本发明精神和范围的前提下，本领域的技术人员可以实行各种修改或变形。此外，应理解不同的实施方式间可以部分或全部代替互换。另外，本领域的普通技术人员应理解，上述实施方式只是示例性质，而不用于限制在所附权利要求中进一步描述的本发明。

Claims (22)

1.一种电容阳极，包括由导电压缩粉末形成的多孔的烧结的片状物，所述粉末包括多个粗团聚物和多个细团聚物，其中，所述细团聚物的至少一部分占据相邻粗团聚物之间界定的孔隙，其中，所述粗团聚物的平均尺寸和所述细团聚物的平均尺寸比为约10至约150。
2.如权利要求1所述的电容阳极，其中，所述粗团聚物的重量百分比为所述粉末的约50wt.％至约90wt.％，所述细团聚物的重量百分比为所述粉末的约10wt.％至约50wt.％。
3.如权利要求1所述的电容阳极，其中，所述粗团聚物的重量百分比为所述粉末的约65wt.％至约75wt.％，所述细团聚物的重量百分比为所述粉末的约25wt.％至约35wt.％。
4.如前述任一项权利要求所述的电容阳极，其中，所述粉末的表观密度为约1至约8克每立方厘米。
5.如前述任一项权利要求所述的电容阳极，其中，所述粉末的表观密度为约3至约6克每立方厘米。
6.如前述任一项权利要求所述的电容阳极，其中，所述粗团聚物的平均尺寸和所述细团聚物的平均尺寸比为约20至约100。
7.如前述任一项权利要求所述的电容阳极，其中，所述粗团聚物的平均尺寸和所述细团聚物的平均尺寸比为约30至约75。
8.如前述任一项权利要求所述的电容阳极，其中，所述粗团聚物的平均尺寸为约20至约250微米，所述细团聚物的平均尺寸为约0.1至约20微米。
9.如前述任一项权利要求所述的电容阳极，其中，所述粗团聚物的平均尺寸为约40至约100微米，所述细团聚物的平均尺寸为约1至约10微米。
10.如前述任一项权利要求所述的电容阳极，其中，所述粗团聚物和所述细团聚物由钽形成。
11.如权利要求10所述的电容阳极，其中，所述粗团聚物和所述细团聚物由钠还原的钽粉末，镁还原的钽粉末，或者它们的组合形成。
12.如前述任一项权利要求所述的电容阳极，其中，所述片状物的压缩密度为约4.0至约7.0克每立方厘米。
13.一种固体电解电容，包括：
如前述任一项权利要求所述的阳极；
位于所述阳极上的电介质层；以及
位于所述电介质层上的固体电解质层。
14.如权利要求13所述的电容，还包括从所述阳极伸出的阳极导线。
15.如权利要求14所述的固体电解电容，还包括：
与所述固体电解质层电连接的阴极终端；
与所述阳极导线电连接的阳极终端；以及
外壳，封装所述电容并且使所述阳极终端和所述阴极终端的至少一部分外露。
16.如权利要求13所述的固体电解电容，其中，所述固体电解质层包括导电聚合物。
17.如权利要求13所述的固体电解电容，其中，所述固体电解质层包括二氧化锰。
18.一种用于形成电容阳极的方法，所述方法包括：
压缩导电粉末以形成片状物，其中，所述粉末包括多个粗团聚物和多个细团聚物，其中，所述细团聚物的至少一部分占据相邻粗团聚物之间界定的孔隙，其中，所述粗团聚物的平均尺寸和所述细团聚物的平均尺寸比为约10至约150；以及
烧结所述片状物以形成阳极。
19.如权利要求18所述的方法，还包括在压缩前混合所述粉末和粘合剂。
20.如权利要求18所述的方法，其中，在约1200℃至约2000℃的温度下烧结所述片状物。
21.如权利要求18所述的方法，其中，所述烧结的片状物的压缩密度为约4.0至约7.0克每立方厘米。
22.如权利要求18所述的方法，其中，在压缩前在所述粉末中嵌入阳极导线。
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