CN102543491B - 叠片式固体铝电解电容器的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种叠片式固体铝电解电容器的制造方法包括制备阴极区工序、阴极区聚合工序以及后续工序。制备阴极区工序包括：将腐蚀化成铝箔裁切成铝箔片；在铝箔片两面的相同位置处设置隔离胶带；将隔离胶带一侧的铝箔片进行化成处理，以形成电介质氧化膜，作为阴极区。阴极区聚合工序包括：将阴极区浸渍于单体溶液中，单体溶液为3，4乙撑二氧噻吩的乙醇溶液；将阴极区浸渍后的铝箔片取出并室温放置；将室温放置后的铝箔片的阴极区放入到氧化剂溶液中进行浸渍，氧化剂溶液为溶解有蒽醌磺酸钠的过硫酸铵溶液；将浸渍后的铝箔片取出并置于规定环境中进行聚合；将聚合反应的铝箔片进行清洗并烘干，以完成一个聚合周期；以及重复聚合周期至规定次数。

Description

叠片式固体铝电解电容器的制造方法

技术领域

本发明涉及一种铝电解电容器的制造方法，尤其涉及一种叠片式固体铝电解电容器的制造方法。

背景技术

铝电解电容器成为大量应用于各类电子整机产品的一种重要基础元器件，随着信息产业的高速发展，电子整机向薄、轻、小方向发展势头迅猛，作为在电路中作用尚不可取代的铝电解电容器，其体积偏大已成为限制因素，亟待探索新的技术对策来大幅度提高电容器的比电层，其物理和化学性能容及其他的各项电性能，以适应电子器件长寿命化的要求。目前应用最多的铝电解电容器使用的是液体电解质，它采用赋能铝箔作为电容器的阳极，与衬垫纸及高比容的负箔卷绕在一起组成电容芯组，液体的工作电解液浸入衬垫纸后成为实际上的阴极。这种电容器具有大容量、小体积、价格低廉等特点，被广泛应用于各种领域。但是，由于采用了液体电解质，这种铝电解电容器的性能也受到了限制。首先是液体电解质的电阻率较高，使得电容器在高频率下阻抗值过大；另外液体电解质的性能受温度的影响很大，其电阻率随着温度的下降会急剧上升，限制了电容器在低温下的使用；特别是液体电解质在高温下性能不稳定，温度的上升可加速液体电解质的劣化并造成蒸汽压的加大，使得产品加速失效甚至出现爆浆现象，缩短了产品寿命。铝固体电解电容和传统液态铝电解电容的差异，主要在于采用了不同的阴极材料，液态铝电容阴极材料为电解液，而导电聚合物铝固体电容的阴极材料则为导电聚合物。因这类电解质为高电导率的固态物质，其电导率高于普通电解液几个数量级，有着优良的高频低阻性能并且高低温性能优良，完全消除了电容器的爆浆隐患，因此导电聚合物铝固体电解电容成为近年来电解电容发展最为快速的品种之一。铝固体电解电容器主要分为两大类：卷绕型铝固体电解电容器和叠片式铝固体电解电容器。卷绕型铝固体电容与传统液态电解质电容的结构和外观相同，只是采用导电聚合物取代电解液，具有优异的综合性能及高可靠性，逐渐取代高端电子设备如计算机主板等曾使用的液态电解质电容，需求面大增。另一方面，随着电子技术日新月异的发展，更多的电子设备要求功能复杂化、更高精度且体积趋于更小。为了应对上述电子技术的发展需求，铝电解电容的性能特征除高频低阻抗、宽温长寿命、高可靠性外，亦希望体积小型化、低剖面、片式化，以节省空间和方便安装，满足严格控制体积的高端电子设备应用需求。相比卷绕型铝固体电容偏大的体积，叠片式铝固态电容为叠层结构，省却了隔离纸和阴极箔，采用环氧树脂封装和表面贴装的设计、具有极低剖面（1.9mm）、很小的体积（7.3×4.3×1.9mm），更适用于对体积有严格限制的小型电子设备，且同样具有优异的频率阻抗特性和温度特性，应用前景极佳。

叠片式铝固态电容的结构为多层单片电容并联叠层，外经塑封而成，每片单片电容分为阴极区和阳极区，中间为隔离胶涂布分隔，阴极区采用化学聚合或者电化学聚合在阳极氧化膜上形成层状、致密的导电聚合物层，在导电聚合物层上再依次披挂碳浆和银浆作为导电引出极。这其中，最为关键和核心的步骤为导电聚合物层的形成工艺，所形成的导电聚合物是否致密，电导率的高低以及对温度和湿度的稳定性对产品的最终性能有着决定性的影响。现有的方式之一是采用电化学聚合的方式，即在氧化膜表面预涂一层导电物质（二氧化锰或者化学聚合的聚吡咯（PPY）），再将外加电极与这层导电物质接触，在吡咯单体和支撑电解质所配制的电解液中进行电解氧化聚合，聚合过程中，为使各部位聚合物分布均匀，电极需要在阴极区进行移动，才能形成导电聚合物层。该加工方式虽然能形成导电聚合物层，但由于其是靠电极在阴极区进行移动，才能使形成的导电聚合物层，使导电聚合物层达到使用要求；在操作过程中，需要精确控制定位的电解设备，对电解聚合对设备的要求很高，且整个工艺过程复杂，所获得产品不良率高，因此，有必要对上述工艺方法进行改进。

发明内容

针对背景中存在的问题，本发明的目的在于提供一种叠片式固体铝电解电容器的制造方法，其对加工设备要求简单，加工工艺简单、产品不良率低。

本发明的另一目的是提供一种叠片式固体铝电解电容器的制造方法，其能采用较少的聚合次数就能达到优异的初始特性，生产效率高。

为实现本发明的目的，本发明提供一种叠片式固体铝电解电容器的制造方法包括制备阴极区工序、阴极区聚合工序以及后续工序。制备阴极区工序包括：将腐蚀化成铝箔裁切成规定尺寸的铝箔片；在铝箔片两面的相同位置处设置隔离胶带；将隔离胶带一侧的铝箔片进行化成处理，以形成电介质氧化膜，铝箔片的形成有电介质氧化膜的部分作为阴极区。所述阴极区聚合工序包括：将铝箔片的阴极区浸渍于单体溶液中，所述单体溶液为3，4乙撑二氧噻吩的乙醇溶液；将阴极区浸渍后的铝箔片取出并室温放置；将室温放置后的铝箔片的阴极区放入到氧化剂溶液中进行浸渍，所述氧化剂溶液为溶解有蒽醌磺酸钠的过硫酸铵溶液；将浸渍后的铝箔片取出并置于规定温度和相对湿度的环境中，以使铝箔片的阴极区浸渍的物质进行聚合；将完成聚合反应的铝箔片进行清洗并烘干，以完成一个聚合周期；以及重复聚合周期至规定次数，以使表面形成均匀的聚合物膜。后续工序，包括：将完成规定次数的聚合周期的铝箔片清洗烘干；以及涂敷碳浆和银浆引出电极并与引线框相连接，再塑封成型，以形成叠片式固体铝电解电容器。

优选地，在所述阴极区聚合工序中，所述氧化剂溶液还添加有选自水溶型聚合物、部分醇解型聚合物、小体积位阻的芳族磺酸或它们的组合。

本发明的有益效果如下：

由于本申请的阴极区聚合过程不需要靠电极需要在阴极区进行移动，也不需要精确控制定位的电解设备，相对现有技术，其对电解聚合设备的要求较低，降低了生产成本和产品不良率。

根据本发明所述的叠片式固体铝电解电容器的制造方法能采用少的聚合次数且能具有优异的初始特性。

根据本发明所述的叠片式固体铝电解电容器的制造方法能不仅大大压缩了产品的制造周期和占地，也节省了大量的含浸、聚合和清洗设备。所得的电容产品依然也具有优异的长期使用可靠性。

具体实施方式

下面说明根据本发明的叠片式固体铝电解电容器的制造方法，需要进行说明的是，如无特别说明，本申请的百分比浓度，均为质量百分比浓度。

根据本发明的叠片式固体铝电解电容器的制造方法包括制备阴极区工序、阴极区聚合工序以及后续工序。

上述制备阴极区工序包括：首先，将腐蚀化成铝箔裁切成规定尺寸的铝箔片；在铝箔片两面的相同位置处设置隔离胶带，该隔离胶带优选通过在铝箔片两面的相同位置处涂敷聚酰亚胺溶液形成;然后把将隔离胶带一侧的铝箔片置于加热的己二酸铵溶液中并施加电压，进行化成处理而在铝箔片的形成有电介质氧化膜，并以该形成有电介质氧化膜的铝箔片作为阴极区。在化成处理时，其化成条件控制如下:电压优选控制在6V，施加电压时间优选控制10分钟，加热温度优选控制在60℃，己二酸铵溶液的质量百分比浓度优选为10%。在该种控制条件的形成的电介质氧化膜更为致密，具有良好的电导率，产品的ESR和容量引出率性能优良.

然后，进入阴极区聚合工序，所述阴极区聚合工序即把上述所形成的铝箔片的阴极区浸渍于单体溶液中，将阴极区浸渍后的铝箔片取出并室温放置，把经过室温放置的铝箔片放入到氧化剂溶液中进行浸渍，再取出置于规定温度和相对湿度的环境中，以使铝箔片的阴极区浸渍的物质进行聚合；将完成聚合反应的铝箔片进行清洗并烘干，完成一个聚合周期；然后重复上述聚合周期至规定次数。

上述阴极区聚合工序中，单体溶液为3，4乙撑二氧噻吩（EDT）的乙醇溶液，氧化剂溶液为溶解有蒽醌磺酸钠的过硫酸铵溶液；所述3，4乙撑二氧噻吩的乙醇溶液的浓度优选为25%，所述氧化剂溶液优选为溶解有0.2%蒽醌磺酸钠、浓度为45%的过硫酸铵溶液。

由以上可以看出，整个阴极区聚合过程不需要靠电极需要在阴极区进行移动，也不需要精确控制定位的电解设备，相对现有技术，对电解聚合对设备的要求较低，降低了生产成本和产品不良率。

为进一步的增加其容量，提高其导电率，降低其聚合次数，在上述氧化剂中可加入水溶型或部分醇溶型聚合物，以调配氧化剂的浓度；该水溶型聚合物优选为数均分子量为4万的丙烯酸和马来酸酐的共聚物；部分醇溶型聚合物为聚合度为300的聚乙烯醇。

作为一个可替代实施例，也可在上述氧化剂中加入掺杂剂，该掺杂剂为小体积位阻的芳族磺酸，该小体积位阻的芳族磺酸优选苯酚磺酸咪唑或2，3-二羟基萘-6-磺酸咪唑。

显而易见的是，本申请的氧化剂中同时加入上述水溶型或醇溶型聚合物、小体积位阻的芳族磺酸的混合物，亦可达到增加电容器容量，提高其导电率的技术效果。

为进一步的阐述本申请的技术方案，作为一个实施例，本申请在阴极区聚合工序中，所采用的3，4乙撑二氧噻吩的乙醇溶液的浓度为25%，所述氧化剂溶液优选为溶解有0.2%蒽醌磺酸钠、浓度为45%的过硫酸铵溶液，添加的水溶型聚合物为数均分子量为4万的丙烯酸和马来酸酐的共聚物且浓度为2％，重复聚合周期为十次。

为进一步的阐述本申请的技术方案，作为本申请的另一个实施例，本申请在阴极区聚合工序中，所采用的3，4乙撑二氧噻吩的乙醇溶液的浓度为25%，所述氧化剂溶液优选为溶解有0.2%蒽醌磺酸钠、浓度为45%的过硫酸铵溶液，添加的部分醇溶型聚合物为聚合度为300的聚乙烯醇且浓度为2％，重复聚合周期为十次。

为进一步的阐述本申请的技术方案，作为本申请的再一个实施例，本申请在阴极区聚合工序中，所述3，4乙撑二氧噻吩的乙醇溶液的浓度为25%，所述氧化剂溶液优选为溶解有0.2%蒽醌磺酸钠、浓度为45%的过硫酸铵溶液，添加的小体积位阻的芳族磺酸为苯酚磺酸咪唑且为20％，重复聚合周期为十五次。

为进一步的阐述本申请的技术方案，作为本申请的再一个实施例，本申请在阴极区聚合工序中，所述3，4乙撑二氧噻吩的乙醇溶液的浓度为25%，所述氧化剂溶液优选为溶解有0.2%蒽醌磺酸钠、浓度为45%的过硫酸铵溶液，添加的小体积位阻的芳族磺酸为2，3-二羟基萘-6-磺酸咪唑且浓度为20％，重复聚合周期为十五次。

为进一步的阐述本申请的技术方案，作为本申请的再一个实施例，本申请在阴极区聚合工序中，所述3，4乙撑二氧噻吩的乙醇溶液的浓度为25%，所述氧化剂溶液优选为溶解有0.2%蒽醌磺酸钠、浓度为45%的过硫酸铵溶液，添加的小体积位阻的芳族磺酸为2，3-二羟基萘-6-磺酸咪唑且为20％以及部分醇溶型聚合物为聚合度为300的聚乙烯醇且为1％，重复聚合周期为十次。

上述各实施例中的阴极区聚合工序，所述聚合时工艺优选参数为：温度40℃，相对湿度为45%，聚合时间为10分钟；清洗采用去离子水，该离子水优选采用50℃的去离子水，清洗时间优选为3分钟。

本申请的后续工序包括：将完成规定次数的聚合周期的铝箔片清洗烘干；以及涂敷碳浆和银浆引出电极并与引线框相连接，再塑封成型，以形成叠片式固体铝电解电容器；在本申请的后续工序中，清洗采用温水，温度优选为40℃，清洗时间为30分钟，烘干温度优选为120℃。

下面给出本发明的实施例。

实施例一

将裁切成3mm×10mm大小的腐蚀化成铝箔，其两面涂敷宽1mm的聚酰亚胺溶液，分隔为4mm和5mm部分，然后干燥形成隔离胶带。然后将3mm×4mm部分在60℃的10%的己二酸铵溶液中，施加6V外加电压10min，做化成处理，形成电介质氧化膜。该区域作为阴极区。

其次，将所述铝箔的阴极区域浸渍于EDT的乙醇溶液（25%）中，取出室温放置3min，然后浸渍于氧化剂中，所述氧化剂溶液优选为溶解有0.2%蒽醌磺酸钠、浓度为45%的过硫酸铵溶液；取出置于40℃，相对湿度为45%的环境中聚合10min。聚合完毕，浸渍于50℃的去离子水中，清洗3min，拿出烘干。即为一个聚合周期。

重复聚合周期25次后，表面形成均匀的聚合物膜，然后在温水中清洗30min，拿出120℃下烘干，相继涂敷碳浆和银浆引出电极并与引线框相连接，经过塑封成型，125℃下额定电压老化1小时，共完成50片电容。

为了进一步提高本申请的生产效率，降低本申请的聚合周期，本申请对上述氧化剂配方进一步做出了优化，具体请参加以下实施例;需要进行说明的是，由于以下实施例，除氧化剂配方和聚合次数有所改变外，其余工艺条件和流程均与上述实施例一相一致，故为了叙述的简便性，对下述实施例的工艺条件和流程进行了简化。

实施例二

氧化剂溶液的配方为：

溶解有0.2%蒽醌磺酸钠、浓度为45%的过硫酸铵溶液中添加部分醇溶型聚合物。

添加的所述部分醇溶型聚合物为聚合度为300的聚乙烯醇（PVA）且添加量为2％。

重复聚合次数为10次。

实施例三

氧化剂溶液的配方为：

溶解有0.2%蒽醌磺酸钠、浓度为45%的过硫酸铵溶液中添加水溶型聚合物。

添加的所述水溶型聚合物为数均分子量为4万的丙烯酸和马来酸酐的共聚物且添加量为2%。

重复聚合次数为10次。

实施例四

氧化剂溶液的配方为：

溶解有0.2%蒽醌磺酸钠、浓度为45%的过硫酸铵溶液中添加小体积位阻的芳族磺酸。

添加的小体积位阻的芳族磺酸为苯酚磺酸咪唑且添加量为20%。

重复聚合次数为15次。

实施例五

氧化剂溶液的配方为：

溶解有0.2%蒽醌磺酸钠、浓度为45%的过硫酸铵溶液中添加小体积位阻的芳族磺酸。

添加的所述小体积位阻的芳族磺酸为2，3-二羟基萘-6-磺酸咪唑且添加量为20%。

重复聚合次数为15次。

实施例六

氧化剂溶液的配方为：

在溶解有0.2%蒽醌磺酸钠、浓度为45%的过硫酸铵溶液中添加小体积位阻的芳族磺酸以及部分醇溶型聚合物。

添加的小体积位阻的芳族磺酸为2，3-二羟基萘-6-磺酸咪唑且浓度为20%，所添加的部分醇溶型聚合物为聚合度为300的聚乙烯醇（PVA）且添加量为1%。

重复聚合次数为10次。

经过对实施例一至六的所加工各获得的50片电容产品进行检测，检测项目为：120赫兹下的容量，100K赫兹下的ESR、和加载额定电压2分钟的后漏电流。所有检测数据均为50片产品的平均数据。检测结果见表1。

表1实施例一至六的检测结果

从上述表1可以看出，根据本发明的叠片式固体铝电解电容器的制造方法，本申请的实施例一至六的所有产品均能达到优异的性能，其阴极区聚合过程不需要靠电极需要在阴极区进行移动，也不需要精确控制定位的电解设备，相对现有技术，其对电解聚合对设备的要求较低，降低了生产成本和产品不良率；且由实施例一与实施例二至六的聚合次数（聚合周期数）相对比发现，实施例二至六的聚合次数（聚合周期数）明显少于实施例一的聚合次数（聚合周期数），且实施例二至六的产品亦具有优异的初始特性（阻抗，漏电，耐热，容量引出率），提高了生产效率。

基于本发明的加工方法发现，本发明不仅节省了大量的昂贵的加工设备，降低了产品不良率，也大大压缩了产品的制造周期和占地，也节省了大量的含浸、聚合和清洗设备，而且所得的电容产品依然也具有优异的长期使用可靠性。

Claims (10)

1.一种叠片式固体铝电解电容器的制造方法，包括： 

制备阴极区工序，包括： 

将腐蚀化成铝箔裁切成规定尺寸的铝箔片；以及 

在铝箔片两面的相同位置处设置隔离胶带； 

其特征在于，所述制备阴极区工序还包括：将隔离胶带一侧的铝箔片进行化成处理，以形成电介质氧化膜，铝箔片的形成有电介质氧化膜的部分作为阴极区； 

所述叠片式固体铝电解电容器的制造方法还包括阴极区聚合工序， 

阴极区聚合工序包括： 

将铝箔片的阴极区浸渍于单体溶液中，所述单体溶液为3，4乙撑二氧噻吩的乙醇溶液； 

将阴极区浸渍后的铝箔片取出并室温放置； 

将室温放置后的铝箔片的阴极区放入到氧化剂溶液中进行浸渍，所述氧化剂溶液为溶解有蒽醌磺酸钠的过硫酸铵溶液； 

将浸渍后的铝箔片取出并置于规定温度和相对湿度的环境中，以使铝箔片的阴极区浸渍的物质进行聚合； 

将完成聚合反应的铝箔片进行清洗并烘干，以完成一个聚合周期；以及 

重复聚合周期至规定次数，以使表面形成均匀的聚合物膜；后续工序，包括： 

将完成规定次数的聚合周期的铝箔片清洗烘干；以及 

涂敷碳浆和银浆引出电极并与引线框相连接，再塑封成型，以形成叠片式固体铝电解电容器。 

2.根据权利要求1所述的叠片式固体铝电解电容器的制造方法，其特征在于，所述3，4乙撑二氧噻吩的乙醇溶液的浓度为25%；所述溶解有0.2%蒽醌磺酸钠、浓度为45%的过硫酸铵溶液。 

3.根据权利要求2所述的叠片式固体铝电解电容器的制造方法，其特征在于，在所述阴极区聚合工序中，所述氧化剂溶液还添加有选自水溶型聚合物、部分醇解型聚合物、小体积位阻的芳族磺酸或它们的组合。 

4.根据权利要求3所述的叠片式固体铝电解电容器的制造方法，其特征在于，所述水溶型聚合物为数均分子量为4万的丙烯酸和马来酸酐的共聚物，所述部分醇溶型聚合物为聚合度为300的聚乙烯醇，所述小体积位阻的芳族磺酸为苯酚磺酸咪唑或2，3-二羟基萘-6-磺酸咪唑。 

5.根据权利要求4所述的叠片式固体铝电解电容器的制造方法，其特征在于，以质量百分比计， 

所述数均分子量为4万的丙烯酸和马来酸酐的共聚物的添加量为2%；重复聚合周期为十次。 

6.根据权利要求4所述的叠片式固体铝电解电容器的制造方法，其特征在于，以质量百分比计， 

所述部分醇溶型聚合物为聚合度为300的聚乙烯醇且添加量为2%； 

重复聚合周期为十次。

7.根据权利要求4所述的叠片式固体铝电解电容器的制造方法，其特征在于，以质量百分比计， 

所述小体积位阻的芳族磺酸为苯酚磺酸咪唑且添加量为20%； 

重复聚合周期为十五次。 

8.根据权利要求4所述的叠片式固体铝电解电容器的制造方法，其特征在于，以质量百分比计， 

所述小体积位阻的芳族磺酸为2，3-二羟基萘-6-磺酸咪唑且添加量为20%； 

重复聚合周期为十五次。 

9.根据权利要求4所述的叠片式固体铝电解电容器的制造方法，其特征在于，以质量百分比计， 

所述部分醇溶型聚合物为聚合度为300的聚乙烯醇且添加量为1%； 

所述小体积位阻的芳族磺酸为2，3-二羟基萘-6-磺酸咪唑且添加量为20%； 

重复聚合周期为十次。 

10.根据权利要求1-9中任一项所述的叠片式固体铝电解电容器的制造方法，其特征在于，所述聚合时工艺参数为：温度40℃相对湿度为45%，聚合时间为10分钟。