CN102568863B - 体积高效的湿式电解电容器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种湿式电解电容器，它包括位于金属外壳内部空间中的烧结阳极。所述阳极和金属外壳的尺寸是这样的：阳极占据相当大部分内部空间的体积。更具体地说，阳极一般占据内部空间的大约70vol%或更多，在一些实施例中大约占据75vol%或更多，在一些实施例中大约占据80vol%-98vol%，在一些实施例中大约占据85vol%-95vol%。除其它优点之外，使用占据如此大部分内部空间的阳极，可以提高所得电容器的体积效率和其它电气性能。

Description

体积高效的湿式电解电容器

技术领域

本发明涉及一种湿式电解电容器，尤其涉及一种体积高效的湿式电解电容器。

背景技术

由于电解电容器的体积效率（volumetricefficiency）、可靠性和工艺兼容性，它们在电路设计中的应用日益增加。一般而言，与其它类型的电容器相比，电解电容器每单位体积的电容更大，使其在电流相对较高、频率相对较低的电路中非常有应用价值。已经开发的一种电容器是湿式电解电容器包括一个阳极、一个阴极和一种液体或“湿式”工作的电解质。湿式电解电容器较好地综合了高电容和低漏电流的特点。在某些情况下，湿式电解电容器优于固体电解电容器。例如，在某些情况下，与固体电解电容器相比，湿式电解电容器可在更高的工作电压下使用。此外，举例来说，湿式电解电容器的尺寸比固体电解电容器大得多，因此，这种大型湿式电解电容器的电容更大。

在常规的湿式电解电容器中，阳极可以是一种金属箔（如铝箔）。由于电容器的静电电容与其电极面积成比例，在形成介质膜之前，金属箔的表面可以进行粗化或进行化学转化，以提高其有效面积。金属箔表面的这种粗化步骤称为蚀刻。蚀刻通常采用浸入到盐酸溶液中的方法（化学蚀刻）进行或采用在盐酸水溶液中进行电解的方法（电化学蚀刻）进行。电解电容器的电容取决于阳极箔的粗化度（表面积）、氧化膜的厚度和介电常数。由于通过蚀刻金属箔能够提供的表面积有限，人们尝试在湿式电解电容器中采用多孔烧结体（亦称为“块（slug）”）。例如，将粉末状的钽粒与合适的粘结剂（binder）/润滑剂混合而形成钽块（tantalumslug），以确保钽粒在压制形成阳极时彼此粘结在一起。粉状钽在高压条件下绕钽线压制，并在真空条件下高温烧结，形成海绵状结构。这种结构是一种高度孔状结构，可以提供比较大的内部表面积。

虽然以上方法具有一定的优点，但是，电容器无法实现高能量密度（能量/体积）和高体积效率（电容*电压/体积）。提高电容器的能量密度和电容的一种方法包括，例如，增大阳极的尺寸。然而，由于要容纳隔离层、液封等，通常需要较大的体积，这样做会降低体积效率。而由于在烧结时其容易弯曲和变形，通常在任何情况下都

很难形成大尺寸的阳极块。

因此，需要一种体积高效（volumetricallyefficient）且具有高能量密度的湿式电解电容器。

发明内容

根据本发明的一个实施例，公开了一种湿式电解电容器，包括一个金属外壳，所述金属外壳包括第一边缘部分及与其相对的第二边缘部分，两者从端部纵向延伸限定了一个内部空间。在至少部分金属外壳的内表面上沉积有一种电化学活性的阴极材料。所述电容器还包括一个由阳极氧化、烧结多孔体形成的阳极。所述阳极包括一个上端部和一个下端部，其中第一边缘部分及与其相对的第二边缘部分在上端部和下端部之间纵向延伸，限定了阳极的长度。阳极的第一边缘部分和第二边缘部分之间的距离还限定了所述阳极的宽度。阳极宽度和内部空间的宽度之比大约为0.80-1.00。阳极位于金属外壳限定的内部空间中，大约占据内部空间的70vol%或更多。所述电容器还包括一种与阳极及电化学活性材料电接触的液体电解质。

在本发明的另一个实施例中，公开了一种形成湿式电解电容器的方法。所述方法包括压制一种包括钽、铌或它们的导电氧化物的粉末形成多孔体，其中阳极引线从多孔体引出。所述多孔体在热处理设备中烧结，多孔体表面与外表面并不发生物理接触。这种烧结的多孔体经阳极氧化形成一阳极，长度大约为1-60毫米、宽度大约为1-40毫米。所述阳极插入金属外壳的内部空间中，其中至少部分金属外壳内表面涂覆一种电化学活性的材料。所述阳极和电化学活性的材料与液体电解质接触。

本发明的其它特点和方面将在下文进行更详细的说明。

附图说明

本发明的完整和具体说明，包括对于本领域技术人员而言的最佳实施例，将结合附图和附图标记在具体实施方式中作进一步描述，在附图中，同一附图标记表示相同或者相似部件。其中：

图1是本发明湿式电解电容器的一个实施例中所用阳极的剖视图，其中所述阳极被隔离层包围；

图2是本发明中使用的一个外壳实施例的剖视图，其中所述外壳涂覆了电化学活性阴极材料；

图3示出了位于图2所示的外壳中的图1的阳极；

图4是具有液封的图3的阳极/外壳组件的剖视图；

图5是本发明中使用的一个密封盖组件实施例的剖视图；

图6示出了位于图4所示外壳上的图5的密封盖组件；

图7是本发明湿式电解电容器的一个实施例的剖视图；

图8是本发明一个实施例中使用的烧结阳极体的剖视图；

图9-10简略说明了本发明中使用的烧结方法的一个实施例。

具体实施方式

对于本领域技术人员来说，下面的内容仅作为本发明的具体实施例，并不是对本发明保护范围的限制。

总的来说，本发明涉及一种湿式电解电容器，它包括一个位于金属外壳内部空间中的阳极。所述阳极和金属外壳的尺寸设置为：阳极占据大部分内部空间体积。更具体地说，阳极大约占据内部空间的70vol%或更多，在一些实施例中大约占据75vol%或更多，在一些实施例中大约占据80vol%-98vol%，在一些实施例中大约占据85vol%-97vol%。除其它优点之外，使用占据大部分内部空间的阳极可以提高所得电容器的体积效率（电容*电压/体积）。例如，体积效率范围大约为10,000μF*V/cm³-150,000μF*V/cm³，在一些实施例中大约为15,000μF*V/cm³-100,000μF*V/cm³，在一些实施例中大约为20,000μF*V/cm³-95,000μF*V/cm³。部件的额定电压乘以其电容，然后将所得乘积除以部件体积而得到体积效率。例如，一部件的电容为1800μF，额定电压为50伏特，两者的乘积是90,000μF*V。如果部件占据的体积大约是2cm³，则体积效率大约是45,000μF*V/cm³。

通过优化阳极的尺寸稳定性，能够更容易地使用尺寸足够大、占据大部分金属外壳内部空间的阳极。更具体地说，本发明发现，选择性控制制造阳极的材料和方法，甚至可以使其在烧结后保持尺寸稳定性。例如，阳极包括一种由阀金属粉末制造的多孔阳极体。粉末的比电荷可能有所不同，大约为2,000μF*V/g-80,000mF*V/g，在一些实施例中大约为5,000μF*V/g-40,000μF*V/g或更高，在一些实施例中大约为10,000-20,000mF*V/g。阀金属组合物包含阀金属（即能够氧化的金属）或阀金属基的化合物，如钽、铌、铝、铪、钛及它们的合金、它们的氧化物、它们的氮化物等。例如，阀金属组合物可以包含铌的导电氧化物，如铌氧原子比为1:1.0±1.0，在一些实施例中，铌氧原子比为1:1.0±0.3，在一些实施例中，铌氧原子比为1:1.0±0.1，在一些实施例中，铌氧原子比为1:1.0±0.05的铌的氧化物。例如，铌的氧化物可以是NbO_0.7、NbO_1.0、NbO_1.1和NbO₂。这种阀金属氧化物的实例在Fife的专利号为6,322,912、Fife等人的专利号为6,391,275、6,416,730、Fife的专利号为6,527,937、Kimmel等人的专利号为6,576,099、Fife等人的专利号为6,592,740、Kimmel等人的专利号为6,639,787、7,220,397的美国专利，及Schnitter的申请公开号为2005/0019581、Schnitter等人的申请公开号为2005/0103638及Thomas等人的申请公开号为2005/0013765的美国专利申请中均有所描述，以上专利以全文的形式引入到本专利中作为参考。

颗粒可以是，例如，片状、角状、节状及上述混合体或者变体。颗粒的筛分粒度分布至少约为60目，在一些实施例中大约为60目到325目，一些实施例中大约为100目到200目。进一步说，比表面积大约为0.1-10.0m²/g，在一些实施例中大约为0.5-5.0m²/g，在一些实施例中大约为1.0-2.0m²/g。术语比表面积是指按照《美国化学会志》（AmericanChemicalSociety）1938年第60卷309页上记载的Bruanauer、Emmet和Teller发表的物理气体吸附法（B.E.T.）测定的表面积，吸附气体为氮气。同样，体积（或者斯科特）密度一般大约为0.1-5.0g/cm³，在一些实施例中大约为0.2-4.0g/cm³，一些实施例中大约为0.5-3.0g/cm³。

在粉末中还可加入其它组分，以促进阳极体的结构。例如，可采用粘结剂（binder）和/或润滑剂，以保证在压制成阳极体时各颗粒彼此适当地粘结在一起。合适的粘结剂包括樟脑、硬脂酸和其它皂质脂肪酸、聚乙二醇（Carbowax）（联合碳化物公司）、甘酞树脂（Glyptal）（美国通用电气公司）、聚乙烯醇、萘、植物蜡以及微晶蜡（精制石蜡）。粘结剂可在溶剂中溶解和分散。溶剂实例包括水、醇等。使用时，粘结剂和/或润滑剂的百分含量大约为总重量的0.1%-8%。但是，应该理解的是，本发明并不一定需要使用粘结剂和润滑剂。

得到的粉末可以采用任一种常规的粉末压模压紧。例如，压模可为采用单模具和一个或多个模冲的单站压模。或者，还可采用仅使用单模具和单个下模冲的砧型压模。单站压模有几种基本类型，例如，具有不同生产能力的凸轮压力机、肘杆式压力机/肘板压力机和偏心压力机/曲柄压力机，例如可以是单动、双动、浮动模压力机、可移动平板压力机、对置柱塞压力机、螺旋压力机、冲击式压力机、热压压力机、压印压力机或精整压力机。压制后，所得阳极体可以切割为任何要求的形状，如正方形、长方形、圆形、椭圆形、三角形、六边形、八边形、七边形、五边形等。阳极体还可以具有“槽”形，槽内包括一个或多个沟槽、凹槽、低洼或者凹陷，以增加表面积-体积比，最大程度地降低ESR并延长电容的频率响应。然后，阳极体将经历一个加热步骤，脱除其中大部分粘结剂/润滑剂（如果不是全部脱除的话）。例如，阳极体一般采用温度大约150℃-500℃的烘箱加热。或者，也可将颗粒与水溶液接触而脱除粘结剂/润滑剂，如Bishop等人的美国专利6,197,252所述。

阳极体一旦形成后，即进行烧结。烧结温度、气氛和时间取决于多种因素，如阳极类型、阳极尺寸等。一般来说，烧结大约在800℃-1900℃的温度下进行，在一些实施例中大约在1000℃-1500℃的温度下进行，在一些实施例中大约在1100℃-1400℃的温度下进行；烧结时间大约为5分钟-100分钟，在一些实施例中大约为30分钟-60分钟。如果需要的话，烧结可在限制氧原子转移到阳极的气氛中进行。例如，烧结可在还原气氛中进行，如在真空、惰性气体、氢气等气氛中进行。还原气氛的压力大约为10托-2000托（1托相当于1毫米汞柱），在一些实施例中，大约为100托-1000托，在一些实施例中，大约为100托-930托。也可以使用氢气和其它气体（如氩气或氮气）的混合物。

由于用于形成阳极体的粉末的比电荷，烧结通常会导致大幅收缩。随着阳极体尺寸的增加，这种收缩会导致阳极结构发生大幅弯曲。不限制于理论，人们认为，当阳极体与外部坚硬表面（如烧结盘的表面）物理接触时，弯曲增加。更具体地说，这种坚硬表面会在物理接触存在处限制阳极体的收缩（有时称为“定位（pinning)”），从而导致物理接触区域的收缩比阳极体其它部分少。这种收缩差别反过来会引起阳极体弯曲，形成弯曲形状（如月牙形）。为了将这种弯曲降至最低，本发明人发现，烧结可以以阳极体表面不与外表面（如烧结盘的表面）进行物理接触的方式进行。

例如，参考图9-10，图中示出了这种烧结技术的一个实施例，其中一个或多个阳极20通过阳极引线42与横杆200连接。可以采用任何已知的方法，如焊接、锻压等将阳极引线42与横杆200连接。采用这种方式，阳极20能够“悬挂”在横杆200上，而不与外表面物理接触。因此，所得到的阳极组件201位于表面221上，再通过热处理设备或加热炉220（图10）。当阳极20在加热炉220中加热时，它们能够自由收缩，并不受物理限制。还应该理解的是，烧结还可以采用其它各种结构，而并不受此种结构的限制。例如，在另一个实施例中，悬挂的阳极可垂直放到加热炉中，然后，在烧结工艺结束后，将其提出来。

尽管其尺寸相对较大，所得到的阳极仍然保持了尺寸稳定，如果出现弯曲的话，也只是小幅弯曲。尺寸稳定性可采用阳极相对于延伸通过阳极端子的纵向内侧平面的方位进行表征。例如，参考图8，图中示出了阳极20的一个实施例，该阳极20沿纵轴3的方向延伸。阳极20有上端部17和下端部19，在上端部17和下端部19之间延伸第一边缘部分7及与第一边缘部分7相对的第二边缘部分9。内侧纵向平面13沿与纵轴3平行的方向通过上端部17。由于其尺寸稳定性，如果说有任何变化的话，阳极20只有内侧平面13和边缘部分7和9之间表面发生了较小的变化。也就是说，间距“a”（内侧平面13和边缘部分7之间距离）和间距“b”（内侧平面13和边缘部分9之间的距离）之差“W”，亦称为“翘曲”，在阳极20的长度方向通常较小。例如，沿阳极20长度方向，如图8所示阳极的中心，差值W(或“翘曲”)可能大约为0.25毫米或更小，在一些实施例中大约为0.20毫米或更小，在一些实施例中大约为0.15毫米或更小，在一些实施例中大约为0-0.10毫米。

也可采用与曲度成反比的曲率半径来定义阳极20的尺寸稳定性。可以规定代表阳极20一般形状的方向的曲率半径，如与内侧纵向平面13垂直的内侧横向平面14的方向。更具体地说，曲率半径由图8中的“R”表示，可采用下述公式计算：半径=W/2+L²/8W，其中W为上文所述“翘曲”，L是长度。在某些实施例中，内侧横向平面14方向的曲率半径大约为25厘米或更大，在一些实施例中大约为50厘米或更大，在一些实施例中大约为100厘米或更大。

如上所述，阳极还可以涂覆介质。介质可以这样形成：对烧结的阳极进行阳极氧化（“阳极氧化（anodizing）”），在阳极上面和/或内部形成一层介质层。例如，钽（Ta）阳极可经阳极氧化变为五氧化二钽（Ta₂O₅）。一般说来，阳极氧化首先是在阳极上涂覆一种溶液，例如将阳极浸到电解质中。通常采用溶剂，如水（如去离子水）。为了增强离子电导率，可以采用在溶剂中能够离解而形成离子的化合物。此类化合物的实例包括，例如，酸，如下文电解质一节所述。例如，酸（如磷酸）占阳极氧化溶液的含量可以大约为0.01wt%-5wt%，在一些实施例中大约为0.05wt%-0.8wt%，在一些实施例中大约为0.1wt%-0.5wt%。若需要的话，也可以采用酸的混合物。

使电流通过阳极氧化溶液，形成介质层。形成电压值决定介质层的厚度。例如，一开始以恒电流模式建立电源供应，直到达到需要的电压。然后，可将电源供应切换到恒电位模式，以确保在阳极整个表面形成需要的介质层厚度。当然，也可以采用人们熟悉的其它方法，如脉冲或阶跃恒电位法。阳极氧化发生时的电压一般大约为4-250V，在一些实施例中大约为9-200V，在一些实施例中大约为20-150V。在阳极氧化期间，阳极氧化溶液保持在较高温度，例如，大约30℃或更高，在一些实施例中大约为40℃-200℃，在一些实施例中大约为50℃-100℃。阳极氧化也可在室温或更低温度下进行。所得到的介质层可在阳极表面形成或在阳极孔内形成。

上文所述本发明的阳极通常可应用到采用任何本领域已知的技术制成的湿式电解电容器中。因此，图1-6阐明了形成本发明电容器10的方法的一个具体实施例。

例如，参考图1，图中示出了本发明使用的阳极20的一个实施例。如上所述，阳极20由涂覆介质层（未示出）的烧结多孔体形成。阳极20可以是任何要求的形状，如圆柱形、D-形、矩形、三角形、棱形等。阳极引线42（如线、片等）与阳极20电连接。与阳极20的电接触可通过各种方式完成，例如，利用电阻或激光焊接与引线42连接。或者，引线42可在其形成期间嵌入到阳极体内（如在烧结前）。不论采用何种方式，引线42通常由任意导电材料制造，如钽、铌、镍、铝、铪、钛等，以及它们的氧化物和/或氮化物。

如果需要的话，阳极20在放进外壳内部之前采用电解质浸渍（未示出）。在生产后期，也在电容器中加入电解质。电解质是在阳极和阴极之间提供连接路径的材料。Evans等人的美国专利5,369,547和6,594,140中描述了各种合适的电解质，以上专利以全文的形式引入到本专利中作为参考。一般说来，电解质是离子导电的，在温度25℃，采用任何已知的电导仪（如OaktonConSeries11）测定的离子电导率大约为0.5-100毫西门子/厘米（“mS/cm”），在一些实施例中大约为1-80mS/cm，在一些实施例中大约为5mS/cm-60mS/cm，在一些实施例中大约为10-40mS/cm。人们认为，在上述范围内，电解质的离子导电性使电场延伸到电解质内，其长度（德拜长度）足够导致明显的电荷分离。这一点使电介质的势能延伸到电解质，因此，所得电容器储存的势能比根据介质厚度预测的更高。换句话说，电容器可充电压超过电介质的形成电压。电容器可充电压与形成电压之比可能为，例如，大约1.0-2.0，在一些实施例中大约为1.1-1.8，在一些实施例中大约为1.2-1.6。举例来说，电容器可充电压可能大约为200-350V，在一些实施例中，大约为220-320V，在一些实施例中，大约为250-300V。

电解质通常是液体形式，如溶液（如水溶液或非水溶液）、分散体、胶体等。例如，工作电解质可以是酸的水溶液（如硫酸、磷酸或硝酸）、碱的水溶液（如氢氧化钾）、或盐的水溶液（例如铵盐，如硝酸盐）及本领域已知的任何其它合适的电解质，如溶解在有机溶剂中的盐（如溶解在乙二醇基溶液中的铵盐）。Evans等的美国专利5,369,547和6,594,140中描述了各种合适的电解质，以上专利以全文的形式引入到本专利中作为参考。

通过选择某一浓度范围的离子化合物（如酸、碱、盐等），可以实现要求的离子电导率。在一个具体的实施例中，弱有机酸盐在实现要求的电解质电导率方面是有效的。盐的阳离子可以包括单原子阳离子，如碱金属（如Li⁺、Na⁺、K⁺、Rb⁺或Cs⁺）、碱土金属（如Be²⁺、Mg²⁺、Ca²⁺、Sr²⁺或Ba²⁺）、过渡金属（如Ag⁺、Fe²⁺、Fe³⁺等）以及多原子阳离子，如NH₄ ⁺。一价铵（NH₄ ⁺）、钠（Na⁺）、锂（Li⁺）是尤其适合本发明的阳离子。用于形成盐的阴离子的有机酸是“弱酸”，其在25℃测定的一级酸离解常数（pK_a1）一般大约为0-11，在一些实施例中，大约为1-10，在一些实施例中，大约为2-10。本发明可以使用任何合适的弱有机酸，如羧酸，如丙烯酸、甲基丙烯酸、丙二酸、琥珀酸、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（如右旋酒石酸、内消旋酒石酸等）、柠檬酸、甲酸、乙酸、乙醇酸、草酸、丙酸、邻苯二甲酸、间苯二甲酸、戊二酸、葡糖酸、乳酸、天冬氨酸、谷氨酸、衣康酸、三氟乙酸、巴比妥酸、肉桂酸、苯甲酸、4-羟基苯甲酸、氨基苯甲酸等；及以上各酸的混合物等。在用于形成盐方面，多元酸（如二元酸、三元酸等）尤其符合要求，如己二酸（pK_a1为4.43，pK_a2为5.41）、a-酒石酸（pK_a1为2.98和pK_a2为4.34）、内消旋酒石酸（pK_a1为3.22和pK_a2为4.82）、草酸（pK_a1为1.23和pK_a2为4.19）、乳酸（pK_a1为3.13，pK_a2为4.76和pK_a3为6.40）等。

实际用量可根据具体使用的盐、其在电解质所用溶剂中的溶解度和存在的其它组分而变化，此类弱有机酸盐在电解质中的含量大约为0.1-25wt%，在一些实施例中大约为0.2-20wt%，在一些实施例中大约为0.3-15wt%，在一些实施例中大约为0.5-5wt%。

电解质通常是水溶液，因为它包含水相溶剂，如水（如去离子水）。例如，水（如去离子水）占电解质的含量可能大约为20wt%-95wt%，在一些实施例中大约为30wt%-90wt%，在一些实施例中大约为40wt%-85wt%。还可以使用第二溶剂，以形成溶剂混合物。合适的第二溶剂可能包括，例如，二醇（如乙二醇、丙二醇、丁二醇、三甘醇、己二醇、聚乙二醇、乙氧基二甘醇、二丙二醇等）；乙二醇醚（如甲基乙二醇醚、乙基乙二醇醚、异丙基乙二醇醚等）；醇（例如，甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇和丁醇）；酮(例如,丙酮、甲基乙基酮和甲基异丁基酮)；酯(例如,乙酸乙酯、醋酸丁酯、二乙二醇乙醚乙酸酯、丙二醇甲醚乙酸酯、碳酸乙二酯、碳酸丙二酯等)；酰胺(例如,二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二甲基辛/癸脂肪酸酰胺和N-烷基吡咯烷酮）；亚砜或砜(例如,二甲亚砜(DMSO)和环丁砜)等。此类溶剂混合物通常含大约40wt%-80wt%的水，在一些实施例中大约含50wt%-75wt%的水，在一些实施例中含大约55wt%-70wt%的水，第二溶剂含量大约为20wt%-60wt%，在一些实例中大约为25wt%-50wt%，在一些实施例中大约为30wt%-45wt%。例如，第二溶剂大约占电解质的5wt%-45wt%，在一些实施例中大约占10wt%-40wt%，在一些实施例中大约占15wt%-35wt%。

如果需要的话，电解质可以相对中性，pH大约为4.5-7.0，在一些实施例中大约为5.0-6.5，在一些实施例中大约为5.5-6.0。为了帮助达到要求的pH值，可以使用一种或多种pH调节剂（如酸、碱等）。在一个实施例中，采用一种酸将pH值降低到要求范围。合适的酸包括，例如，无机酸，如盐酸、硝酸、硫酸、磷酸、多磷酸、硼酸等；有机酸，包括羧酸，如丙烯酸、甲基丙烯酸、丙二酸、琥珀酸、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、甲酸、乙酸、乙醇酸、草酸、丙酸、邻苯二甲酸、间苯二甲酸、戊二酸、葡糖酸、乳酸、天冬氨酸、谷氨酸、衣康酸、三氟乙酸、巴比妥酸、肉桂酸、苯甲酸、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、苯乙烯磺酸、萘二磺酸、羟基苯磺酸等；高分子酸，例如，聚（丙烯酸）或聚（甲基丙烯酸）及其共聚物（例如，马来酸-丙烯酸共聚物、磺酸-丙烯酸共聚物、苯乙烯-丙烯酸共聚物）、角叉菜酸、羧甲基纤维素、藻酸等。虽然pH调节剂的总浓度可能有所不同，但是，它们占电解质的含量大约为0.01wt%-10wt%，在一些实施例中大约为0.05wt%-5wt%，在一些实施例中大约为0.1wt%-2wt%。

电解质还可以包含帮助提高电容器电气性能的其它组分。例如，在电解质中可以使用去极化剂，帮助抑制电解电容器阴极处氢气的产生，氢气的产生会导致电容器膨胀，最终引发失效。使用去极化剂时，去极化剂在电解质中的含量大约为1-500ppm，在一些实施例中大约为10-200ppm，在一些实施例中大约为20-150ppm。合适的去极化剂可以包括硝基芳香化合物，如2-硝基苯酚、3-硝基苯酚、4-硝基苯酚、2-硝基苯甲酸、3-硝基苯甲酸、4-硝基苯甲酸、2-硝基苯乙酮、3-硝基苯乙酮、4-硝基苯乙酮、2-硝基茴香醚、3-硝基茴香醚、4-硝基茴香醚、2-硝基苯甲醛、3-硝基苯甲醛、4-硝基苯甲醛、2-硝基苄醇、3-硝基苄醇、4-硝基苄醇、2-硝基邻苯二甲酸、3-硝基邻苯二甲酸、4-硝基邻苯二甲酸等。尤其适合本发明使用的硝基芳香化合物去极化剂是被一个或多个烷基取代（如甲基、乙基、丙基、丁基等）的硝基苯甲酸及其酸酐或盐。此类烷基取代硝基苯甲酸化合物的具体实例包括，例如，2-甲基-3-硝基苯甲酸；2-甲基-6-硝基苯甲酸；3-甲基-2-硝基苯甲酸；3-甲基-4-硝基苯甲酸；3-甲基-6-硝基苯甲酸；4-甲基-3-硝基苯甲酸；及它们的酸酐或盐等。

如果需要的话，还可以靠近阳极20设置一隔离层（separator）92，以抑制阳极和阴极之间的直接接触，同时仍然允许电解质的离子电流流向电极。适用于这种用途的合适材料的实例包括，例如，多孔聚合物材料（如聚丙烯、聚乙烯、聚碳酸酯等）、多孔无机材料（如玻璃纤维垫、多孔玻璃砂纸等）、离子交换树脂材料等。具体实例包括离子全氟磺酸聚合物膜（如E.I.DuPontdeNemeours&Co.的Nafion?）、磺化氟碳聚合物膜、聚苯并咪唑（PBI）膜和聚醚醚酮（PEEK）膜。为了优化电容器的体积效率，通常要求隔离层92的厚度相对较小。例如，当使用隔离层时，隔离层92的厚度通常大约是5-250微米，在一些实施例中大约是10-150微米，在一些实施例中大约是15-100微米。

例如，参考图2-3，阳极20和选择性设置的隔离层92可位于金属外壳12的内部空间中。金属外壳12通常由金属制成，例如钽、铌、铝、镍、铪、钛、铜、银、钢（如不锈钢）及它们的合金（如导电氧化物）、它们的复合物（如涂覆导电氧化物的金属）等。该金属外壳12可以是任何要求的形状，如圆柱形、D-形、矩形、三角形、棱形等。例如，在一个实施例中，金属外壳12包括一个大致呈圆柱形的侧壁。如果需要，也可以采用多个侧壁。一般而言，外壳12和阳极20具有相同或类似的形状，这样，阳极20能够很容易地放进外壳的内部空间11中。例如，在图示的实施例中，阳极20和金属外壳12均大致呈圆柱形。

为了实现要求的体积效率，阳极宽度（如直径）和金属外壳12限定的内部空间11的宽度（如直径）之差相对较小。例如，阳极20的宽度由第一边缘部分7和第二边缘部分9之间距离限定，内部空间的宽度由第一边缘部分77内表面和第二边缘部分79内表面之间距离限定。一般来说，阳极宽度和内部空间宽度之比的范围大约为0.80-1.00，在一些实施例中大约为0.85-0.99，在一些实施例中大约为0.90-0.99，在一些实施例中大约为0.94-0.98。阳极20的宽度范围，例如，大约为0.5-50毫米，在一些实施例中大约为1-40毫米，在一些实施例中大约为4-30毫米。同样，内部空间11的宽度范围大约为0.5-60毫米，在一些实施例中大约为1-50毫米，在一些实施例中大约为4-35毫米。金属外壳12的总直径也可能有所不同，例如大约为1-70毫米，在一些实施例中大约为2-60毫米，在一些实施例中大约为5-50毫米。

虽然并不要求，但是，长度比通常比宽度比略小，这样，金属外壳能够容纳一个或多个任选的液封，这将在下文进行更详细的说明。例如，阳极20的长度由相对的端部17和19之间距离限定，内部空间11的长度由边缘部分77和79的下端部88和上边缘87之间距离限定。一般来说，阳极长度和内部空间长度之比的范围大约为0.5-1.00，在一些实施例中大约为0.6-0.98，在一些实施例中大约为0.65-0.95。阳极20的长度，例如，大约为0.5-100毫米，在一些实施例中大约为1-60毫米，在一些实施例中大约为5-30毫米。同样，内部空间11的长度大约为1-200毫米，在一些实施例中大约为5-100毫米，在一些实施例中大约为10-50毫米。

如果需要的话，金属外壳的内表面（如侧壁和/或端部）可任选进行粗化，以增大表面积。可以采用各种方法进行表面粗化，如机械方法（如砂纸、喷砂等）、化学蚀刻以及如Dreissig等人的美国专利申请12/330,943和Ning等人的美国专利申请12/209,588所述的火花阳极氧化，等等。无论采用何种方式，外壳12内表面的至少一部分涂覆有一种电化学活性的阴极材料（未示出），以增大有效表面积。例如，阴极材料可沉积在金属外壳12的内表面上。一种合适的阴极材料是导电聚合物，如π-共轭且在氧化或还原后具有导电性的那些导电聚合物（氧化后电导率至少约为1μS·cm^-1）。此类π-共轭的导电聚合物的实例包括，例如，聚杂环类（例如聚吡咯；聚噻吩、聚苯胺等）、聚乙炔、聚-对苯撑、聚苯酚盐等。合适的聚噻吩包括，例如，聚噻吩及其衍生物，如聚（3,4-乙烯基二氧噻吩）（“PEDT”）。在一个实施例中，采用具有通式（Ⅰ）或通式（Ⅱ）重复单元或具有通式（Ⅰ）和通式（Ⅱ）重复单元的聚噻吩衍生物：

式中：

A是任选C₁-C₅烯烃取代基（例如，亚甲基、乙烯基、正丙烯基、正丁烯基、正戊烯基等）；

R是线性或支链的任选C₁-C₁₈烷基取代基（例如，甲基、乙基、正丙基或异丙基、正丁基、异丁基、仲丁基或叔丁基、正戊基、1-甲基丁基、2-甲基丁基、3-甲基丁基、1-乙基丙基、1,1-二甲基丙基、1,2-二甲基丙基、2,2-二甲基丙基、正己基、正庚基、正辛基、2-乙基己基、正壬基、正癸基、正十一烷基、正十二烷基、正十三烷基、正十四烷基、正十六烷基、正十八烷基等）；任选C₅-C₁₂环烷基取代基（如环戊基、环己基、环庚基、环辛基、环壬基、环癸基等）；任选C₆-C₁₄芳基取代基（如苯基、萘基等）；任选C₇-C₁₈芳烷基取代基（如苄基，邻、间、对-甲苯基、2,3-、2,4-、2,5-、2,6、3,4-、3,5-二甲苯基、三甲苯基等）；任选C₁-C₄羟烷基取代基或羟基取代基；及

x是0-8的整数，在一些实施例中，x是0-2的整数，在一些实施例中，x是0。“A”或“R”的取代基实例包括，例如，烷基、环烷基、芳基、芳烷基、烷氧基、卤基、醚、硫醚、二硫化物、亚砜、砜、磺酸酯、氨基、醛、酮、羧酸酯、羧酸、碳酸酯、羧酸酯、氰基、烷基硅烷和烷氧基硅烷基、羧酰胺基等。

通式(Ⅰ)或通式(Ⅱ)或通式(Ⅰ)和(Ⅱ)的重复单元的总数量通常是2-2000，在一些实施例中是2-100。

尤其适合的聚噻吩衍生物是那些A为任选C₂-C₃烯烃取代基且x是0或1的衍生物。在一个实施例中，聚噻吩衍生物是PEDT，具有式（Ⅱ）的重复单元，其中“A”是CH₂-CH₂，“x”是0。形成所述聚噻吩衍生物的方法是本领域已知的，例如，Merker等人的美国专利6,987,663中有所描述。该专利以全文的方式引入到本专利中。例如，聚噻吩衍生物可由单体前体，如任选取代噻吩形成。尤其适合的单体前体是具有通式(Ⅲ)、(Ⅳ)或通式(Ⅲ)和(Ⅳ)的噻吩混合物的取代3,4-烯烃基二氧噻吩：

式中A、R和X的定义如上文所述。

此类单体前体实例包括，例如，任选取代3,4-乙烯基二氧噻吩。也可以采用这些单体前体的衍生物，例如上述单体前体的二聚体或三聚体。分子量较高的衍生物，如单体前体的四聚体、五聚体等适合用于本发明。衍生物可以由相同的或不同的单体单元构成，可以以纯形式及与另一种衍生物和/或单体前体的混合物的形式使用。还可以使用这些单体前体的氧化形式或还原态。

为了得到需要的导电聚合物，如上文所述的单体前体通常需要在氧化剂存在的条件下发生氧化聚合。氧化剂可以采用过渡金属盐，如包含铁（Ⅲ）、铜（Ⅱ）、铬（Ⅵ）、铈（Ⅳ）、锰（Ⅳ）、锰（Ⅶ）或钌（Ⅲ）阳离子的无机或有机酸盐。尤其适合的过渡金属盐包括铁（Ⅲ）阳离子，如卤化铁(Ⅲ)（如FeCl₃)或其它无机酸的铁(Ⅲ)盐，如Fe(ClO₄)₃或Fe₂(SO₄)₃及有机酸铁(Ⅲ)盐和包含有机基团的无机酸的铁(Ⅲ)盐。带有机基团的无机酸的铁（Ⅲ）盐实例包括，例如，C_1-C₂₀烷醇的硫酸单酯铁（Ⅲ）盐（如月桂基硫酸铁(Ⅲ)盐）。同样，有机酸铁（Ⅲ）盐实例包括，例如，C₁-C₂₀烷基磺酸铁（Ⅲ）盐（例如，甲烷磺酸、乙烷磺酸、丙烷磺酸、丁烷磺酸或十二烷基磺酸）；脂肪族全氟磺酸铁（Ⅲ）盐（如三氟甲烷磺酸、全氟丁烷磺酸或全氟辛烷磺酸）；脂肪族C₁-C₂₀羧酸铁（Ⅲ）盐（如2-乙基己基羧酸）；脂肪族全氟羧酸铁（Ⅲ）盐（如三氟乙酸或全氟辛酸）；任选被C₁-C₂₀烷基取代的芳香族磺酸铁（Ⅲ）盐（如苯磺酸、邻-甲苯磺酸、对-甲苯磺酸或十二烷基苯磺酸）；环烷烃磺酸铁（Ⅲ）盐（如樟脑磺酸）等。也可以使用上文提到的铁(Ⅲ)盐的混合物。对甲苯磺酸铁（Ⅲ）、邻甲苯磺酸铁（Ⅲ）及其混合物，尤其适合本发明。

在某些情况下，导电聚合物材料的形态可以是尺寸相对较小的颗粒分散体，例如，分散体的平均粒径大约为1-500纳米，在一些实施例中大约为5-400纳米，在一些实施例中大约为10-300纳米。颗粒的D₉₀值（粒径小于或等于D₉₀值的颗粒体积占全部固体颗粒总体积的90%）大约等于或小于15微米，在一些实施例中大约等于或小于10微米，在一些实施例中大约为1纳米-8微米。颗粒的直径可采用已知的方法测定，如超速离心法、激光衍射法等。

通常采用独立的反离子中和带电的导电聚合物（例如聚噻吩）以促进导电聚合物形成颗粒形态。也就是说，涂层中使用的导电聚合物（例如，聚噻吩或其衍生物）的主链上的电荷通常是中性的或正电荷（阳离子）。聚噻吩衍生物，例如，通常在主聚合物链上携带正电荷。在一些情况下，聚合物在结构单元中可能具有正电荷和负电荷，正电荷位于主链上，而负电荷任选位于“R”取代基上，如磺酸酯基团或羧酸酯基团。主链的正电荷可以被“R”取代基上任选存在的阴离子基团部分或全部中和。从整体来看，在这些情况中，聚噻吩可以是阳离子、中性或甚至是阴离子。但是，因为聚噻吩主链带正电荷，它们全都被视为阳离子聚噻吩。

反离子可以是单体阴离子或聚合物阴离子。聚合物阴离子可以是，例如，聚羧酸（如聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、聚马来酸等）阴离子；聚磺酸阴离子（如聚苯乙烯磺酸（“PSS”）、聚乙烯基磺酸）等。酸还可以是共聚物，如乙烯基羧酸和乙烯基磺酸与其它可聚合单体，如丙烯酸酯和苯乙烯的共聚物。同样，合适的单体阴离子包括，例如，C₁-C₂₀烷基磺酸（如十二烷基磺酸）阴离子；脂肪族全氟磺酸（如三氟甲烷磺酸、全氟丁烷磺酸或全氟辛烷磺酸）阴离子；脂肪族C₁-C₂₀羧酸（2-乙基己基羧酸）阴离子；脂肪族全氟羧酸（如三氟乙酸或全氟辛酸）阴离子；任选被C₁-C₂₀烷基取代的芳香族磺酸（如苯磺酸、邻-甲苯磺酸、对-甲苯磺酸或十二烷基苯磺酸）阴离子；环烷烃磺酸（如樟脑磺酸或四氟硼酸盐、六氟磷酸盐、高氯酸盐、六氟锑酸盐、六氟砷酸盐或六氯锑酸盐）阴离子等。特别适合的反离子是聚合物阴离子，如聚羧酸或聚磺酸（如聚苯乙烯磺酸（“PSS”））。此类聚合物阴离子的分子量一般大约为1,000-2,000,000，在一些实施例中，大约为2,000-500,000。

当使用时，在给定涂层中的此类反离子和导电聚合物的重量比一般大约为0.5:1-50:1，在一些实施例中大约为1:1-30:1，在一些实施例中大约为2:1-20:1。上述重量比中提到的导电聚合物的重量指的是所使用单体部分的重量（假设单体在聚合期间完全转化）。

除导电聚合物之外，电化学活性的阴极材料还可以使用金属，如钌、铱、镍、铑、铼、钴、钨、锰、钽、铌、钼、铅、钛、铂、钯和锇以及这些金属的组合物形成的金属颗粒代替。例如，在一个具体实施例中，电化学活性的材料包括钯颗粒。本发明也可以使用非绝缘的氧化物颗粒。合适的氧化物包括从钌、铱、镍、铑、铼、钴、钨、锰、钽、铌、钼、铅、钛、铂、钯和锇以及这些金属组合物所组成的组中选取的一种金属。尤其合适的金属氧化物包括二氧化钌、氧化铌、二氧化铌、氧化铱和二氧化锰。还可以使用具有所需的导电性的含碳颗粒，如活性碳、碳黑、石墨等。某些合适的活性碳形式及其制造方法在Ivey的美国专利5,726,118、Wellen等人的美国专利5,858,911及Shinozaki等人申请公开号为2003/0158342的美国专利中进行了描述。以上专利以全文的形式引入到本专利中作为参考。

阴极材料可以采用各种已知的方法涂覆到外壳12上，如浸入、旋涂、浸渍、倾倒、滴加、注射、喷涂、刮片、刷涂或印刷（如喷墨打印法、丝网印刷法或移印法）。虽然，分散体的粘度随所采用的涂布技术而有所变化，但是，其粘度一般大约为0.1-100,000mPa·s（在剪切速率100s^-1时测定），在一些实施例中大约为1-10,000mPa·s，在一些实施例中大约为10-1,500mPa·s，在一些实施例中大约为100-1000mPa·s。一旦涂覆完成，即可对该层进行干燥和清洗。干燥可以在温度大约为-10℃-250℃条件下进行，在一些实施例中，大约在0℃-200℃条件下进行。所得干燥涂层的厚度大约为0.2微米（“μm”）-100μm，在一些实施例中，大约为1μm-40μm，在一些实施例中，大约为3μm-10μm。应该理解的是，外壳12所有位置的涂层厚度并不一定相同。

为了抑制电解质从电容器中泄漏出来，通常采用一个，例如，通过焊接与金属外壳连接的盖组件。盖组件可包含一个或多个密封、液封等。例如，参考图5，图中示出了密封盖组件50的一个实施例，包括具有与下平面62隔开的上平面60的盖子52。盖子52一般采用金属制造，例如，钽、铌、铝、镍、铪、钛、铜、银、钢（如不锈钢）及它们的合金（如导电氧化物）、复合物（如涂覆导电氧化物的金属）等。理想的情况是，外壳12和盖52采用同一种材料制造，例如采用钛金属或其合金制造。在所示实施例中，盖52具有大致圆柱形的截面。然而，应该理解的是，本发明可以采用任何几何配置，如D-形、矩形、三角形、棱形等。在平面60和62之间，盖子52具有外径68，从其形成一个台阶得到内径部分69。

盖子52限定了一个内部孔59。该内部孔可以是圆柱形，并且具有大致恒定的内径。在所示实施例中，孔59由从内径部分69向内隔开的圆柱形侧壁57限定。该侧壁57可与盖子整体制造形成或由一个独立的箍部件与盖52连接形成。不管怎样，导电管56延伸通过孔59。导电管56通常是空心的，其尺寸和形状足够容纳一根阳极引线。导电管56通常采用金属，例如钽、铌、铝、镍、铪、钛、铜、银、钢（如不锈钢）及它们的合金（如导电氧化物）、复合物（如涂覆导电氧化物的金属）等制造。孔59中还设有一种绝缘材料（例如玻璃），以在导电管56和侧壁57之间形成密封54（如玻璃-金属密封）。

盖组件50还可以包括由大致绝缘的密封材料制造的液封70。例如，密封材料在20℃测定的电阻大约为1×10²欧姆-米或更大，在一些实施例中大约为1×10⁵欧姆-米或更大，在一些实施例中大约为1×10¹⁵-1×10²⁵欧姆-米。液封70盖住盖52下表面62的至少一部分，以限制其与外壳可能泄漏的电解质接触。这可以使电路中省略盖52，有助于提高漏电流。因此，液封70有时盖住盖52下表面62的绝大部分地方和密封54的下表面。“绝大部分”指的是密封盖住表面的80%或以上，在一些实施例中盖住大约90%或以上，在一些实施例中大约100%盖住表面。如图5所示，液封70一般还盖住至少部分导电管56，如侧壁53。

为了帮助得到要求的表面覆盖率，通常要求密封材料是可以流动的，这样，它可以在电容器生产期间进行加热并流进小裂缝中。材料流动的温度通常比部件的额定工作温度高，这样，在工作期间密封仍然保持完好。例如，电容器有时的额定工作温度大约高达250℃。在这种情况下，密封材料大约在温度比250℃高时变得可以流动，在一些实施例中大约在275℃-350℃变得可以流动，在一些实施例中大约在285℃-325℃时变得可以流动。“可以流动”通常理解为材料的粘度大约为10×10⁵-10×10⁷厘泊。这种可以流动的材料可以是在合适温度熔化或软化的结晶材料或半结晶材料（聚合材料），或它们只是玻璃化转变温度足够低而在合适温度可以流动的无定形材料。例如，可以使用玻璃材料，例如包含CaO、Al₂O₃、B₂O₃、SrO、BaO、La₂O₃、SiO₂、TiO₂和Na₂O或它们的组合物。包含氧化硼（B₂O₃)、氧化钡（BaO）、氧化镧（La₂O₃）和任选至少一种其它氧化物的镧钡硼酸盐玻璃组合物尤其适合。此类组合物在专利号为5,648,302和5,104,738的美国专利中进行了更详细的说明，以上专利以全文的形式引入本专利中作为参考。

液封70中使用的合适结晶或半结晶密封材料的另一个例子是氟聚合物。术语“氟聚合物”指的是其中某些或全部氢原子被氟原子取代的烃骨架聚合物。骨架聚合物通常是聚烯烃，并且由氟取代不饱和烯烃单体形成。氟聚合物可以是氟取代单体均聚物或氟取代单体共聚物或氟取代单体和非氟取代单体混合物的共聚物。与氟原子一起，氟聚合物还可以被其它卤原子，如氯原子和溴原子取代。适合本发明形成氟聚合物的代表性单体有四氟乙烯（“TFE”）、二氟乙烯（“VF2”）、六氟丙烯（“HFP”）、三氟氯乙烯（“CTFE”）、全氟乙基乙烯基醚（“PEVE”）、全氟甲基乙烯基醚（“PMVE”）、全氟丙基乙烯基醚（“PPVE”）等及它们的混合物。合适的氟聚合物的具体实例包括聚四氟乙烯（“PTFE”）、全氟烷基乙烯基醚（“PVE”）、聚（四氟乙烯-共-全氟烷基乙烯基醚）（“PFA”）、氟化乙丙共聚物（“FEP”）、乙烯-四氟乙烯共聚物（“ETFE”）、聚二氟乙烯（“PVDF”）、聚三氟氯乙烯（“PCTFE”）和TFE与VF2和/或HFP的共聚物及以上氟聚合物的混合物。尤其适合的氟聚合物是聚（四氟乙烯-共-全氟烷基乙烯醚）（“PFA”）。

如果需要的话，液封70可以是包括流动特性不同的各层的层压结构。例如，液封70可包括在上文所示温度容易流动的密封层和通常不流动或仅在温度高于密封层温度时才会流动的硬层。例如，通常硬层可能在比密封层可以流动的温度高5℃或更高时变得可以流动，在一些实施例中大约高10℃或更高，在一些实施例中大约高20℃或更高。例如，在一个实施例中，密封层采用熔点通常大约为305℃的聚（四氟乙烯-共-全氟烷基乙烯醚）（“PFA”）制造，硬层通常采用熔点大约为327℃的聚（四氟乙烯）（“PTFE”）制造。除别的优点之外，硬层通常可以减少加热时密封层流向电容器中人们不希望其流向的地方的可能性，并保持盖子内表面的表面覆盖率。

例如，密封材料70可以是包含两层的层压结构（如密封层/硬层），其中密封层直接与盖子52相邻。采用这种方式，密封层容易流动，并涂覆盖和密封的下表面，但是，硬层可以限制密封层进到外壳内的可能性。在另一个实施例中，密封材料70可以是包含三层的层压结构（如密封层/硬层/密封层），其中密封层靠近盖子52和阳极。除其它优点之外，在电容器制造期间，这种结构使密封材料70很容易涂覆到盖子52和/或阳极上。

除上文所讨论的液封70之外，本发明的电容器还可以包含一个或多个第二液封。再次参考图4，例如，图中示出了一个垫片89，位于阳极20上端部17附近。垫片89通常为圆柱形，包含一个与垫片同轴的孔，阳极引线42通过该孔伸出。垫片89可采用上文所述的任何类型的绝缘材料（如PTFE）制造。也可以采用弹性环94作为附加液封。如果需要的话，弹性环94可位于外壳12的边缘部分77和79附近，从而帮助抑制电解质从此处漏出。弹性环94可采用耐电解质腐蚀且介电强度足够耐受电容器产生的最高电压的弹性体制造。在一个实施例中，所述弹性体可在温度大约-55℃-200℃工作，不会发生降解或失去弹性。可以使用的弹性体实例包括丁基橡胶、氯化丁基橡胶、乙丙橡胶（EPR）、三元乙丙橡胶（EPDM）、氟弹性体，如VITON?、聚四氟乙烯、氯丁橡胶、顺丁橡胶、丁腈橡胶、异戊橡胶、硅橡胶和丁苯橡胶。

图6示出了将盖组件50与外壳12连接的一个实施例。如图所示，盖组件50的定位为：液封70靠近弹性环94。一旦放于要求位置，可对组件50施加压力，压紧弹性环94，建立第二液封。举例来说，弹性环可压缩到其原厚度的大约30%-85%。然后，将盖子52焊接到外壳12上。参考图7，阳极引线42延伸通过导电管56，并通过焊缝104密封在导电管外端。外部阳极引线100，优选用镍制造，可以同样焊接在焊缝104处。同样，外部阴极引线102焊接在外壳12底部。

本发明所得电容器具有优异的电气性能。例如，电容器还具有较高的能量密度，使其适合高脉冲应用。能量密度通常按照公式E=1/2*CV²确定，其中C是以法拉（F）表示的电容，V是以伏特（V）表示的电容器工作电压。例如，电容可以采用电容计（如带Kelvin引线的Keithley3330精密LCZ计，2伏特偏压和1伏特信号）在10-120Hz的工作频率和25℃的温度下测定。例如，电容器的能量密度大约为2.0焦耳/立方厘米（J/cm³）或更高，在一些实施例中大约为3.0J/cm³，在一些实施例中大约为4.0J/cm³-10.0J/cm³，在一些实施例中大约为4.5-8.0J/cm³。同样，电容大约为1毫法/平方厘米（“mF/cm²”）或更高，在一些实施例中约为2mF/cm²或更高，在一些实施例中约为5-50mF/cm²，在一些实施例中约为8-20mF/cm²。

等效串联电阻（“ESR”）是当电容器在电子电路中充电和放电时，电容器充当电阻的程度。在频率1000Hz，偏压2伏特，信号1伏特的条件下测定时，ESR约低于15,000毫欧，在一些实施例中约低于10,000毫欧，在一些实施例中约低于5,000毫欧，在一些实施例中约为1-1000毫欧。此外，漏电流通常指的是从一个导体通过绝缘体流向相邻导体的电流，它也可以保持在相对较低的水平。例如，本发明电容器的标准漏电流的数值，在一些实施例中大约低于1μA/μF*V，在一些实施例中大约低于0.5μA/μF*V，在一些实施例中约低于0.1μA/μF*V，其中μA是微安，μF*V是电容和额定电压的乘积。漏电流采用漏电流测试仪（例如MC190Leakagetest,MantracourtElectronicsLTD,UK）在温度25℃、某一额定电压及充电大约60-300秒后进行测定。甚至在高温老化较长时间后，以上ESR和标准漏电流仍然能够得到保持。例如，在温度大约100℃-250℃，在一些实施例中在大约100℃-200℃时（如100℃、125℃、150℃、175℃或200℃）时，这些数值可保持大约100小时或更长，在一些实施例中可保持300小时-2500小时，一些实施例中可保持400小时-1500小时（如500小时、600小时、700小时、800小时、900小时、1000小时、1100小时或1200小时）。

本发明的电解电容器可用于各种应用，包括但不限于医疗器械，如植入式除纤颤器、起搏器、心电复律器、神经刺激器、给药装置等；汽车应用；军事应用，如雷达系统；消费者电子产品，如无线电、电视等。在一个实施例中，例如，电容器可用于植入式医疗器械中，为患者提供高电压治疗（如约为500伏特-850伏特，或者，如果要求的话，大约600-900伏特）。该器械可包含全密封和生物惰性的容器或外壳。通过静脉，采用一根或多根引线将器械与患者心脏电连接。配备心脏电极，以感知心脏活动和/或向心脏提供电压。在心脏的一个或多个心室和心房附近，配备至少一部分引线（如引线末端），或至少一部分引线与心脏的一个或多个心室和心房接触。该器械还包含一个电容器组，所述电容器组一般包含两个或多个串联连接的电容器，并与器械内部或外部的电池连接，为电容器组提供能量。部分是由于电导率较高，本发明的电容器具有优异的电性能，因此，适合用于植入式医疗器械的电容器组。

上文对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (24)

1.一种湿式电解电容器，包括：

金属外壳，它包括第一边缘部分和与其相对的第二边缘部分，两者从第一端部纵向延伸限定了一个内部空间；

沉积在至少一部分金属外壳内表面上的电化学活性阴极材料，其中所述电化学活性阴极材料包括平均直径为1nm至500nm的颗粒的分散体；

由阳极氧化、烧结多孔体形成的阳极，所述阳极包括上端部和下端部，其中阳极的第一边缘部分和与其相对的第二边缘部分在上端部和下端部之间纵向延伸，限定了阳极的长度，其中中间纵向平面沿与纵向平行的方向延伸通过阳极的上端部，其中沿阳极长度方向的中间纵向平面和阳极各边缘部分之间的距离大致保持不变，阳极的第一边缘部分和第二边缘部分之间的距离还限定了阳极的宽度，其中阳极宽度和内部空间宽度之比为0.80-1.00，进一步所述阳极位于金属外壳限定的内部空间中并占据内部空间70vol.％或更多；及

与阳极及电化学活性材料电接触的液体电解质。

2.根据权利要求1所述的湿式电解电容器，其中所述阳极占据内部空间的80vol.％-98vol.％。

3.根据权利要求1所述的湿式电解电容器，其中沿阳极长度方向中间纵向平面和阳极第一边缘部分之间的间距及中间纵向平面和阳极第二边缘部分之间的间距之差是0.20毫米或更小。

4.根据权利要求1所述的湿式电解电容器，其中所述阳极在与中间纵向平面垂直的中间横向平面方向的曲率半径是25厘米或更大。

5.根据权利要求1所述的湿式电解电容器，其中阳极长度和内部空间长度之比为0.70-1.00。

6.根据权利要求1所述的湿式电解电容器，其中阳极长度是1-60毫米。

7.根据权利要求1所述的湿式电解电容器，其中阳极宽度和内部空间宽度之比为0.90-0.99。

8.根据权利要求1所述的湿式电解电容器，其中所述阳极的宽度是1-40毫米。

9.根据权利要求1所述的湿式电解电容器，还包括一个隔离层，所述隔离层包围阳极的第一边缘部分、阳极的第二边缘部分、阳极的上端部、阳极的下端部之中的至少一部分或它们的组合。

10.根据权利要求1所述的湿式电解电容器，还包括一根引线，所述引线从阳极多孔体沿纵向引出。

11.根据权利要求1所述的湿式电解电容器，其中所述电化学活性阴极材料包括导电聚合物。

12.根据权利要求11所述的湿式电解电容器，其中所述导电聚合物是聚(3,4-乙烯基二氧噻吩)。

13.根据权利要求1所述的湿式电解电容器，其中所述多孔体包括钽、铌或两者的导电氧化物。

14.根据权利要求1所述的湿式电解电容器，其中所述液体电解质是水溶液。

15.根据权利要求1所述的湿式电解电容器，其中所述金属外壳和阳极大致为圆柱形。

16.根据权利要求1所述的湿式电解电容器，其中所述金属外壳采用钛、钽或它们的组合物制成。

17.根据权利要求1所述的湿式电解电容器，其中所述金属外壳在与金属外壳第一端部相对的第二端限定了一个开口，所述电容器还包括一个密封该开口的盖子。

18.一种制造湿式电解电容器的方法，所述方法包括：

压制一种包括钽、铌或它们的导电氧化物的粉末形成多孔体，其中一阳极引线从多孔体引出；在热处理装置中烧结所述多孔体，多孔体表面并不与外表面发生物理接触；

阳极氧化所述烧结多孔体形成阳极，其中所述阳极的长度为1-60毫米，宽度为1-40毫米，进一步的，其中阳极包含一上端部和一下端部，其中阳极的第一边缘部分和与其相对的第二边缘部分在上端部和下端部之间纵向延伸，限定了阳极的长度，其中中间纵向平面沿与纵向平行的方向延伸通过阳极的上端部，其中沿阳极长度方向的中间纵向平面和阳极各边缘部分之间的距离大致保持不变，阳极的第一边缘部分和第二边缘部分之间的距离还限定了阳极的宽度，其中阳极宽度和内部空间宽度之比为0.80-1.00，进一步所述阳极位于金属外壳限定的内部空间中并占据内部空间70vol.％或更多；

将所述阳极插入到金属外壳的内部空间中，其中所述金属外壳的内表面至少一部分涂覆了电化学活性的材料，其中所述电化学活性材料包括平均直径为1nm至500nm的颗粒的分散体；及

将阳极和电化学活性的材料与液体电解质接触。

19.根据权利要求18所述的方法，其中所述烧结在温度1000℃-1500℃的条件下进行。

20.根据权利要求18所述的方法，其中多孔体在烧结期间通过阳极引线悬挂在横杆上。

21.根据权利要求18所述的方法，其中所述电化学活性阴极材料包括聚(3,4-乙烯基二氧噻吩)。

22.根据权利要求18所述的方法，其中所述液体电解质是水溶液。

23.根据权利要求18所述的方法，其中所述金属外壳和阳极大致为圆柱形。

24.根据权利要求18所述的方法，其中所述金属外壳采用钛、钽或它们的组合物制成。