CN108221024A - 铝电解电容器用高压阳极氧化膜的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铝电解电容器用高压阳极氧化膜的制备方法，它是将腐蚀铝箔置于90～100℃的高纯水中反应5min后，放入10wt％的柠檬酸铵溶液中浸泡5min，然后置于10％的壬二酸溶液中进行高压阳极氧化处理。本发明将腐蚀铝箔置于10wt％的壬二酸溶液中进行高压阳极氧化处理，可以极大改善阳极氧化膜的结构与性能，提高氧化膜的绝缘性能，提高晶型氧化膜的含量；将水合铝箔氧化前实施柠檬酸铵浸泡处理，有助于溶解水合氧化膜疏松多孔外层，消除缺陷，促使无定形氧化膜向晶型氧化膜转化，缩短氧化时间，提高阳极氧化膜中的晶体含量，从而提高化成铝箔的比电容和耐电压，提高形成效率，达到缩小铝电解电容器体积的目的。
Description
技术领域
本发明涉及一种铝电解电容器用高压阳极氧化膜的制备方法，属于铝电解电容器技术领域。
背景技术
铝电解电容器，又称电容，一种储能元件，特点是容量大，是电器产品中的核心元件之一，在能量储存转换、液晶显示、集成电路等场合被广泛应用，由于全球电子产品的不断更新换代，全球铝电解电容器需求量近年来以平均10％以上的速度稳步上升，行业前景非常看好。
阳极氧化膜是铝电解电容器的工作电介质，它是铝箔在弱酸溶液中通过阳极氧化而在表面形成得到的一种致密耐电压薄膜，其比电容、微观组织结构直接关系到铝电解电容器的体积与性能。阳极氧化膜的结构分为无定形Al2O3和晶型γ-或γ’-Al2O3两种。晶型氧化膜具有较大的相对介电常数和较小的耐压厚度，电容量较无定形氧化膜高。
现代工业制备铝电解电容器用高压阳极氧化膜一般是先将腐蚀铝箔与沸水进行反应在其表面生成一层水合膜，再在硼酸溶液中进行高压阳极氧化制得数百纳米厚度的耐压薄膜。
近些年，随着电子整机小型化的发展，用户对铝电解电容器进一步缩小体积和提高比容的要求日益迫切，阳极铝箔也相应要求具有高质量和高比容，因此，有必要对如何提高氧化膜的性能、提高电极铝箔的比电容和电阻进行研究。
发明内容
有鉴于此，针对现有技术的不足，本发明提供一种铝电解电容器用高压阳极氧化膜的制备方法。
为解决以上技术问题，本发明的技术方案采用了一种铝电解电容器用高压阳极氧化膜的制备方法，它包括以下步骤：
(1)制备化成液：将壬二酸粉末与高纯水配制成质量分数为10％的壬二酸溶液置于铝箔化成槽中加热到90±2℃，保持恒温；
(2)水合处理：将腐蚀铝箔置于90～100℃的高纯水中反应5min；
(3)将水合处理后的铝箔放入10wt％的柠檬酸铵溶液中浸泡5min；
(4)将步骤(3)处理后的铝箔进行表面冲洗后置于步骤(1)中的壬二酸溶液中进行高压阳极氧化处理：铝箔连接高压直流电源的正极，铝箔化成槽连接高压直流电源的负极，采用恒定直流电升压至设定电压后，维持恒压处理10min；
(5)将步骤(4)处理后的铝箔用去离子水清洗干净后进行热处理，即在腐蚀铝箔表面形成Al2O3高压阳极氧化膜。
进一步的，在步骤(5)热处理之后，还包括采用步骤(4)相同的高压阳极氧化处理条件对铝箔进行补充阳极氧化处理的操作。
进一步的，所述补充阳极氧化处理中恒压处理的时间为5min。
进一步的，所述腐蚀铝箔为酸刻蚀多孔高纯铝箔，纯度大于99.99％，平均孔径为1～2μm。
进一步的，所述步骤(1)中高纯水的电阻率为16MΩ·cm。
进一步的，所述步骤(4)中恒定直流电的电流为50×10-3A/cm2。
进一步的，所述步骤(4)中设定电压为500V。
进一步的，所述步骤(5)中热处理是在500℃空气气氛中处理2min。
与现有技术相比，本发明将腐蚀铝箔置于10wt％的壬二酸溶液中进行高压阳极氧化处理，可以极大改善阳极氧化膜的结构与性能，提高氧化膜的绝缘性能，提高晶型氧化膜的含量；将水合铝箔氧化前实施柠檬酸铵浸泡处理，有助于溶解水合氧化膜疏松多孔外层，消除缺陷，促使无定形氧化膜向晶型氧化膜转化，缩短氧化时间，提高阳极氧化膜中的晶体含量，从而提高化成铝箔的比电容和耐电压，提高形成效率，达到缩小铝电解电容器体积的目的。
附图说明
图1为铝箔在壬二酸溶液中高压阳极氧化过程中电流密度与比电阻变化曲线图；
图2为铝箔在硼酸+壬二酸溶液中高压阳极氧化过程中电流密度与比电阻变化曲线图；
图3为铝箔在壬二酸溶液中补充阳极氧化过程中电流密度与比电阻变化曲线图；
图4为铝箔在硼酸+壬二酸溶液中补充阳极氧化过程中电流密度与比电阻变化曲线图。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
实施例1：
一种铝电解电容器用高压阳极氧化膜的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备化成液：将壬二酸粉末与电阻率为16MΩ·cm的高纯水配制成质量分数为10％的壬二酸溶液置于铝箔化成槽中加热到90±2℃，保持恒温；
(2)水合处理：将酸刻蚀多孔高纯铝箔裁成规格为50mm×10mm×0.1mm的试样置于90～100℃的高纯水中反应5min；
(3)将步骤(2)处理后的铝箔置于步骤(1)中的壬二酸溶液中进行高压阳极氧化处理：铝箔连接高压直流电源的正极，铝箔化成槽连接高压直流电源的负极，采用50×10-3A/cm2的恒定直流电升压至500V设定电压后，维持恒压处理10min；
(4)将步骤(3)处理后的铝箔用去离子水清洗干净后转移至马弗炉中，在500℃空气气氛中处理2min，然后再采用步骤(3)相同的高压阳极氧化处理条件对铝箔进行补充阳极氧化处理：50×10-3A/cm2的恒定直流电升压至500V后恒压处理5min，即在腐蚀铝箔表面形成Al2O3高压阳极氧化膜。
实施例2：
一种铝电解电容器用高压阳极氧化膜的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备化成液：将电子级硼酸粉末、壬二酸粉末与电阻率为16MΩ·cm的高纯水配制成质量分数为5％硼酸溶液+5％壬二酸溶液的化成液置于铝箔化成槽中加热到90±2℃，保持恒温；
(2)水合处理：将酸刻蚀多孔高纯铝箔裁成规格为50mm×10mm×0.1mm的试样置于90～100℃的高纯水中反应5min；
(3)将步骤(2)处理后的铝箔置于步骤(1)中的化成液中进行高压阳极氧化处理：铝箔连接高压直流电源的正极，铝箔化成槽连接高压直流电源的负极，采用50×10-3A/cm2的恒定直流电升压至500V设定电压后，维持恒压处理10min；
(4)将步骤(3)处理后的铝箔用去离子水清洗干净后转移至马弗炉中，在500℃空气气氛中处理2min，然后再采用步骤(3)相同的高压阳极氧化处理条件对铝箔进行补充阳极氧化处理：50×10-3A/cm2的恒定直流电升压至500V后恒压处理5min，即在腐蚀铝箔表面形成Al2O3高压阳极氧化膜。
实施例3：
一种铝电解电容器用高压阳极氧化膜的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备化成液：将壬二酸粉末与电阻率为16MΩ·cm的高纯水配制成质量分数为10％的壬二酸溶液置于铝箔化成槽中加热到90±2℃，保持恒温；
(2)水合处理：将酸刻蚀多孔高纯铝箔裁成规格为50mm×10mm×0.1mm的试样置于90～100℃的高纯水中反应5min；
(3)将水合处理后的铝箔放入10wt％的柠檬酸铵溶液中浸泡5min；
(4)将步骤(3)处理后的铝箔表面清洗后置于步骤(1)中的壬二酸溶液中进行高压阳极氧化处理：铝箔连接高压直流电源的正极，铝箔化成槽连接高压直流电源的负极，采用50×10-3A/cm2的恒定直流电升压至500V设定电压后，维持恒压处理10min；
(5)将步骤(4)处理后的铝箔用去离子水清洗干净后转移至马弗炉中，在500℃空气气氛中处理2min，然后再采用步骤(4)相同的高压阳极氧化处理条件对铝箔进行补充阳极氧化处理：50×10-3A/cm2的恒定直流电升压至500V后恒压处理5min，即在腐蚀铝箔表面形成Al2O3高压阳极氧化膜。
对实施例1和2高压阳极氧化即第一次氧化时500v恒压10min得到的氧化膜进行化成电流与电阻变化测量，得到曲线图参见图1、图2所示。由图可知，壬二酸溶液和5％硼酸+5％壬二酸溶液两溶液的电流电阻变化趋势相近，电流下降趋势和电阻上升趋势都比较快，都在8min左右的时候到达峰值。在壬二酸溶液中，最终化成后比电阻达到460Ωcm-2左右，而在5％硼酸+5％壬二酸溶液中只有260Ωcm-2。前者氧化后的电阻比后者的高出将近一倍，说明壬二酸溶液中氧化形成的膜的绝缘性更好，即晶体含量更高。由于化成电阻与阳极氧化膜的厚度有关，可以推测壬二酸溶液中形成的化成箔耐电压比5％硼酸+5％壬二酸溶液中的高。
对实施例1和2补充阳极氧化即第二次氧化时500v恒压5min得到的氧化膜进行化成电流与电阻变化测量，得到曲线图参见图3、图4所示。由图可知，前4min电流密度持续下降，在4min时达到峰值，壬二酸溶液中比电阻达到约320Ωcm-2，5％硼酸+5％壬二酸溶液中比电阻约230Ωcm-2，前者比后者的化成电阻高出近40％，说明壬二酸溶液中二次化成后的晶体含量高。
测定实施例1和实施例3的阳极氧化膜的比电容和电阻，具体见下表所示：
由上表可知，经过柠檬酸铵处理后的铝箔电容和电阻都有明显提高，由此可见柠檬酸根离子有助于提高阳极氧化膜的晶型含量，增加比电容，提高氧化膜的性能。
综上，本发明将腐蚀铝箔置于10wt％的壬二酸溶液中进行高压阳极氧化处理，可以极大改善阳极氧化膜的结构与性能，提高氧化膜的绝缘性能，提高晶型氧化膜的含量；将水合铝箔氧化前实施柠檬酸铵浸泡处理，有助于溶解水合氧化膜疏松多孔外层，消除缺陷，促使无定形氧化膜向晶型氧化膜转化，缩短氧化时间，提高阳极氧化膜中的晶体含量，从而提高化成铝箔的比电容和耐电压，提高形成效率，达到缩小铝电解电容器体积的目的。
应当指出的是，上述实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种铝电解电容器用高压阳极氧化膜的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)制备化成液：将壬二酸粉末与高纯水配制成质量分数为10％的壬二酸溶液置于铝箔化成槽中加热到90±2℃，保持恒温；
(2)水合处理：将腐蚀铝箔置于90～100℃的高纯水中反应5min；
(3)将水合处理后的铝箔放入10wt％的柠檬酸铵溶液中浸泡5min；
(4)将步骤(3)处理后的铝箔进行表面冲洗后置于步骤(1)中的壬二酸溶液中进行高压阳极氧化处理：铝箔连接高压直流电源的正极，铝箔化成槽连接高压直流电源的负极，采用恒定直流电升压至设定电压后，维持恒压处理10min；
(5)将步骤(4)处理后的铝箔用去离子水清洗干净后进行热处理，即在腐蚀铝箔表面形成Al2O3高压阳极氧化膜。
2.根据权利要求1所述的一种铝电解电容器用高压阳极氧化膜的制备方法，其特征在于：在步骤(5)热处理之后，还包括采用步骤(4)相同的高压阳极氧化处理条件对铝箔进行补充阳极氧化处理的操作。
3.根据权利要求2所述的一种铝电解电容器用高压阳极氧化膜的制备方法，其特征在于：所述补充阳极氧化处理中恒压处理的时间为5min。
4.根据权利要求1所述的一种铝电解电容器用高压阳极氧化膜的制备方法，其特征在于：所述腐蚀铝箔为酸刻蚀多孔高纯铝箔，纯度大于99.99％，平均孔径为1～2μm。
5.根据权利要求1所述的一种铝电解电容器用高压阳极氧化膜的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中高纯水的电阻率为16MΩ·cm。
6.根据权利要求1所述的一种铝电解电容器用高压阳极氧化膜的制备方法，其特征在于：所述步骤(4)中恒定直流电的电流为50×10-3A/cm2。
7.根据权利要求1所述的一种铝电解电容器用高压阳极氧化膜的制备方法，其特征在于：所述步骤(4)中设定电压为500V。
8.根据权利要求1所述的一种铝电解电容器用高压阳极氧化膜的制备方法，其特征在于：所述步骤(5)中热处理是在500℃空气气氛中处理2min。
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