CN109326449A - 固体电解电容器的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种固体电解电容器的制备方法，包括：将多个所述阀金属箔片的下表面边缘固定至工艺条上表面边缘，所述阀金属箔片的主体部分外伸在所述工艺条的同一侧外部；在所述阀金属箔片上形成隔离胶，所述隔离胶横断所述阀金属箔片的上表面、下表面、左侧面和右侧面，从而将所述阀金属箔片划分为阳极区和阴极区；对所述阴极区进行预处理；在所述预处理后，对所述阴极区进行电介质层修补处理；在所述电介质层修补处理后，在所述阴极区表面形成导电聚合物层；在所述导电聚合物层上依次形成含碳阴极层和含银阴极层，成为基本芯子。所述固体电解电容器的制备方法更好地实现固体电解电容器的制作，减小漏电流，降低成本，提高生产效率。
Description
技术领域
本发明涉及电容器技术领域，尤其涉及一种固体电解电容器的制备方法。
背景技术
电解电容器是指在阀金属表面生成电介质层，以电解质作为阴极而构成的电容器，按照电解质状态分为液体电解电容器和固体电解电容器。
目前，利用导电聚合物为阴极材料的固体电解电容器，具有体积小，等效串联电阻低，高频特性、阻抗特性优良，温度特性稳定，安全性高、适合表面贴装等优点。
固体电解电容器的制作工艺复杂，需经过几十道的工序才能完成最终的产品制作。公开号为CN104200996A、CN104183388A和CN104064359A的专利申请分别披露了相应固体电解电容器的制备方法：将覆盖有氧化膜介质的阀金属箔冲切成齿形条状结构，在箔条上涂覆绝缘胶以划分阴极区及阳极区；再对阴极区进行氧化膜介质修复，并通过化学聚合及电化学聚合形成含有导电聚合物固体电解质层，得到电极元件组件单元；将多个单元叠加后浸渍导电浆料并将阳极部和阴极部引出，最后通过环氧树脂封装制得电容器。该工艺存在的不足在于产品漏电流偏大、成本较高且生产效率低。
发明内容
本发明解决的问题是提供一种固体电解电容器的制备方法，以更好地实现固体电解电容器的制作，提高产品减小漏电流，降低成本，提高生产效率。为解决上述问题，本发明提供了一种固体电解电容器的制备方法，包括：将多个所述阀金属箔片的下表面边缘固定至工艺条上表面边缘，所述阀金属箔片的主体部分外伸在所述工艺条的同一侧外部；在所述阀金属箔片上形成隔离胶，所述隔离胶横断所述阀金属箔片的上表面、下表面、左侧面和右侧面，从而将所述阀金属箔片划分为阳极区和阴极区；对所述阴极区进行预处理；在所述预处理后，对所述阴极区进行电介质层修补处理；
在所述电介质层修补处理后，在所述阴极区表面形成导电聚合物层；
在所述导电聚合物层上依次形成含碳阴极层和含银阴极层，成为基本芯子。
可选的，采用电阻焊将所述阀金属箔片的下表面边缘焊接至所述工艺条上表面边缘。
可选的，所述制备方法还包括在所述阀金属箔片的下表面边缘固定至工艺条上表面边缘后，且在所述阀金属箔片上形成所述隔离胶前，对固定在所述工艺条的所述阀金属箔片进行电介质层修复处理。
可选的，所述制备方法还包括：提供具有多个封装位的引线框，每个所述封装位具有H型孔，所述H型孔限定出相互隔开的阳极贴舌和阴极贴舌；将一个所述基本芯子叠层固定在一个所述封装位上，使所述基本芯子的阳极区与所述阳极贴舌焊接在一起；根据设计的叠层数，逐层叠加所述基本芯子，成为电容器芯包；将所述电容器芯包用绝缘树脂进行封装，封装完成后对所述绝缘树脂进行固化。
可选的，所述引线框的每个所述封装位的上下方各有一个定位孔。
可选的，所述引线框的上下边缘具有锯齿形结构。
可选的，所述阳极贴舌的面积小于所述阴极贴舌的面积；所述阳极贴舌与阳极引脚连接处，所述阴极贴舌与阴极引脚连接处，均具有一个镂空孔。
可选的，在所述阀金属箔片上形成所述隔离胶，包括：提供滚涂设备，所述滚涂设备包括限位支撑结构，所述限位支撑结构的第一侧面具有向第一侧外伸的第一转动轴和第二转动轴，所述第一转动轴末端具有第一滚涂轮，所述第二转动轴末端具有第二滚涂轮；将所述工艺条固定在所述第一侧面上，并向所述限位支撑结构的第一侧外伸；将所述第一滚涂轮的轮缘和第二滚涂轮的轮缘分别固定在所述阀金属箔片的上表面和下表面，利用所述第一滚涂轮的轮缘和第二滚涂轮的轮缘进行所述隔离胶的滚涂。
可选的，在所述工艺条上，相邻两个所述阀金属箔片的距离，大于2倍所述隔离胶的厚度，小于5倍所述隔离胶的厚度。
可选的，所述滚涂设备具有承托台，在涂胶过程中，所述工艺条设置在所述承托台上。
本发明提供的制备方法中，当阀金属箔片的下表面边缘固定至工艺条上表面边缘时，阀金属箔片的下表面主要部分暴露，阀金属箔片的上表面、前端面、后端面、左侧面和右侧面暴露，从而在整个后续的工艺过程中，阀金属箔片切口端面及侧面都能够得到足够的氧化修复，重新形成电介质层，使产品漏电流减小，产品合格率提升。
更加重要的是，这种方法使阀金属箔片跟工艺条的接触焊点更多，通电修复电介质层的效率更高。同时，这种方法能够提升阀金属箔片材料的利用率。传统工艺采用齿形箔片生产，废料面积约占原材的85％以上，本发明采用条形箔片固定至工艺条上的方法，废料面积仅占原材的45％以内，达到降低生产成本的目的。
附图说明
图1是齿形条状结构阀金属箔片示意图；
图2是将多个阀金属箔片的下表面边缘固定至工艺条上表面边缘的示意图；
图3是在图2中的阀金属箔片上形成隔离胶的示意图；
图4是引线框示意图；
图5是引线框中固定电容器芯包示意图。
具体实施方式
为了易于进一步理解本发明，以下将结合附图和实施例对本发明作进一步的阐述：
如图1所示：传统工艺将阀金属箔片1冲切成带齿形的条状，以隔离胶13隔开阴极区12和阳极区11，传统工艺采用齿形箔片生产，废料面积约占原材的85％以上。
如图2所示：本发明的制备工艺是将多个阀金属箔片2的下表面边缘固定至工艺条10的上表面边缘，阀金属箔片2的主体部分外伸在所述工艺条10的同一侧外部，用于固定在工艺条10上表面的阀金属箔片2的下表面边缘，其面积可以只占阀金属箔片2的下表面的十分之一以内。
工艺条10两侧具有相应的把手部，用于后续作为位置固定等作用。
通常情况下，阀金属箔片2会是整齐的固定，且其位置设置为垂直于工艺条10。
需要说明的是，所述制备方法在将阀金属箔片2固定至工艺条10上表面之前，需要通过切割具有电介质层的阀金属片材得到相应的阀金属箔片2。因此，阀金属箔片2相应的切口会暴露阀金属，在整个工艺过程中，越早暴露阀金属，后续过程中阀金属切口表面的氧化修复就更加充分，重新形成电介质层，使产品漏电流减小，产品合格率提升。
更加重要的是，这种方法使阀金属箔片2跟工艺条10的接触焊点更多，通电修复电介质层的效率更高。同时，这种方法能够提升阀金属箔片材料的利用率。本发明采用条形箔片固定至工艺条上的方法，废料面积仅占原材的45％以内，达到降低生产成本的目的。
阀金属箔片2可以采用焊接或者粘贴方式固定在工艺条10上。例如，可以采用电阻焊将阀金属箔片2的下表面边缘焊接至所述工艺条10上表面边缘。
本发明中，可以将多个阀金属箔片2摆放在治具中，一次将多个阀金属箔片2焊接至所述工艺条10，也可以利用机器设备流水线操作，将阀金属箔片2一个个焊接至工艺条10上。
如图2所示：在阀金属箔片2上形成隔离胶21，隔离胶21横断阀金属箔片2的上表面、下表面、左侧面和右侧面，从而将阀金属箔片2划分为阳极区22和阴极区20。
需要说明的是，所述制备方法还可以包括在阀金属箔片2的下表面边缘固定至工艺条10上表面边缘后，且在阀金属箔片2上形成隔离胶21前，对固定在所述工艺条10的阀金属箔片2进行电介质层修复处理。通过所述电介质层修复处理能够使前面获得阀金属箔片2过程中产生的切口得到更好的修复，从而降低产品漏电流。这个过程也包含了先切割阀金属片材，得到阀金属箔片2，再将阀金属箔片2固定至工艺条10，并采用图3所示滚涂设备在阀金属箔片2上形成隔离胶21。
如图3所示：所述滚涂设备包括限位支撑结构31，限位支撑结构31的第一侧面具有向第一侧外伸的第一转动轴33和第二转动轴35，第一转动轴33末端具有第一滚涂轮34，所述第二转动轴35末端具有第二滚涂轮36；将所述工艺条10固定在所述第一侧面上，并向限位支撑结构31的第一侧外伸；将所述第一滚涂轮34的轮缘和第二滚涂轮36的轮缘分别固定在阀金属箔片2的上表面和下表面，利用所述第一滚涂轮34的轮缘和第二滚涂轮36的轮缘进行所述隔离胶的滚涂。
所述滚涂设备具有承托台32，在阀金属箔片2上形成隔离胶的过程中，所述工艺条10放置在所述承托台32上。其它实施例中，也可以不必设置承托台，而采用其它方式将工艺条固定在限位支撑结构一侧。
如图2、图3所示：在所述工艺条10上，相邻两个阀金属箔片2的距离，大于2倍隔离胶21的厚度，小于5倍隔离胶21的厚度。相邻两个阀金属箔片2的距离如果小于2倍隔离胶21的厚度，位于阀金属箔片2侧面的隔离胶21就可能粘贴在一起，无法分开；如果相邻两个阀金属箔片2的距离太大，则不利于在一个所述工艺条10固定更多阀金属箔片2，不利于提高生产效率，同时在阀金属箔片2上形成隔离胶过程中，第一滚涂轮34和第二滚涂轮36可能存在较大接触应力，不能实现良好的连续性滚涂。
所述制备方法包括，对所述阴极区20进行预处理，充分暴露阀金属电介质层缺陷，以利于后续修复。
预处理时，可以控制预处理溶液的温度为3～40℃并加电压为0.9～1.1倍阀金属箔片2的赋能电压，保持电压恒定，预处理时间可以为10～100分钟；预处理溶液为磷酸、草酸、己二酸、柠檬酸、硼酸中的任一种水溶液，且该预处理溶液中溶质的重量百分比为0.2～10wt％。
所述制备方法包括，在所述预处理后，对所述阴极区20进行电介质层修补处理。
修补处理过程中，可以控制电解液的温度为3～95℃，并加电压为0.7～1.2倍阀金属箔片2的赋能电压，保持电压恒定，修补的时间可以为10～200分钟；电解液为磷酸、草酸、己二酸、柠檬酸、硼酸相应的铵盐中的任一种水溶液，其中铵盐的重量百分比为0.1～10wt％。
在修补处理之后，可以进行前处理，具体可以为：将修补好的阴极区20浸入前处理溶液中，接着取出进行干燥，干燥可以包括自然干燥和高温烘干。其中自然干燥的时间为1分钟～1小时；高温烘干的温度为80～250℃，时间为1分钟～1小时。该前处理溶液可以由偶联剂、表面活性剂和溶剂组成，该偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂中的一种。偶联剂在前处理溶液中的重量百分比为0.1～5wt％，该表面活性剂可以选自离子型表面活性剂、非离子型表面活性剂、两性表面活性剂中的任一种，表面活性剂在前处理溶液中的重量百分比为0.01～5wt％，且该前处理溶液中的溶剂为去离子水、或有机溶剂、或去离子水和有机溶剂的混合溶剂。
所述制备方法包括，在所述修补处理后或前处理后，在所述阴极区20表面形成导电聚合物层。一般情况下，可以采用化学聚合的方法形成所述导电聚合物层。化学聚合中，可以将前处理后的阴极区20浸入单体还原液中，取出并烘干，接着浸入氧化液，再取出烘干，重复上述操作，浸入单体还原液的次数为3～11次，浸入氧化液的次数为2～10次，以在阴极区20形成导电聚合物层。每次浸入单体还原液与氧化液的停留时间可以为0.5～3分钟、烘干温度可以为50～80℃、烘干时间可以为0.5～3分钟。还原液的组成可以包括0.1～10wt％的单体或其衍生物、0.01～1mol/L的掺杂剂、0.01wt％～5wt％的表面活性剂和去离子水；氧化液的组成可以为质量分数0.5％～20％的氧化剂水溶液。所述氧化剂为氯化铁、对甲苯磺酸铁、过硫酸铵、过硫酸钠、高锰酸钾中的一种。
需要说明的是，本发明还可以进行再次修补处理；再次修补处理后，采用电化学聚合工艺在导电聚合物层上形成另一导电聚合物层。电化学聚合可以采用3或4个阶段恒流进行，其中电流值为0.1～2A，恒流总时间：1～120min；电化学聚合液包含0.1～10wt％的单体、0.01～1mol/L的电解质和去离子水；所述单体为吡咯、噻吩、苯胺或吡咯的衍生物、噻吩的衍生物、苯胺的衍生物中的任一种；所述电解质为对甲苯磺酸盐、十二烷基苯磺酸盐、十二烷基磺酸盐、萘磺酸盐或樟脑磺酸盐中的一种。
所述制备方法包括，在所述导电聚合物层上依次形成含碳阴极层和含银阴极层，成为基本芯子。
具体的，可以在上述另一导电聚合物层上面形成导电石墨层，并将其固化。导电石墨层固化后，在其表面形成导电银层并固化，得到基本芯子。
如图4和图5所示：所述制备方法还包括提供具有多个封装位的引线框40，每个所述封装位具有H型孔41(所述封装位未标注，但易知，一个H型孔41对应一个封装位)，所述H型孔41限定出相互隔开的阳极贴舌43和阴极贴舌42；将一个所述基本芯子叠层固定在一个所述封装位上，使所述基本芯子的阳极区与所述阳极贴舌焊接在一起；根据设计的叠层数，逐层叠加所述基本芯子，成为电容器芯包50。
如图4所示：所述引线框40的每个所述封装位的上下方各有一个定位孔44，所述引线框40的上下边缘具有锯齿形结构45，二者可以用于配合相应的机械设备，更好地固定和移动引线框40。
如图4所示：所述阳极贴舌43的面积小于所述阴极贴舌42的面积，所述阳极贴舌43与阳极引脚连接处、阴极贴舌42与阴极引脚连接处均具有一个镂空孔(未标注)，减小引脚成型弯折应力。
所述制备方法还包括将所述电容器芯包50用绝缘树脂进行封装；封装完成后，对绝缘树脂进行固化，从而形成电容器；后续还可以对电容器进行吸湿与老化等处理。
所述阀金属可以为铝、钽、铌或钛等金属，本发明中，所述阀金属选择为铝。此时相应的，所述电介质层可以为氧化铝，所述固体电解电容器为固体铝电解电容器。
具体实施例
切箔：将4V赋能电压的化成铝箔切成所需的尺寸，即箔片宽度为3.7mm、长度为12mm。
固定：将多个铝箔片的下表面边缘焊接至工艺条上表面边缘。
设置隔离胶：在铝箔片表面上滚涂一道有机硅树脂胶即隔离胶，隔离胶将其分成阴极区和阳极区，阴极区长度(垂直于工艺条)为5.0mm，胶的宽度为0.2mm，室温固化2小时。
预处理：将设置好隔离胶的铝箔片的阴极区浸入预处理溶液中进行预处理，预处理溶液为磷酸的水溶液，其中磷酸的重量百分比为0.2wt％。预处理溶液的温度为3℃，预处理电压为0.9倍化成铝箔的赋能电压，保持电压恒定，预处理时间为100分钟。
修补处理：通过将预处理好后的铝箔片的阴极区浸入电解液中进行修补，电解液为磷酸二氢铵的水溶液，其中磷酸二氢铵的重量百分比为0.1wt％。电解液的温度为3℃，修补电压为1.2倍化成铝箔的赋能电压，修补过程中保持电压恒定，修补时间为10分钟。
前处理：将修补好的铝箔片的阴极区浸渍于前处理溶液中，浸渍完后依次自然干燥1分钟和80℃烘干1小时；前处理溶液由硅烷偶联剂、烷基苯磺酸钠和去离子水组成，其中硅烷偶联剂的重量百分比为0.1wt％，烷基苯磺酸钠的重量百分比为0.01wt％。
化学聚合：将前处理后的铝箔片的阴极区浸入单体还原液中，取出并烘干，接着浸入氧化液，再取出烘干，重复上述操作，浸入单体还原液的次数为11次，浸入氧化液的次数为10次，形成导电聚合物层；每次浸入单体还原液与氧化液的停留时间均为3分钟、烘干温度均为50℃、烘干时间均为30分钟。还原溶液组成为0.1wt％的吡咯、0.01mol/L的十二烷基磺酸钠(掺杂剂)、0.01wt％的烷基苯磺酸钠(阴离子表面活性剂)和去离子水；氧化溶液为5wt％的高锰酸钾水溶液。
再修补：化学聚合后的铝箔片的阴极区浸入电解液中进行修补，电解液为磷酸二氢铵的水溶液，其中磷酸二氢铵的重量百分比为0.1wt％。电解液的温度为3℃，修补电压为1.2倍化成铝箔的赋能电压，修补过程中保持电压恒定，修补时间为10分钟。
电化学聚合：将导电聚合物层表面与外加电极相连接作为阳极，以导电电极为阴极，在电化学聚合溶液中加电进行聚合形成另一导电聚合物层。电化学聚合采用3个阶段恒流进行，0.2A恒流60min，0.45A恒流25min，1.55A恒流3min。电化学聚合溶液由吡咯、对甲苯磺酸钠和去离子水组成，其中吡咯的重量百分比10wt％，对甲苯磺酸钠的浓度为1mol/L。
导电石墨层的形成：将电化学聚合后的化成铝箔浸渍于石墨浆料中，浸渍后再于50℃下烘干60分钟，则在另一导电聚合物层上面形成导电石墨层；所述石墨浆料的固含量为5wt％、粘度为10CP。
导电银层的形成：待所形成的导电石墨层固化后把化成铝箔浸渍于银浆浆料中，然后再于50℃下烘干60分钟，则在导电石墨层上面形成导电银层；所述银浆浆料的固含量为15wt％、粘度为120CP。
叠层：导电银层固化后，得到基本芯子。将所得基本芯子从工艺条上切下，并将基本芯子的阳极区焊接于在引线框封装位的阳极贴舌上，用导电银膏将基本芯子的阴极区粘接于引线框封装位的阴极贴舌上，累计叠加4层，在导电银膏固化后，形成位于引线框各封装位上的电容器芯包。所述导电银膏的固含量为65wt％、粘度为2000CP，且其烘干温度为50℃，烘干时间为60分钟。
封装：将叠层完的电容器芯包连同引线框放置于成型模具型腔中，通过加热加压将绝缘树脂注入，注入完成后保持120s使绝缘树脂固化则完成封装，封装完成后再于100℃下固化24个小时，从而得到2V/330μF电容器。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
Claims (10)
1.一种固体电解电容器的制备方法，其特征在于，包括：
将多个所述阀金属箔片的下表面边缘固定至工艺条上表面边缘，所述阀金属箔片的主体部分外伸在所述工艺条的同一侧外部；
在所述阀金属箔片上形成隔离胶，所述隔离胶横断所述阀金属箔片的上表面、下表面、左侧面和右侧面，从而将所述阀金属箔片划分为阳极区和阴极区；
对所述阴极区进行预处理；
在所述预处理后，对所述阴极区进行电介质层修补处理；
在所述电介质层修补处理后，在所述阴极区表面形成导电聚合物层；
在所述导电聚合物层上依次形成含碳阴极层和含银阴极层，成为基本芯子。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，采用电阻焊将所述阀金属箔片的下表面边缘焊接至所述工艺条上表面边缘。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，还包括在所述阀金属箔片的下表面边缘固定至工艺条上表面边缘后，且在所述阀金属箔片上形成所述隔离胶前，对固定在所述工艺条的所述阀金属箔片进行电介质层修复处理。
4.如权利要求1、2或3所述的制备方法，其特征在于，还包括：
提供具有多个封装位的引线框，每个所述封装位具有H型孔，所述H型孔限定出相互隔开的阳极贴舌和阴极贴舌；
将一个所述基本芯子叠层固定在一个所述封装位上，使所述基本芯子的阳极区与所述阳极贴舌焊接在一起，根据设计的叠层数，逐层叠加所述基本芯子，成为电容器芯包；
将所述电容器芯包用绝缘树脂进行封装，封装完成后对所述绝缘树脂进行固化。
5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述引线框的每个所述封装位的上下方各有一个定位孔。
6.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述引线框的上下边缘具有锯齿形结构。
7.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述阳极贴舌的面积小于所述阴极贴舌的面积；所述阳极贴舌与阳极引脚连接处，所述阴极贴舌与阴极引脚连接处，均具有一个镂空孔。
8.如权利要求1、2或3所述的制备方法，其特征在于，在所述阀金属箔片上形成所述隔离胶，包括：
提供滚涂设备，所述滚涂设备包括限位支撑结构，所述限位支撑结构的第一侧面具有向第一侧外伸的第一转动轴和第二转动轴，所述第一转动轴末端具有第一滚涂轮，所述第二转动轴末端具有第二滚涂轮；
将所述工艺条固定在所述第一侧面上，并向所述限位支撑结构的第一侧外伸；
将所述第一滚涂轮的轮缘和第二滚涂轮的轮缘分别固定在所述阀金属箔片的上表面和下表面，利用所述第一滚涂轮的轮缘和第二滚涂轮的轮缘进行所述隔离胶的滚涂。
9.如权利要求8所述的制备方法，其特征在于，在所述工艺条上，相邻两个所述阀金属箔片的距离，大于2倍所述隔离胶的厚度，小于5倍所述隔离胶的厚度。
10.如权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述滚涂设备具有承托台，在涂胶过程中，所述工艺条设置在所述承托台上。
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Legal Events
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Address after: 350000 NO.160, Jiangbin East Avenue, Mawei District, Fuzhou City, Fujian Province Patentee after: Fujian Guoguang Electronic Technology Co.,Ltd. Address before: 160 No. 350015 Fujian province Fuzhou Mawei District Jiangbin East Avenue Patentee before: FUJIAN GUOGUANG ELECTRONIC SCIENCE & TECHNOLOGY Co.,Ltd. |
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| CP03 | Change of name, title or address | ||
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Effective date of registration: 20210330 Address after: 350000 room 1110, 1st floor, 160 jiangbindong Avenue, Mawei District, Fuzhou City, Fujian Province (in the pilot Free Trade Zone) Patentee after: Fujian Guoguang Xinye Technology Co.,Ltd. Address before: 350000 NO.160, Jiangbin East Avenue, Mawei District, Fuzhou City, Fujian Province Patentee before: Fujian Guoguang Electronic Technology Co.,Ltd. |
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Address after: Room 1110, 1st floor, 160 Jiangbin East Avenue, Mawei District, Fuzhou City, Fujian Province Patentee after: Fujian Guoguang New Industry Technology Co.,Ltd. Address before: 350000 room 1110, 1st floor, 160 jiangbindong Avenue, Mawei District, Fuzhou City, Fujian Province (in the pilot Free Trade Zone) Patentee before: Fujian Guoguang Xinye Technology Co.,Ltd. |
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