CN109637811A - 一种超薄型聚合物片式叠层固体铝电解电容器及制备方法 - Google Patents

一种超薄型聚合物片式叠层固体铝电解电容器及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及电容器领域，具体涉及一种超薄型聚合物片式叠层固体铝电解电容器，其特征在于，包括电容器芯包，电容器芯包包括：至少3个单片电容器元件，单片电容器元件包括阴极区及阳极区；阴极舌，阴极舌包括阴极舌主体，设置在阴极舌主体前端的镂空齿状结构；阳极舌，阳极舌包括阳极舌主体；其中一个单片电容器元件叠层粘接在阴极舌与阳极舌正面，另外两个单片电容器元件叠层粘接在阴极舌与阳极舌反面。在维持同等电性能参数的基础上，可以使聚合物片式叠层固体铝电解电容器结构更加紧凑，厚度更薄，满足市场对更薄体积固体电解电容器的需求，制备工艺可操作性强，具有显著的经济效益和社会效益。

Description

一种超薄型聚合物片式叠层固体铝电解电容器及制备方法
技术领域
本发明涉及电容器领域，具体涉及一种超薄型聚合物片式叠层固体铝电解电容器的制备方法。
背景技术
聚合物片式叠层固体铝电解电容器以导电高分子作为电解质，与传统液体铝电解电容器相比，具有体积更小、性能更好、宽温、长寿命、高可靠性和高环保等诸多优点。目前聚合物片式叠层固体铝电解电容器的制备工艺主要是通过化学聚合或电解聚合方法在铝箔阴极区表面形成导电高分子固体电解质层，之后依次制备含碳阴极层和含银阴极层，形成电容器单元；多个电容器单元经过叠层粘接在引线框上，由引线端子分别引出阳极和阴极，然后用环氧树脂进行封装，最后将引线端子弯折成型。近年来，随着电子器件的数字化和微型化，对电解电容器的市场需求逐步趋向小型化、薄型化。聚合物片式叠层固体铝电解电容器的尺寸也迫切需要往小型化、薄型化方向发展。
现有技术可以制备出较传统液体铝电解电容器厚度更薄的聚合物固体铝电解电容器，常规尺寸为7.3×4.3×2.8 mm 或7.3×4.3×1.9 mm。如需要制备尺寸为7.3×4.3×1.0mm的超薄型聚合物片式叠层固体铝电解电容器时，为达到与常规尺寸产品一致的电性能参数，现有技术一般采用的方法有两种：一是通过减少用于阴极引出的导电浆料层厚度来降低单层芯子厚度、尽量提高可叠层数；二是选用更高比容的铝箔，以克服叠层数减少带来的容量降低问题，但以上方法存在因导电浆料层变薄、叠层数减少而使等效串联电阻（ESR，Equivalent Series Resistance）增大的问题。此外，现有技术中，引线端子一般从产品阳极和阴极两侧中部引出，将产品分为厚度一致的上下两半部分，采用这种结构在制备超薄型产品时会遇到因产品下半部厚度极薄，引线端子弯折成型后覆盖于产品侧面的部分面积不足，不能满足表面贴装焊锡覆盖区域需求。现有技术的上述问题严重阻碍了超薄型聚合物片式叠层固体铝电解电容器的生产制造，也限制了超薄型聚合物片式叠层固体铝电解电容器更大的应用范围与发展前景。
发明内容
本发明要解决的技术问题，在于提供一种超薄型聚合物片式叠层固体铝电解电容器的制备方法，以解决超薄型聚合物片式叠层固体铝电解电容器制造过程中ESR偏大、以及引线端子覆盖于产品侧面的面积不能满足表面贴装焊锡覆盖需求的问题。
本发明是这样实现的：
一种超薄型聚合物片式叠层固体铝电解电容器，包括电容器芯包，所述电容器芯包包括：至少3个单片电容器元件，所述单片电容器元件包括阴极区及阳极区，所述阴极区上设置有含银阴极层，且所述上下两面的含银阴极层上设置有至少一个凹坑；阴极舌，所述阴极舌包括阴极舌主体，设置在所述阴极舌主体前端的镂空齿状结构及与所述阴极舌主体一体化连接的阴极引线端子；阳极舌，所述阳极舌包括阳极舌主体；所述单片电容器元件的阴极区与所述阴极舌主体相粘结，所述单片电容器元件的阳极区与所述阳极舌主体焊接，其中一个所述单片电容器元件叠层粘接在所述阴极舌与所述阳极舌正面，另外两个所述单片电容器元件叠层粘接在所述阴极舌与所述阳极舌反面。
优选的，还包括模具，用于对所述电容器芯包进行封装。
优选的，所述模具包括上模及下模，所述上模及下模的厚度比为2：3。
优选的，所述凹坑的形状为圆形，深度为所述含银阴极层厚度的50%~100%，数量为含银阴极层上下面各1-6个。
优选的，所述阴极舌主体的厚度为所述阴极舌整体厚度的40%。
优选的，所述阴极引线端子两端各设置有一阴极凸起结构，形成“凹”字结构。
优选的，所述镂空齿状结构占所述阴极舌主体长度的20%。
优选的，所述阳极引线端子两端各设置有一阳极凸起结构，形成“凹”字结构。
一种超薄型聚合物片式叠层固体铝电解电容器的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
（1）阴阳极分区：选取铝箔进行裁切，之后在裁好的所述铝箔上设置一道阻隔胶，所述阻隔胶将裁切好的铝箔分为阳极区和阴极区；
（2）制备固体电解质层：在步骤（1）制得的铝箔阴极区表面上形成导电聚合物固体电解质层；
（3）制备含碳阴极层：在步骤（2）制得的导电聚合物固体电解质层外表面形成含碳阴极层；
（4）制备含银阴极层：通过印刷法将银浆印刷在步骤（3）制得的铝箔阴极区含碳阴极层表面并烘干，在铝箔阴极区两面形成含银阴极层，且两面含银阴极层的中心位置各形成至少1个圆形凹坑，制得单片电容器元件；
（5）减薄处理：具体为选取一引线框，用化学溶液对设置在引线框上的阴极舌主体进行腐蚀减薄，使得所述阴极舌主体厚度减薄为引线框厚度的40%；
（6）叠层组装：将步骤（4）制得的单片电容器元件经过叠层粘接在引线框上，形成电容器芯包，具体为将单片电容器元件的阴极区通过银胶粘合并粘结在引线框的阴极舌主体上，单片电容器元件的阳极区通过电流焊方式焊接在引线框的阳极舌主体上，所述引线框的正面叠层粘接一层所述单片电容器元件，背面叠层粘接两层所述单片电容器元件，并将阳极舌及阴极舌从引线框上剪下后，即形成电容器芯包；
（7）封装：将步骤（6）制得的电容器芯包用模塑料进行封装制得固体电解电容器；
（8）成型：将步骤（7）制得的固体电解电容器的引线端子经过2次弯折成型。
优选的，所述步骤（4）中，所述圆形凹坑的深度为含银阴极层厚度的50%~100%，数量为含银阴极层上下面各1-6个。
有益效果：在与现有聚合物片式叠层铝电解电容器基础制备工艺兼容的基础上，制备具有若干凹下结构的含银阴极层、采用上模厚度低于下模厚度的封装模具、采用阴极舌厚度减薄以及具有镂空齿状结构的阴极舌结构，以及具有“凹”字结构的阳极引线端子与阴极引线端子，可以使聚合物片式叠层固体铝电解电容器结构更加紧凑，降低ESR，提供能满足表面贴装焊锡覆盖需求的引线端子结构，实现尺寸为7.3×4.3×1.0mm的超薄型聚合物片式叠层固体铝电解电容器的制造，满足市场对超薄型固体电解电容器的需求，制备工艺可操作性强，具有显著的经济效益和社会效益。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明裁切并划分阴阳极区域的铝箔俯视图；
图2为本发明裁切并划分阴阳极区域的铝箔侧视图；
图3为本发明形成导电聚合物固体电解质层的铝箔侧视图；
图4为本发明形成含碳阴极层的铝箔侧视图；
图5为本发明单片电容器元件结构侧视图；
图6为本发明单片电容器元件结构示意图；
图7为本发明引线框结构示意图；
图8为本发明阴极舌结构示意图；
图9为本发明阳极舌结构示意图；
图10为本发明电容器芯包结构示意图；
图11为本发明电容器封装后结构示意图；
图12为本发明引线端子折叠后电容器结构示意图
图13为本发明阳极引线端子折叠后阳极舌结构示意图；
图14为本发明阴极引线端子折叠后阴极舌结构示意图。
图例说明：1、单片电容器元件，11、阻隔胶，12、阴极区，13、阳极区，14、导电聚合物固体电解质层，15、含碳阴极层，16、含银阴极层，2、引线框、3、阳极舌，31、阳极舌主体，32、阳极引线端子，33、阳极凸起结构，34、阳极孔，4、阴极舌，41、阴极舌主体，42、镂空齿状结构，43、阴极引线端子，44、阴极凸起结构，45、阴极孔，5、电容器上模部分，6、电容器下模部分。
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，本发明的产品结构如图1到图14所示。以下是本发明的较佳实施例，但本发明不仅限于此。
实施例1
一种超薄型聚合物片式叠层固体铝电解电容器的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
（1）选取3VF铝箔（3V电压化成的阳极铝箔）进行裁切，裁成长条形，所述长条形可以为长12mm，宽3.6mm，之后在裁好的铝箔上设置一道阻隔胶11，所述阻隔胶将裁切好的铝箔分为阴极区12和阳极区13，其中阴极区12可以为长度5.0mm；如图1-2所示。
（2）在步骤（1）制得的铝箔阴极区12表面上，用化学聚合工艺制备第一聚吡咯固体电解质层之后，再进行电解聚合工艺，制得第二聚吡咯固体电解质层，以形成导电聚合物固体电解质层14；如图3。
（3）将步骤（2）制得的铝箔阴极区浸入导电石墨浆料中10s，后缓慢提拉取出，采用气枪吹去多余的导电石墨，自然晾干10min，后烘干，使得导电聚合物固体电解质层外表面形成含碳阴极层15；如图4。
（4）通过印刷法将银浆印刷在步骤（3）制得的铝箔阴极区含碳阴极层表面，并烘干，在铝箔阴极区两面形成含银阴极层16，且两面含银阴极层16的中心位置各形成1个圆形凹坑，制得单片电容器元件1，所述圆形凹坑的可以为直径1mm、深度为0.05mm；如图5-6所示。
（5）如图7所示，选取一引线框2，所述引线框2上设置有阳极舌3及阴极舌4，所述阳极舌3及阴极舌4与引线框2为一体化结构。如图8，所述阴极舌4包括阴极舌主体41，设置阴极舌主体41前端的镂空齿状结构42及与阴极舌主体41一体化连接的阴极引线端子43，所述镂空齿状结构42的长度为阴极舌主体41的20%。如图9所示，所述阳极舌3包括阳极舌主体31及与阳极舌主体31一体化连接的阳极引线端子32。对所述阴极舌主体41进行减薄处理，即用化学溶液对所述阴极舌主体41进行腐蚀减薄，使得所述阴极舌主体41厚度减薄为引线框2厚度，即阴极舌整体厚度的40%，即原先阴极舌主体41厚度的40%。对所述引线框2可根据需要定制，就是提供一种便于设备输送批量生产阳极舌3及阴极舌4的作用。阴极舌主体41减薄处理的优点：平衡电容器芯包两端的厚度，改善芯子水平度（阴极区覆盖了导电聚合物层、碳层及银层，总厚度大于阳极区裸铝箔）。改善芯子水平度有助于降低封装工序中芯子收到挤压形变产生导致漏电流增大的内部应力，从而改善电容器的电性能。
（6）将步骤（4）制得的单片电容器元件1经过叠层粘接在步骤（5）制得的所述引线框2上，如图10所示。具体为将单片电容器元件1的阴极区12通过银胶粘合并粘结在引线框2的阴极舌主体41上，单片电容器元件1的阳极区13通过电流焊方式焊接在引线框2的阳极舌主体31上，所述引线框2的正面叠层粘接一层所述单片电容器元件1，背面叠层粘接两层所述单片电容器元件1，并将阳极舌3及阴极舌4从引线框2上剪下后，即形成电容器芯包，各单片电容器元件1的含银阴极层16之间粘合接触，如图10所示。所采用的引线框2本体厚度可以为0.12mm，阴极舌主体41厚度为0.048mm，长度为4.0mm，所述阴极舌4上镂空齿状结构42的长度占阴极舌主体41总长度的20%，即0.8mm。
（7）将步骤（6）制得的电容器芯包用模塑料进行封装。具体是采用上半部深度为0.4mm，下半部深度为0.6mm的封装模具，制成电容器上模部分5厚度为0.4mm，电容器下模部分6厚度为0.6mm，总厚度为1.0mm的聚合物片式叠层固体铝电解电容器，如图11。
（8）将步骤（7）制得的固体电解电容器的阳极引线端子32及阴极引线端子43经过2次弯折成型，如图12所示。阳极引线端子32两端各设置有一阳极凸起结构33，使得阳极引线端子32的侧面形成一“凹”字结构；同样的阴极引线端子43两端各设置有一阴极凸起结构44，使得阴极引线端子43的侧面形成一“凹”字结构，如图7-9所示。具体为所述阳极引线端子32与阴极引线端子43的“凹”字结构两端凸起部分的长度为引线端子总高度的25%，产品侧面引线端子总高度为0.65mm，两端凸起部分的长度为0.16mm。
阳极引线端子32与阴极引线端子43的“凹”字结构的优点包括：1、增大引线端子侧面焊锡接触面积（吃锡面积）；2、保护引线端子弯折成型时引线端子与模塑料结合处不易断裂；3、增大引线端子面积，改善散热效果，延长电容器工作寿命。
实施例2
本实施例与实施例1相比，除步骤（4）中，“在铝箔阴极区两面形成含银阴极层，且两面含银阴极层的中心位置各形成1个直径1mm、深度为0.1mm的圆形凹坑，制得单片电容器元件”不同外，其余工艺均与实施例1相同。
实施例3
本实施例与实施例1相比，除步骤（4）中，“在铝箔阴极区两面形成含银阴极层，且两面含银阴极层的中心位置各形成3个直径1mm、深度为0.05mm的圆形凹坑，制得单片电容器元件”不同外，其余工艺均与实施例1相同。
实施例4
本实施例与实施例1相比，除步骤（4）中，“在铝箔阴极区两面形成含银阴极层，且两面含银阴极层的中心位置各形成3个直径1mm、深度为0.1mm的圆形凹坑，制得单片电容器元件”不同外，其余工艺均与实施例1相同。
实施例5
本实施例与实施例1相比，除步骤（4）中，“在铝箔阴极区两面形成含银阴极层，且两面含银阴极层的中心位置各形成6个直径1mm、深度为0.1mm的圆形凹坑，制得单片电容器元件”不同外，其余工艺均与实施例1相同。
上述实施例制备成2V/220μF电容器，测试电容器的容量、损耗、ESR，漏电流值，与未采用阴极舌厚度减薄以及镂空齿状结构的阴极舌结构、不具有“凹”字结构的阳极引线端子与阴极引线端子、以及电容器上下模厚度相等的现有技术的对比数据，数据如表1所示：
表1实施例与现有的电容器电性能与尺寸比较
从上述电容器电性能与尺寸数据可以看出，实施例1-5与现有技术1相比，本发明超薄型聚合物片式叠层固体铝电解电容器可以成功实现厚度为1.0mm的超薄型聚合物片式叠层固体铝电解电容器的制备，各项电性能水平良好。实施例1-5与现有技术2相比，本发明超薄型聚合物片式叠层固体铝电解电容器在电性能水平相当的基础上，厚度可以减薄0.9mm，满足市场对更薄厚度固体电解电容器的需求。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。

Claims (10)

1.一种超薄型聚合物片式叠层固体铝电解电容器，其特征在于，包括电容器芯包，所述电容器芯包包括：
至少3个单片电容器元件，所述单片电容器元件包括阴极区及阳极区，所述阴极区上设置有含银阴极层，且所述上下两面的含银阴极层上设置有至少一个凹坑；
阴极舌，所述阴极舌包括阴极舌主体，设置在所述阴极舌主体前端的镂空齿状结构及与所述阴极舌主体一体化连接的阴极引线端子；
阳极舌，所述阳极舌包括阳极舌主体；
所述单片电容器元件的阴极区与所述阴极舌主体相粘结，所述单片电容器元件的阳极区与所述阳极舌主体焊接，其中一个所述单片电容器元件叠层粘接在所述阴极舌与所述阳极舌正面，另外两个所述单片电容器元件叠层粘接在所述阴极舌与所述阳极舌反面。
2.如权利要求1所述的一种超薄型聚合物片式叠层固体铝电解电容器，其特征在于，还包括模具，用于对所述电容器芯包进行封装。
3.如权利要求2所述的一种超薄型聚合物片式叠层固体铝电解电容器，其特征在于，所述模具包括上模及下模，所述上模及下模的厚度比为2：3。
4.如权利要求1所述的一种超薄型聚合物片式叠层固体铝电解电容器，其特征在于，所述凹坑的形状为圆形，深度为所述含银阴极层厚度的50%~100%，数量为含银阴极层上下面各1-6个。
5.如权利要求1所述的一种超薄型聚合物片式叠层固体铝电解电容器，其特征在于，所述阴极舌主体的厚度为所述阴极舌整体厚度的40%。
6.如权利要求1所述的一种超薄型聚合物片式叠层固体铝电解电容器，其特征在于，所述阴极引线端子两端各设置有一阴极凸起结构，形成“凹”字结构。
7.如权利要求1所述的一种超薄型聚合物片式叠层固体铝电解电容器，其特征在于，所述镂空齿状结构占所述阴极舌主体长度的20%。
8.如权利要求1所述的一种超薄型聚合物片式叠层固体铝电解电容器，其特征在于，所述阳极引线端子两端各设置有一阳极凸起结构，形成“凹”字结构。
9.一种超薄型聚合物片式叠层固体铝电解电容器的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
（1）阴阳极分区：选取铝箔进行裁切，之后在裁好的所述铝箔上设置一道阻隔胶，所述阻隔胶将裁切好的铝箔分为阳极区和阴极区；
（2）制备固体电解质层：在步骤（1）制得的铝箔阴极区表面上形成导电聚合物固体电解质层；
（3）制备含碳阴极层：在步骤（2）制得的导电聚合物固体电解质层外表面形成含碳阴极层；
（4）制备含银阴极层：通过印刷法将银浆印刷在步骤（3）制得的铝箔阴极区含碳阴极层表面并烘干，在铝箔阴极区两面形成含银阴极层，且两面含银阴极层的中心位置各形成至少1个圆形凹坑，制得单片电容器元件；
（5）减薄处理：具体为选取一引线框，用化学溶液对设置在引线框上的阴极舌主体进行腐蚀减薄，使得所述阴极舌主体厚度减薄为引线框厚度的40%；
（6）叠层组装：将步骤（4）制得的单片电容器元件经过叠层粘接在步骤（5）制得的引线框上，形成电容器芯包，具体为将单片电容器元件的阴极区通过银胶粘合并粘结在引线框的阴极舌主体上，单片电容器元件的阳极区通过电流焊方式焊接在引线框的阳极舌主体上，所述引线框的正面叠层粘接一层所述单片电容器元件，背面叠层粘接两层所述单片电容器元件，并将阳极舌及阴极舌从引线框上剪下后，即形成电容器芯包；
（7）封装：将步骤（6）制得的电容器芯包用模塑料进行封装制得固体电解电容器；
（8）成型：将步骤（7）制得的固体电解电容器的引线端子经过2次弯折成型。
10.根据权利要求9所述的一种超薄型聚合物片式叠层固体铝电解电容器的制备方法，其特征在于：所述步骤（4）中，所述圆形凹坑的深度为含银阴极层厚度的50%~100%，数量为含银阴极层上下面各1-6个。
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