CN112513340A - 用于电镀或电沉积金属的电极 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于电镀或电沉积金属的电极及其获得方法。该电极包括导电基板、放置在所述基板上的至少一层电化学活性涂层和至少一层阀金属外涂层。

Description

用于电镀或电沉积金属的电极
技术领域
本发明涉及用于电镀或电沉积金属的电极及其制造方法的领域，其中电极包括至少一个外涂层和至少一个电化学活性涂层。
背景技术
在电镀处理中，更一般地，在电沉积处理中，从溶解在电解浴中并且通过电解反应沉积在指定的阴极表面上的金属阳离子开始形成薄金属涂层。该反应在至少包含浸没在电解浴中的阳极-阴极对的电解电池中进行。电池通常配备有尺寸稳定的阳极(诸如活化钛阳极)，并且电解质通常包含一定量的添加的有机成分。通常包括光亮剂、流平剂、表面活性剂和抑制剂的这些添加剂用于例如促进金属的均匀沉积并控制其物理机械性能，诸如其抗拉强度和伸长率。但是，在操作期间，这些有机成分会随着时间的推移主要通过阳极处发生的氧化而降级。所导致的添加剂消耗影响金属镀覆/沉积的质量，并且也严重影响处理的总成本。
此外，电镀和电沉积金属的处理条件可能对于电池组件非常苛刻，尤其是对于活化阳极。腐蚀性电解质以及某些应用中的高电流密度会由于使活性涂层降级而影响电极寿命和性能，并进一步加剧消耗的添加剂量。
申请人已知部分地解决了上述问题的用于电镀或电沉积金属的电极，其中电极包括在活化电极上的至少一个基于氧化钽的外涂层，即，电极至少具有电化学活性涂层。
在US6527939和US2004031692中，教导了在活化电极上使用阀金属或锡外涂层，从而在涉及氧气释放的应用中保护下面的电催化涂层，并防止电解质中的有机成分或其它可氧化物质氧化。教导了阀金属外涂层是由阀金属醇盐在醇溶剂中在有或没有酸存在的情况下形成的，或者使用溶解的金属的盐形成的。但是，发现本领域中描述的一般用于阀金属外涂层的制备方法(特别是现有技术示例中教导的Ta基或Sn基外涂层的制备方法)对于其它阀金属外涂层成分(特别是对于Nb基成分)不能很好地工作。
此外，在诸如铜箔之类的应用中，通常不期望Sn基外涂层，在这种应用中，对电解质的即使少量锡污染也可能会对沉积的铜的质量产生负面影响。
因此，期望为电镀/电沉积处理提供替代的或改进的电极，其显示出延长的使用寿命和有限的添加剂消耗。
还期望提供一种替代和改进的方法来生产用于电镀和电沉积处理的包括Nb基外涂层的电极。
发明内容
本发明涉及一种用于电镀和电沉积处理的改进的活化电极及其制造方法。电极在包含有机添加剂的电解质环境中操作，其中它可以减少因氧化而损失的有机成分的量。
活化电极具有包含氧化铌的至少一个外涂层，该外涂层可以实现对添加剂消耗的改进的阻止效果，其中Nb基外涂层可通过热分解酸前体(即草酸铌的乙酸水溶液)而获得。
基于以下详细说明，本发明的其它益处和优点对于本领域技术人员将变得清楚。
具体实施方式
在一个方面，本发明涉及一种适合于从电解电池中的电解质溶液中电镀或电沉积金属的电极，该电极包括导电基板、至少一个第一种成分的外涂层，以及至少一个不同于第一种的第二种成分的电化学活性涂层，该电化学活性涂层位于导电基板和外涂层之间，第一种成分包含90-100％的铌或其氧化物，以相对于金属的重量百分比表示。
本发明人惊奇地观察到，与通过本领域公开的制备方法获得的电极相反，通过热分解包含草酸铌的乙酸水溶液的前体溶液获得的Nb基外涂层对添加剂消耗产生有利影响，从而提高了沉积/电镀的金属的质量。此外，通过使可存在于电化学活性涂层中的任何铂族金属或其氧化物暴露于电解质的情况最小化，可经由前述处理获得的Nb基外涂层可以延长电极的使用寿命。可以实现前述内容而不会对电池电极电势产生不利影响。
因此，根据本发明的电极可以表示相对于具有本领域中描述的Ta基和Sn基外涂层的电极的可行且有利的替代方案。
Nb基外涂层是指包含90-100％的铌或其氧化物的外涂层，以相对于金属的重量百分比表示。
此外，根据本发明的具有Nb基外涂层的电极也可以表示相对于通过现有技术中所描述的制备方法获得的具有Nb基外涂层的电极的改进的替代方案。这样的方法例如教导了使用阀金属的烷氧基或氯化物作为前体，在存在或不存在酸的情况下溶解在醇溶剂中。虽然当阀金属为钽时这些已知方法产生了合适的结果，但是当阀金属为铌时它们并不令人满意。
一般而言，氯化铌在存在水分的情况下会水解，即使只是微量存在水也是如此。因此，该氯化物以氧化铌的形式沉淀，从而阻碍施加涂料并导致涂料溶液的稳定性问题。
本发明人发现，如预期那样，这些铌前体水解的趋势不利地影响了所产生的外涂层的性能。实际上，发现从盐酸或醇溶液(诸如丁醇、异丙醇和乙醇)中的NbCl5开始获得的Nb基外涂层不能提供合适且可复制的电极。
特别地，醇的高蒸发速率强烈影响所得溶液的稳定性，如特别对于乙醇和异丙醇可以观察到的。
此外，由于在远高于100℃的温度下对外涂层进行热处理，因此通常期望在电极制备处理中放弃使用易燃溶液，诸如醇。
从Nb醇盐开始获得的Nb基外涂层产生极具多孔性的电极，对添加剂消耗的阻止作用非常差。
在上面列出的所有技术方案中，仅发现丁醇中的NbCl5可以产生工作的电极，但是，相对于根据本发明的Nb基外涂层和本领域已知的Ta基外涂层，这种技术方案在添加剂消耗和寿命方面均表现不佳。
以上可以解释就发明人所知用于金属电镀或电沉积的具有Nb基外涂层的电极为什么不能商业获得，以及为什么通常没有在设想的应用中采用。
一般而言，根据本发明的电极特别适合用作尺寸稳定的阳极，特别是当例如在印刷电路板的生产中用于由硫酸盐电解质对铜箔进行电沉积时。
根据本发明的电极还可以有利地用于电化学处理，在该处理中期望减少溶液中可氧化物质的氧化，例如从而在氯化物含量低的体系中抑制氯和/或次氯酸盐的产生。
根据本发明的电极可以例如用于未分隔的电解电池中，其中相对的电极被包含电解质的物理间隙隔开。电池可以包括围绕阳极的一些绝缘材料，诸如塑料材料，如聚丙烯。
在关注的金属的电镀和电沉积中，电解质通常将是水基溶液，其中待镀覆/沉积的金属溶解在该水基溶液中。电解质通常将包含添加剂，诸如光亮剂、流平剂、表面活性剂和抑制剂。添加剂可以包括二硫化物，诸如聚二硫二丙烷磺酸钠(SPS)、聚乙二醇或胺。
电极的导电基板可以是阀金属，例如钛、钽、锆、铌和钨。替代地，可以使用锡或镍。除了上述元素金属本身之外，导电基板的合适金属还可以包括它们的合金和金属混合物。导电基板的优选材料是钛，因为其坚固性、耐腐蚀性和普遍可获得性。
导电基板可以是适合于执行其目的的任何形式；特别地，它可以是板、网、片、刀、管或线的形式。
如本领域中的惯例，在将任何涂层施加到基板上之前，通过本领域已知的任何常规技术(诸如晶间蚀刻、喷砂或等离子喷涂，然后进行表面处理)清洁基板并除去附着在其上的任何残留物，对基板进行预防性清洁和可选的处理，以提高附着力。
可以可选地对基板表面进行其它制备步骤，诸如在施加涂层之前进行预处理。例如，可以对表面进行氢化或氮化处理，或者可以通过在空气中加热基板或通过阳极氧化来为表面提供氧化层。
根据本发明的电极用电化学活性涂层活化，该电化学活性涂层包括成分与外涂层的成分不同的至少一个电化学活性涂层。
电化学活性涂层置于外涂层和导电基板之间。外涂层可阻止电解质中较大的添加剂分子到达电化学活性涂层并在其上氧化，同时仍确保电解质的其它成分充分接触下面的电化学活性涂层。
电化学活性涂层成分可以是阀金属的混合物，阀金属诸如镁、钍、镉、钨、锡、铁、银、硅、钽、钛、铝、锆和铌以及铂族金属，诸如铱、锇、钯、铂、铑、钌。
已经发现铱和钽的混合物在本发明的实施中效果很好；优选地，所述混合物包含50-80％的铱和20-50％的钽，以元素的重量百分比表示。
电化学活性涂层可以直接施加在导电基板上或可选的底层之上，这可以促进电化学活性涂层对电极基板的粘附和/或防止导电基板的钝化。
可以理解的是，底层的成分将与电化学活性涂层的成分不同。
底层可以包括阀金属氧化物的混合物，诸如钽氧化物和钛氧化物的混合物。已经发现后者在本发明的实施中效果很好。特别地，已经观察到10-40％的Ta和60-90％的Ti的成分提供了电化学活性涂层与电极基板的非常好的粘附性并防止了钝化。
每个电化学活性涂层和每个可选的底层可以根据本领域已知的方法形成。
优选地，通过前体的热分解形成电化学活性涂层。优选地，前体在400-600℃的温度下分解。可选地，在施加最后一层之后，可以在430-600℃的温度下进一步烘烤热分解涂层。
根据本发明的Nb基外涂层以至少一层施加在电化学活性涂层之上；根据本领域已知的标准程序干燥每个外涂层，然后进行热分解。
技术人员将根据需要施加尽可能多的外涂层，以实现期望的负载。发明人发现，一般而言，外涂层中的Nb总量在2-18g/m2之间可取得良好的效果。为了减少循环次数，可以使用2-12g/m2的减少的负载，优选地7-10g/m2。
例如在12-18g/m2之间的较高的负载可以进一步改善添加剂消耗。
可以在多层(即多个制备周期)中实现这种负载，这将取决于每个外涂层的获取。已经发现，在本发明的实施中，3-20个循环以及每层0.5-2gNb/m2的获取效果很好。
应该理解的是，根据本发明的电极中使用的任何涂层可以通过本领域已知的适合于将液体成分施加到电极基板上的任何一种手段来施加，诸如通过刷子或辊涂机、离心浸涂和滴挂浸涂方法、喷涂、电喷涂或上述技术的任意组合来施加。
一般而言，电极使添加剂消耗最小化的能力取决于外涂层的厚度以及其它参数，对于每层给定的金属获取，外涂层的厚度又可能与制备周期的数量有关。发明人观察到，当使用每层相同的获取时，根据本发明的电极的Nb基外涂层可以以一半数量的外涂层达到Ta基外涂层的相同厚度。尽管外涂层厚度不是影响涂层防止添加剂消耗的能力的唯一参数，但应注意的是，它通过在电极活性层和电解质中的有机组分之间引入物理隔离而有助于这种效果。
发明人观察到，对于每g/m2外涂层的总金属负载，相对于不具有外涂层的相同电极的阻止效果，根据本发明的Nb基外涂层的阻止效果提高了超过51％。
通过循环伏安法测量阻止作用的提高，并根据比较试验3中阐述的程序来确定外涂层对电解电池中亚铁离子氧化的影响。
一般而言，电化学和化学可逆反应Fe(II)->Fe(III)+e-的特征性循环伏安峰根据所施加的外涂层的类型而变化，取决于其厚度和孔隙率。
在固定的实验条件(诸如，温度、氧化还原反应、扫描率、参考实验的氧化还原探针)下，电极的循环伏安图的峰高度将表现为与能够穿透外涂层提供的“屏障”并在电极的活性层处被氧化的铁(II)离子的数量成正比。
峰高度越高，外涂层对铁(II)离子消耗的阻止作用越低，因此外涂层对光亮剂消耗的阻止作用越低，尽管后者也会部分地受到其它参数的影响，诸如所使用的特定光亮剂分子。
发明人已经通过将没有外涂层的电极的循环伏安图的峰高度除以具有外涂层的相同电极的循环伏安图的峰高度来定量地计算由外涂层提供的阻止作用的改善。然后将结果针对外涂层中存在的总金属负载(g/m2)进行调整。
在一个实施例中，根据本发明的电极的外涂层包含基本上100％的Nb或其氧化物。
表述“基本上100％的Nb或其氧化物”是指外涂层由铌组成，除了从涂层下方扩散的少量元素或前体溶液中的少量杂质。
例如，根据本实施例的电极的外涂层可以通过根据本发明的铌前体溶液的热分解获得，铌前体溶液即草酸铌的乙酸水溶液，其中乙酸可在去离子水中被稀释。
已经发现，相对于具有相同层数和相同负载的Ta基外涂层的电极，根据该实施例的电极表现出对添加剂消耗的阻止作用提高。
此外，已经发现，相对于具有根据本领域中描述的方法制备的Nb基外涂层的电极，根据该实施例的电极表现出阻止作用的极大提高。
特别地，关于本实施例，发明人观察到，如根据比较测试3中阐述的程序所测量的，相对于电化学活性涂层本身的阻止效果，每gNb/m2的Nb外涂层的阻止效果提高了高于85％，甚至高于100％。
在替代实施例中，Nb基外涂层具有至少一种适合作为掺杂剂前体掺入到第一成分的前体溶液中的掺杂剂，诸如锑、铟、钼、钨、铋或钽。此类掺杂剂通常可以按重量在外涂层中以约0.01％至约10％的量存在，优选地以约0.01％至约5％的量存在。掺杂剂可以是金属或其氧化物(包括低价氧化物)的形式。
本发明还涉及适合于在包括导电基板的电解电池中从电解质溶液中电镀或电沉积金属的电极，外涂层包括至少一个包含90-100％的铌或其氧化物的第一成分的外涂层，和至少一个不同于第一成分的第二成分的电化学活性涂层，其中外涂层的调整后的阻止作用为底层电化学活性涂层的阻止作用的51-200％，如在存在氧化还原探针Fe(II)|Fe(III)的情况下借助于循环伏安法测得的。调整后的阻止作用的测量应按照比较测试3中的描述进行，方法是将不具有外涂层的电极的循环伏安图的峰高度除以具有Nb基外涂层的电极的峰高度，并且针对外涂层的总金属负载(以g/m2为单位)进行调整。
根据本实施例的Nb基外涂层可以通过对包含草酸铌乙酸水溶液的Nb前体溶液的前体溶液进行热分解而获得。所述前体溶液单独地或与本发明的所有优选或替代实施例相关地对应于本文中描述的前体溶液。
用本领域中描述的Nb前体溶液制备的Nb基外涂层显示出的调整后的阻止作用相对于未涂覆的电极最多未达到51％的提高。
根据上述电极的优选实施例，上述电极的第一成分基本上包含100％的Nb或其氧化物，并且具有所述外涂层的电极的阻止作用的提高是不具有外涂层的电极的阻止作用的85-200％，并且可达到100-200％，按每总gNb/m2测量。
在另一方面，本发明涉及一种用于制造上述电极的方法。该方法包括用包括至少一层的电化学活性涂层涂覆导电基板，并且随后在电化学活性涂层上形成外涂层。外涂层包括至少一个包含90-100％的铌或其氧化物的外涂层。通过执行以下顺序步骤来形成每个外涂层：
(i)将包含Nb前体溶液的前体溶液施加在活化导电基板上；
(ii)将前体溶液在50-100℃的温度下干燥5-20分钟，优选地在50-70℃的温度下干燥7-15分钟；
(iii)将干燥后的前体溶液在320-600℃的温度下热分解5-20分钟。
优选地，上述热分解步骤在350-550℃下进行5-20分钟，甚至更优选地在470-550℃下进行7-15分钟。
步骤(i)-(iii)可以根据需要以循环方式重复多次以实现期望的金属负载。
技术人员理解，在每个循环之后，在前体溶液的热分解步骤(iii)结束时，在进行后续循环之前，将允许电极冷却直至达到室温。
已经发现，在3-20次之间的循环次数可以产生提供合适的阻止作用的外涂层厚度。在一些实施例中，已经发现，在4-16之间的循环次数在没有损害过电势增加的情况下起作用，从而维持相对较少数量的热循环，从而节省了成本。
通过将草酸铌的水溶液与稀乙酸混合而获得上述Nb前体溶液。
Nb前体溶液中Nb的浓度可以在20-50g/l之间选择。已经观察到该范围以确保特别紧凑的外涂层结构，这对于减少添加剂消耗是有益的。
稀乙酸是指CH3COOH在水中(优选地在去离子水中)优选地以5-20％的浓度(甚至更优选地以7-13％的浓度)稀释以提供特别好的润湿性。
根据所要求保护的方法，至少一个外涂层的形成发生在活化的基板上，即具有至少一个电化学活性涂层的基板上。电化学活性涂层可以直接形成在清洁的或经预处理的基板上，或者形成在涂覆在基板上的至少一个可选的底层之上。
电化学活性涂层、可选的底层和电极基板可以根据上文所述的任何实施例。
根据一个实施例，前体溶液由Nb前体溶液组成。因此，将为所得的电极提供包含基本上100％的Nb或其氧化物的外涂层，除了可能部分扩散到外涂层中的电化学活性涂层的少量元素，或者Nb前体溶液中的少量其它金属。
根据替代实施例，前体溶液包含Nb前体溶液和掺杂剂前体溶液，其中掺杂剂选自锑、铟、钼、钨、铋、钽组成的组，并且所述前体溶液中Nb与掺杂剂的重量比为90-99.999:10-0.001；优选地为95-99.999:5-0.001。
在不同的方面，本发明涉及一种用于从电解质溶液中电镀或电沉积金属的未分隔的电解电池，该电解电池包括至少部分地或完全浸入该电解质溶液中的至少一个阳极和至少一个阴极。该电解质溶液包含溶液中的待沉积/镀覆的金属和至少一种有机取代基。
电池中使用的阳极是上述电极。
电池可以用于印刷电路板应用。
例如，根据本发明的电池可以用于从包含硫酸铜的水性电解质中电沉积铜箔。
有机取代基可以是有机添加剂。
在不同的方面，本发明涉及一种用于从电解质溶液中电镀或电沉积金属的处理，其中该处理在如上所述的任何电解电池中进行，并且操作所述电池中的至少一个阳极以使得减少电解质中存在的有机取代基的消耗，而不会损害电池中的阳极电势。
包括以下示例以说明将本发明付诸实践的特定方式，其实用性已在所要求的数值范围内得到了充分验证。
本领域技术人员应该理解的是，以下公开的装备、成分和技术代表发明人发现的在本发明的实践中效果良好的装备、成分和技术。但是，根据本公开，本领域技术人员应该理解的是，在不脱离本发明的范围的情况下，可以在所公开的特定实施例中进行许多改变，并且仍可获得同样或相似的结果。
实验准备
在以下示例、对比例和比较试验中使用的所有电极样品中，电极基板是从等级为1目100mm*100mm*1mm尺寸的钛开始，在超声浴中用丙酮脱脂10分钟制成的。然后将网孔进行钢砂喷砂处理，随后在20％重量的HCl中在沸点进行蚀刻。
示例1
用电化学活性涂层溶液涂覆清洁的电极基板样品，该电化学活性涂层溶液含有基于重量比为65:35的铱和钽的氧化物的混合物。
将电化学活性涂层前体溶液施加为10层，铱的总负载量为15g/m2。
通过刷子施加各个电化学活性涂层，并在50℃的温度下干燥10分钟。然后将每个电化学活性涂层在510℃的温度下热分解15分钟，并允许其最终冷却至室温，然后进行下一层。
然后将活化电极涂上Nb前体的外涂层溶液。
Nb前体溶液由在13％CH3COOH水溶液中的45g/l的草酸铌水溶液组成。
将外涂层施加为9层，Nb的总负载量为9g/m2。
通过刷子施加各个外涂层，并在55℃的温度下干燥10分钟。然后在500℃的温度下将每个外涂层热分解10分钟，并允许其冷却至室温，然后进行下一层。
如此获得的电极标记为S1。
对比例1
根据示例1中概述的程序制备样品电极，不同之处在于Nb前体溶液由溶解在丁醇中的NbCl5组成，Nb前体溶液中的铌的浓度为45g/l。
如此获得的电极标记为CS1。
对比例2
根据本文描述的程序，用示例1中描述的电化学活性涂层涂覆清洁的电极基板样品。然后用Ta前体的外涂层溶液涂覆活化电极。Ta前体溶液由45gTa/l的TaCl5的丁醇水溶液组成。
将外涂层溶液施加为9层，Ta的总负载为9g/m2。通过刷子施加各个外涂层，并在55℃的温度下干燥10分钟。然后在500℃的温度下将每个外涂层热分解10分钟，并允许其冷却至室温，然后进行下一层。
如此获得的电极标记为CS2。
对比例3
如示例1中所描述的，用电化学活性涂层涂覆清洁的电极基板样品。
然后，如对比例2中所述，用Ta前体的外涂层溶液涂覆活化电极，不同之处在于外涂层溶液施加为18层，Ta的总负载为18g/m2。
如此获得的电极标记为CS3。
样品S1、CS1、CS3显示出4微米的平均外涂层厚度，用SEM截面成像进行测量。样品CS2显示出2微米的平均厚度。
比较测试1
通过在哈林槽中以25ASF(每平方英尺安培数)操作虚拟镀铜190分钟来测量所有样品的光亮剂消耗。对于阳极，样品S1、CS1、CS2、CS3替代地用于聚丙烯袋中。
阴极是黄铜板。
电解质包含水、硫酸、甲醛、有机盐和硫酸铜。有机盐(即光亮剂)是3,3’-二硫代双丙烷磺酸二钠(3,3'-dithiobis[propansulfonate]of disodium)。
通过循环溶出伏安法确定消耗1升光亮剂所需的电荷来测定光亮剂的消耗。结果在表1中以Ah/l报告。
比较测试2
所有样品都在烧杯中以1kA/m2在H2SO4 150g/l中进行了寿命测试，每1000小时进行一次监测。
表1列出了每个样品的失活时间，对应于测量电池电压突然升高至6V以上所需的时间(以小时为单位)。
比较测试3
在氧化还原探针Fe(II)|Fe(III)存在下，借助于循环伏安法测量样品S1、CS1、CS2、CS3的阻止作用。
由150g/l的H2SO4中的硫酸亚铁用20g/l的Fe(II)制备50ml的Fe(II)溶液。
实验是在室温(25℃)下以20mV/s的扫描率在三电极电池中进行的。
该对电极是活性面积为3cm2的尺寸稳定的钛阳极，并涂覆有如示例1中所述制备的65％铱和35％钽的电化学活性涂层，并且没有外涂层。
参考电极是饱和甘汞电极。
对于每个测试样品S1、CS1、CS2、CS3，根据示例1中阐述的程序制备了称为BL的基线电极，不同之处在于没有在电化学活性涂层上施加外涂层。
将样品S1、CS1、CS2、CS3和基线BL切成10mm*30mm的尺寸，并用特氟隆带覆盖，以保留10*10mm2的有效区域。
该实验包括五项测试，其中工作电极替代地从样品S1、CS1、CS2、CS3和基线BL中选择。
测量了所有样品和BL的循环伏安图的峰高度。
将每个样品S1、CS1、CS2、CS3的外涂层阻止作用(TC BE)的提高计算为对应基线BL电极的峰高度与针对样品测得的峰高度之比，即：
TC BE(样品)＝峰高度(BL)/峰高度(样品)。
然后，通过将TC BE(样品)除以外涂层中的金属量(以g/m2测量，并以百分比(每g/m2)表示数量)，获得针对外涂层的总金属负载进行了调整的每个样品的外涂层阻止作用的提高。
测量结果在表1中列出。
Figure BDA0002922964490000141
表1
先前的描述不旨在限制本发明，本发明可以根据不同的实施例使用而不脱离本发明的范围，并且本发明的范围仅由所附权利要求限定。
在本申请的整个说明书和权利要求书中，术语“包括”及其变体，诸如“包括有”和“包括了”并不旨在排除其它元件、组件或附加处理步骤的存在。仅出于为本发明提供上下文的目的，在本说明书中包括对文档、动作、材料、设备、物品等的讨论。没有暗示或表示这些事项中的任何一个或全部在本申请的每个权利要求的优先权日之前构成现有技术基础的一部分或者在与本发明相关的领域中是众所周知的常识。

Claims (10)

1.一种适于从电解电池中的电解质溶液中电镀或电沉积金属的电极，包括导电基板、第一成分的至少一个外涂层以及与第一成分不同的第二成分的至少一个电化学活性涂层，电化学活性涂层位于导电基板和外涂层之间，第一成分包含90-100％的铌或其氧化物，其特征在于，所述外涂层通过热分解包含草酸铌的乙酸水溶液的前体溶液而获得。
2.根据权利要求1所述的电极，其中第一成分包含基本上100％的铌或其氧化物。
3.根据权利要求1所述的电极，其中第一成分包含选自锑、铟、钼、钨、铋、钽或其氧化物组成的组的至少一种掺杂剂，所述至少一种掺杂剂按重量计为0.01-10％的量。
4.根据权利要求1-3中的任一项所述的电极，其中外涂层中铌的总量在2-18g/m2之间。
5.根据权利要求1-4中的任一项所述的电极，其中第二成分由50-80％的铱和20-50％的钽组成，以重量百分比表示。
6.根据权利要求1-5中的任一项所述的电极，还包括包含与第二成分不同的第三成分的至少一个底层，所述底层位于导电基板和电化学活性涂层之间，第三成分优选地包含钽和钛氧化物的混合物。
7.根据权利要求1-6中的任一项所述的电极，其中导电基板由阀金属制成，所述阀金属选自钛、钽、锆、铌、钨、铝、硅、其合金和金属混合物组成的组。
8.一种根据权利要求1所述的电极的制造方法，包括在导电基板上形成外涂层，所述导电基板涂覆有包含至少一个电化学活性涂层的电化学活性涂物，所述外涂层包括包含90-100％的铌或其氧化物的至少一个外涂层，其中所述至少一个外涂层的形成包括以下顺序步骤：
(i)在涂覆有所述至少一个电化学活性涂层的导电基板上施加前体溶液；
(ii)将前体溶液在50-100℃的温度下干燥5-20分钟，优选地在50-70℃的温度下干燥7-15分钟；
(iii)将干燥后的前体溶液在350-600℃的温度下热分解5-20分钟，优选地在470-550℃的温度下热分解7-15分钟；
所述前体溶液包含Nb前体溶液，所述Nb前体溶液是通过将草酸铌水溶液在乙酸中稀释而获得的。
9.一种用于从电解质溶液中电镀或电沉积金属的未分隔的电解电池，包括至少部分地浸入在电解质溶液中的至少一个阳极和至少一个阴极，所述电解质溶液包含有机取代基和溶液中的金属；其特征在于，所述至少一个阳极是根据权利要求1-7中的任一项的电极。
10.一种用于从电解质溶液中电镀或电沉积金属的处理，其中所述处理在根据权利要求11所述的电解电池中进行，并且操作所述电池中的所述至少一个阳极以使得减少所述有机取代基的消耗，同时维持所述电池中的阳极电势。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US12002631B2 (en) * 2021-10-20 2024-06-04 KYOCERA AVX Components Corporation Electrodeposited dielectric for a solid electrolytic capacitor

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5419824A (en) * 1992-11-12 1995-05-30 Weres; Oleh Electrode, electrode manufacturing process and electrochemical cell
US20040031692A1 (en) * 1999-06-28 2004-02-19 Kenneth Hardee Coatings for the inhibition of undesirable oxidation in an electrochemical cell
CN107369829A (zh) * 2017-06-30 2017-11-21 陕西科技大学 一种锂离子电池用毛丹状氧化铌电极材料的制备方法

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5004626A (en) * 1986-10-27 1991-04-02 Huron Technologies, Inc. Anodes and method of making
JPH06306670A (ja) * 1993-04-27 1994-11-01 Daiso Co Ltd 酸素発生用電極の製法
US6527939B1 (en) 1999-06-28 2003-03-04 Eltech Systems Corporation Method of producing copper foil with an anode having multiple coating layers
US6589405B2 (en) 2000-05-15 2003-07-08 Oleh Weres Multilayer oxide coated valve metal electrode for water purification
JP3619828B2 (ja) 2001-06-21 2005-02-16 三洋電機株式会社 電解用電極及びその製造方法及び電解用電極を用いた電解方法及び電解水生成装置
JP4873695B2 (ja) * 2006-04-14 2012-02-08 ダイソー株式会社 電着塗装用膜付き中空電極
EP2371996B1 (en) 2008-12-26 2016-03-09 Nihon Parkerizing Co., Ltd. Method of electrolytic ceramic coating for metal, electrolysis solution for electrolytic ceramic coating for metal, and metallic material
DE102013202143A1 (de) 2013-02-08 2014-08-14 Bayer Materialscience Ag Katalysatorbeschichtung und Verfahren zu ihrer Herstellung
TWI595119B (zh) 2016-08-17 2017-08-11 Boardtek Electronics Corp Photocatalyst and its anode

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5419824A (en) * 1992-11-12 1995-05-30 Weres; Oleh Electrode, electrode manufacturing process and electrochemical cell
US20040031692A1 (en) * 1999-06-28 2004-02-19 Kenneth Hardee Coatings for the inhibition of undesirable oxidation in an electrochemical cell
CN107369829A (zh) * 2017-06-30 2017-11-21 陕西科技大学 一种锂离子电池用毛丹状氧化铌电极材料的制备方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
RONALDO C. FARIA 等: ""A Novel Synthetic Route to Nb2O5 Thin Films for Electrochromic Devices"", 《JOURNAL OF THE ELECTROCHEMICAL SOCIETY》, vol. 141, no. 3, pages 29 *
ROZINA ABDUL RANI等: ""Thin fi lms and nanostructures of niobium pentoxide: fundamental properties, synthesis methods and applications"", 《 J. MATER. CHEM. A, 》, vol. 2, pages 15683 - 15703 *

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