CN113178332A - 一种基于气相沉积制备的高静电容量电极箔及制备方法 - Google Patents
一种基于气相沉积制备的高静电容量电极箔及制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113178332A CN113178332A CN202110419609.2A CN202110419609A CN113178332A CN 113178332 A CN113178332 A CN 113178332A CN 202110419609 A CN202110419609 A CN 202110419609A CN 113178332 A CN113178332 A CN 113178332A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- vapor deposition
- electrode foil
- electrostatic capacity
- aluminum foil
- carbon
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000011888 foil Substances 0.000 title claims abstract description 129
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 title claims abstract description 25
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title abstract description 7
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 83
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 83
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 45
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 44
- 229910052810 boron oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 24
- JKWMSGQKBLHBQQ-UHFFFAOYSA-N diboron trioxide Chemical compound O=BOB=O JKWMSGQKBLHBQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 23
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 18
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 18
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 6
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims abstract description 4
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims abstract description 4
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 47
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 47
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 29
- FLDCSPABIQBYKP-UHFFFAOYSA-N 5-chloro-1,2-dimethylbenzimidazole Chemical compound ClC1=CC=C2N(C)C(C)=NC2=C1 FLDCSPABIQBYKP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 25
- 239000001741 Ammonium adipate Substances 0.000 claims description 25
- 235000019293 ammonium adipate Nutrition 0.000 claims description 25
- 238000007743 anodising Methods 0.000 claims description 23
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 claims description 20
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 18
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 16
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 15
- 239000013077 target material Substances 0.000 claims description 15
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims description 14
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 14
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 claims description 13
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 claims description 11
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 claims description 11
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 9
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 9
- KGBXLFKZBHKPEV-UHFFFAOYSA-N boric acid Chemical compound OB(O)O KGBXLFKZBHKPEV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000004327 boric acid Substances 0.000 claims description 8
- 238000001354 calcination Methods 0.000 claims description 8
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 claims description 8
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000002048 anodisation reaction Methods 0.000 claims description 6
- HAUBPZADNMBYMB-UHFFFAOYSA-N calcium copper Chemical compound [Ca].[Cu] HAUBPZADNMBYMB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims description 6
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 6
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N Ozone Chemical compound [O-][O+]=O CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910002115 bismuth titanate Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 claims description 3
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 3
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000012300 argon atmosphere Substances 0.000 claims description 2
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 claims description 2
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 2
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 150000002736 metal compounds Chemical class 0.000 claims description 2
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 claims description 2
- BPUBBGLMJRNUCC-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);tantalum(5+) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Ta+5].[Ta+5] BPUBBGLMJRNUCC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- PBCFLUZVCVVTBY-UHFFFAOYSA-N tantalum pentoxide Inorganic materials O=[Ta](=O)O[Ta](=O)=O PBCFLUZVCVVTBY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 4
- 229910000314 transition metal oxide Inorganic materials 0.000 abstract description 4
- 238000005452 bending Methods 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 26
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 26
- 239000000463 material Substances 0.000 description 20
- 238000002848 electrochemical method Methods 0.000 description 13
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 12
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 12
- 238000000643 oven drying Methods 0.000 description 12
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 11
- 239000000047 product Substances 0.000 description 11
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 10
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 description 10
- 230000008569 process Effects 0.000 description 10
- 239000013589 supplement Substances 0.000 description 6
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000003892 spreading Methods 0.000 description 5
- 230000007480 spreading Effects 0.000 description 5
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 4
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 3
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 3
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O Ammonium Chemical compound [NH4+] QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 238000000866 electrolytic etching Methods 0.000 description 2
- 239000007888 film coating Substances 0.000 description 2
- 238000009501 film coating Methods 0.000 description 2
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 238000000623 plasma-assisted chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 238000004549 pulsed laser deposition Methods 0.000 description 2
- 230000002195 synergetic effect Effects 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000002488 metal-organic chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 238000005325 percolation Methods 0.000 description 1
- 238000005554 pickling Methods 0.000 description 1
- 230000001502 supplementing effect Effects 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G9/00—Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
- H01G9/004—Details
- H01G9/04—Electrodes or formation of dielectric layers thereon
- H01G9/042—Electrodes or formation of dielectric layers thereon characterised by the material
- H01G9/045—Electrodes or formation of dielectric layers thereon characterised by the material based on aluminium
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G9/00—Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
- H01G9/004—Details
- H01G9/04—Electrodes or formation of dielectric layers thereon
- H01G9/042—Electrodes or formation of dielectric layers thereon characterised by the material
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Fixed Capacitors And Capacitor Manufacturing Machines (AREA)
Abstract
本发明公开了一种基于气相沉积制备高静电容量电极箔及制备方法，属于电子器件技术领域。本发明采用气相沉积技术，将含碳物质、氧化铝、氧化硼和过渡金属氧化物按一定比例沉积到铝箔上，经热处理、阳极氧化，制备高静电容量电极箔。利用本方法所制备的电极箔静电容量高、耐压性高、折曲强度高，满足电子产品小型化的需求。
Description
技术领域
本发明属于电子器件技术领域，涉及一种基于气相沉积制备的高静电容量电极箔及制备方法。
背景技术
作为电能的储存容器之一，电容器在电子产品集成电路中因其“隔直流、通交流、不走电荷”的特性，起到电源滤波、信号滤波、耦合与去藕等重要作用，广泛应用于军事、航天、汽车、医疗器械、消费型电子等诸多领域。铝电解电容器因其单位体积容量大、价格低廉以及氧化铝膜良好的“自愈”性能，是电容器家族不可替代的成员之一。
随着电子产品小型化需求不断提升，对铝电解电容器小型化和高性能化的要求越来越迫切，从而需要大幅度提高电容器用铝箔的静电容量。根据电容器的静电容量公式C＝ε0εr·S/d可知，提升静电容量的方法主要是提高表面积S、降低介质厚度d和提高介质介电常数εr。传统的静电容量提升方法主要是提高表面积S，但随着电蚀技术的提高，扩面倍率越来越接近理论极限，难以进一步通过电蚀孔来提高表面积。而介质厚度d与铝电解电容器产品耐压规格直接相关，不能作太大变化。因此，需要通过提高介质介电常数εr或采用新的提高表面积S方法。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于气相沉积制备的高静电容量电极箔及制备方法，以解决现有技术方法无法提高电容器用铝箔的电容的技术难题。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
本发明公开的一种基于气相沉积制备的高静电容量电极箔，包括基材铝箔，在基材铝箔表面依次沉积有氧化铝膜层及复合高介电常数氧化膜层；
其中，在氧化铝膜层中包覆有大量岛状碳颗粒/碳纤维和树枝状碳链；所述岛状碳颗粒/碳纤维和树枝状碳链二者的接触面形成碳材料的界面；
在氧化铝膜层及复合高介电常数氧化膜层中还分散沉积有若干氧化硼颗粒。
优选地，所述复合高介电常数氧化膜层的采用钛酸铜钙、二氧化钛、钛酸铜钙、五氧化二钽和钛酸铋中的任意一种。
优选地，所述碳材料为活性炭粉末、碳纳米管、石墨烯或有机金属化合物。
优选地，基材铝箔的厚度为20～150μm。
本发明还公开了上述的基于气相沉积制备的高静电容量电极箔的制备方法，包括以下步骤：
1)、将高介电常数氧化物、氧化铝、氧化硼和碳材料混合制成靶材，通过气相沉积法将靶材沉积到铝箔基材表面，在铝箔基材表面形成镀膜；
2)将步骤1)处理过的铝箔在一定气氛下，300～660℃煅烧1～600min；
3)将煅烧后的铝箔置于25～95℃的电解液中，在5～250mA/cm2的电流密度下，依次进行一次阳极氧化、热处理、二次阳极氧化，得到高静电容量的电极箔。
优选地，高介电常数氧化物、氧化铝、氧化硼和碳材料的质量比为1：(8～8.8)：(0.1-0.9)：(0.1-0.4)。
优选地，步骤2)中，所述一定气氛采用空气气氛、氧气气氛、臭氧气氛、氮气气氛、氩气气氛、氢气气氛、二氧化碳气氛、一氧化碳气氛和氨气气氛中的一种或几种。
优选地，步骤3)中，一次阳极氧化的条件为：在质量分数为0.1％～15％己二酸铵电解液中阳极氧化至2～200V，或者在质量分数为0.1％～15％的硼酸溶液中阳极氧化至201～1100V。
优选地，步骤3)中，所述热处理是将一次阳极氧化处理后的铝箔在50～300℃烘干，然后在350～650℃退火0.1～10min。
优选地，步骤3)中，二次阳极氧化的条件为：在质量分数为0.1％～15％的己二酸铵电解液中阳极氧化至2～200V，或者在质量分数为0.1％～15％的硼酸溶液中阳极氧化至201～1100V。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明采用气相沉积技术，将含碳物质、氧化铝、氧化硼和过渡金属氧化物按比例沉积到基材铝箔上，经热处理、阳极氧化，制备高静电容量电极箔。由于碳在复合介质中可形成大量的岛状碳颗粒或碳纤维，以及树枝状碳链，前者因渗流效应，提高了空间电荷储存能力，后者作为电子的传输通道，提高了电极的比表面积(S)；氧化硼能使复合介质膜致密化，提升复合介质膜(整层复合膜)击穿场强；氧化铝作为介电物质，控制复合介质膜的耐压能力；过渡金属氧化物具有比氧化铝更高的相对介电常数，增加了复合介质膜的相对介电常数(εr)，它们的协同效应大幅提高电极箔静电容量。利用本方法所制备的电极箔静电容量高、耐压性高、折曲强度高，其静电容量是传统制备方法的1.2-2倍。
附图说明
图1为本发明的高静电容量电极箔结构示意图；
其中：100-基材铝箔，110-岛状碳颗粒/碳纤维；120-树枝状碳链；130-氧化铝膜层；140-氧化硼颗粒；150-复合高介电常数氧化膜层。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参见图1，一种基于气相沉积制备的高静电容量电极箔，包括基材铝箔100，在基材铝箔100表面依次沉积有氧化铝膜层130及复合高介电常数氧化膜层150；
其中，在氧化铝膜层130中包覆有大量岛状碳颗粒/碳纤维110和树枝状碳链120，所述岛状碳颗粒/碳纤维110和树枝状碳链120形成用于固定碳材料的界面；在氧化铝膜层130及复合高介电常数氧化膜层150中还分散沉积有若干氧化硼颗粒140。
所述基材铝箔100，原则上两面都可混合沉积介质膜层，作为高静电容量电极箔的基底材料，提供机械强度保障；镀膜厚度为1～100nm；
所述用于固定碳材料的界面中大量的岛状碳颗粒/碳纤维110因渗流效应，提高了空间电荷储存能力；所述树枝状碳链120，作为电子的传输通道，提高了电极的比表面积；
所述氧化铝膜层130，用于提供适应不同工作电压需求的介质膜耐电压能力；
所述氧化硼颗粒140能使复合介质膜(复合介质膜指的是氧化铝膜层130和复合高介电常数氧化膜层150的复合膜)致密化，提升复合介质膜击穿场强；
所述复合高介电常数氧化膜层150，用于提高复合介质膜的相对介电常数，以提高电极箔静电容量。
本发明所述的气相沉积包括但不限于磁控溅射/MS、脉冲激光沉积/PLD等物理气相沉积/PVD方法，以及等离子增强化学气相沉积/PECVD、金属有机化合物化学气相沉积/MOCVD、激光诱导气相沉积/LICVD等化学气相沉积/CVD方法。
实施例1一种高静电容量电极箔的制造方法，包括以下步骤：
步骤1：将厚度为30μm、纯度为99.99％的电子铝箔(铝光箔)表面，经过酸洗去油之后，通过电化学方法进行表面扩面(10～20倍范围)处理，制得基材铝箔。
步骤2：按1:8.5:0.1:0.4质量比将钛酸铜钙(CaCuTiO4)、氧化铝、氧化硼、活性炭粉末混合制成靶材，通过磁控溅射法在真空环境(50Pa以内)下，在经步骤1处理后的铝箔基材表面沉积镀膜，镀膜厚度为5～15nm。
步骤3：为使镀膜材料融合及转晶，将含有镀膜的铝箔在空气氛条件以及600℃温度下煅烧30min，使镀膜材料融合及转晶。
步骤4：为获得足够耐压，经步骤3处理后的含有镀膜的铝箔在50mA/cm2电流密度下、85℃的15w.t％己二酸铵溶液中进行阳极氧化至21V，经纯水洗净、50℃烘干、550℃退火2min，继续在85℃的15w.t％己二酸铵溶液中补形成至21V电压，再经纯水洗净、120℃烘干。
实施例2
一种高静电容量电极箔的制造方法，包括以下步骤：
步骤1：将厚度为60μm、纯度为99.99％的电子铝箔(铝光箔)表面，经过酸洗去油之后，通过电化学方法进行表面扩面(10～20倍范围)处理。
步骤2：通过磁控溅射法，按1:8.5:0.1:0.4质量比将二氧化钛、氧化铝、氧化硼和活性炭粉末混合制成靶材，按照一定工艺流程在真空环境(50Pa以内)下根据产品性能需求进行镀膜，镀膜厚度为5～15nm。
步骤3：将含有镀膜的铝箔在氧气和氩气按体积比1:1条件下，以及600℃温度下煅烧30min使镀膜材料融合及转晶。
步骤4：为获得足够耐压，经步骤3处理后的含有镀膜的铝箔在50mA/cm2电流密度下、85℃的15w.t％己二酸铵溶液中进行阳极氧化至21V，经纯水洗净、50℃烘干、550℃退火2min、继续在85℃的15w.t％己二酸铵溶液中补形成至21V电压，再经纯水洗净、120℃烘干。
实施例3
一种高静电容量电极箔的制造方法，包括以下步骤：
步骤1：将厚度为20μm、纯度为99.99％的电子铝箔(铝光箔)表面，经过酸洗去油之后，通过电化学方法进行表面扩面(10～20倍范围)处理。
步骤2：通过磁控溅射法，按1:8.5:0.1:0.4质量比将二氧化钛、氧化铝、氧化硼和活性炭粉末混合制成靶材，按照一定工艺流程在真空环境(50Pa以内)下根据产品性能需求进行镀膜，镀膜厚度为5～15nm。
步骤3：将含有镀膜的铝箔在氧气和氩气按体积比1:1条件下，以及600℃温度下煅烧30min使镀膜材料融合及转晶。
步骤4：为获得足够耐压，经步骤3处理后的含有镀膜的铝箔在50mA/cm2电流密度下、85℃的15w.t％己二酸铵溶液中进行阳极氧化至21V，经纯水洗净、50℃烘干、550℃退火2min、继续在85℃的15w.t％己二酸铵溶液中补形成至21V电压，再经纯水洗净、120℃烘干。
实施例4
一种高静电容量电极箔的制造方法，包括以下步骤：
步骤1：将厚度为150μm、纯度为99.99％的电子铝箔(铝光箔)表面，经过酸洗去油之后，通过电化学方法进行表面扩面(10～20倍范围)处理。
步骤2：通过磁控溅射法，按1:8.5:0.1:0.4质量比将二氧化钛、氧化铝、氧化硼和活性炭粉末混合制成靶材，按照一定工艺流程在真空环境(50Pa以内)下根据产品性能需求进行镀膜，镀膜厚度为5～15nm。
步骤3：将含有镀膜的铝箔在氧气和氩气按体积比1:1条件下，以及600℃温度下煅烧30min使镀膜材料融合及转晶。
步骤4：为获得足够耐压，经步骤3处理后的含有镀膜的铝箔在50mA/cm2电流密度下、85℃的15w.t％己二酸铵溶液中进行阳极氧化至21V，经纯水洗净、50℃烘干、550℃退火2min、继续在85℃的15w.t％己二酸铵溶液中补形成至21V电压，再经纯水洗净、120℃烘干。
实施例5
一种高静电容量电极箔的制造方法，包括以下步骤：
步骤1：将厚度为60μm、纯度为99.99％的电子铝箔(铝光箔)表面，经过酸洗去油之后，通过电化学方法进行表面扩面(10～20倍范围)处理。
步骤2：通过磁控溅射法，按1:8.5:0.1:0.4质量比将二氧化钛、氧化铝、氧化硼和活性炭粉末混合制成靶材，按照一定工艺流程在真空环境(50Pa以内)下根据产品性能需求进行镀膜，镀膜厚度为5～15nm。
步骤3：将含有镀膜的铝箔在二氧化碳气氛条件下，以及650℃温度下煅烧1min使镀膜材料融合及转晶。
步骤4：为获得足够耐压，经步骤3处理后的含有镀膜的铝箔在50mA/cm2电流密度下、85℃的15w.t％己二酸铵溶液中进行阳极氧化至21V，经纯水洗净、50℃烘干、550℃退火2min、继续在85℃的15w.t％己二酸铵溶液中补形成至21V电压，再经纯水洗净、120℃烘干。
实施例6
一种高静电容量电极箔的制造方法，包括以下步骤：
步骤1：将厚度为60μm、纯度为99.99％的电子铝箔(铝光箔)表面，经过酸洗去油之后，通过电化学方法进行表面扩面(10～20倍范围)处理。
步骤2：通过磁控溅射法，按1:8.5:0.1:0.4质量比将二氧化钛、氧化铝、氧化硼和活性炭粉末混合制成靶材，按照一定工艺流程在真空环境(50Pa以内)下根据产品性能需求进行镀膜，镀膜厚度为5～15nm。
步骤3：将含有镀膜的铝箔在氧气和氩气按体积比1:1条件下，以及600℃温度下煅烧600min使镀膜材料融合及转晶。
步骤4：为获得足够耐压，经步骤3处理后的含有镀膜的铝箔在50mA/cm2电流密度下、85℃的15w.t％己二酸铵溶液中进行阳极氧化至21V，经纯水洗净、50℃烘干、550℃退火2min、继续在85℃的15w.t％己二酸铵溶液中补形成至21V电压，再经纯水洗净、120℃烘干。
实施例7
一种高静电容量电极箔的制造方法，包括以下步骤：
步骤1：将厚度为60μm、纯度为99.99％的电子铝箔(铝光箔)表面，经过酸洗去油之后，通过电化学方法进行表面扩面(10～20倍范围)处理。
步骤2：通过磁控溅射法，按1:8.5:0.1:0.4质量比将二氧化钛、氧化铝、氧化硼和活性炭粉末混合制成靶材，按照一定工艺流程在真空环境(50Pa以内)下根据产品性能需求进行镀膜，镀膜厚度为5～15nm。
步骤3：将含有镀膜的铝箔在氧气和臭氧、氩气按体积比2:1:7条件下，以及500℃温度下煅烧30min使镀膜材料融合及转晶。
步骤4：为获得足够耐压，经步骤3处理后的含有镀膜的铝箔在50mA/cm2电流密度下、85℃的15w.t％己二酸铵溶液中进行阳极氧化至21V，经纯水洗净、50℃烘干、550℃退火2min、继续在85℃的15w.t％己二酸铵溶液中补形成至21V电压，再经纯水洗净、120℃烘干。
实施例8
一种高静电容量电极箔的制造方法，包括以下步骤：
步骤1：所述基材铝箔，是在厚度为30μm、纯度为99.99％的电子铝箔(铝光箔)表面，经过酸洗去油之后，通过电化学方法进行表面扩面(10～20倍范围)处理之后制得。
步骤2：所述固定碳颗粒形成的界面、包裹界面的氧化铝膜层、氧化硼和复合的高介电常数氧化膜层，通过磁控溅射法，将高介电常数氧化物(钛酸铜钙/CaCuTiO4)和氧化铝、氧化硼、碳材料(活性炭粉末)按一定质量分数比例(1:8.8:0.1:0.1)混合制成靶材，按照一定工艺流程在真空环境(50Pa以内)下根据产品性能需求进行镀膜，镀膜厚度为10～30nm。
步骤3：为使镀膜材料融合及转晶，在氧气和氮气按体积比3:7条件以及550℃温度下煅烧120min。
步骤4：为获得足够耐压，上述镀膜后铝箔需在50mA/cm2电流密度下、在85℃的3w.t％己二酸铵溶液中进行阳极氧化至170V，经纯水洗净、50℃烘干、550℃退火2min、继续在85℃的3w.t％己二酸铵溶液中补形成至170V电压，再经纯水洗净、120℃烘干。
实施例9
一种高静电容量电极箔的制造方法，包括以下步骤：
步骤1：所述基材铝箔，是在厚度为30μm、纯度为99.99％的电子铝箔(铝光箔)表面，经过酸洗去油之后，通过电化学方法进行表面扩面(10～20倍范围)处理之后制得。
步骤2：所述固定碳颗粒形成的界面、包裹界面的氧化铝膜层、氧化硼和复合的高介电常数氧化膜层，通过磁控溅射法，将高介电常数氧化物(钛酸铋/Bi4Ti3O12)和氧化硼、氧化铝、碳材料(活性炭粉末)按一定质量分数比例(1:8:0.9:0.1)混合制成靶材，按照一定工艺流程在真空环境(50Pa以内)下根据产品性能需求进行镀膜，镀膜厚度为70～100nm。
步骤3：为使镀膜材料融合及转晶，在氧气和氮气按体积比3:7条件以及600℃温度下煅烧120min。
步骤4：为获得足够耐压，上述镀膜后铝箔需在50mA/cm2电流密度下、在90℃的3w.t％硼酸溶液中进行阳极氧化至530V，经纯水洗净、50℃烘干、550℃退火2min、继续在90℃的3w.t％硼酸溶液中补形成至530V电压，再经纯水洗净、120℃烘干。
对比例1
本对比例采用一种传统电极箔的制造方法，包括以下步骤：
步骤1：将厚度为30μm、纯度为99.99％的电子铝箔(铝光箔)表面，经过酸洗去油之后，通过电化学方法进行表面扩面(10～20倍范围)处理。
步骤2：为获得足够耐压，上述表面扩面后铝箔需在50mA/cm2电流密度下、在85℃的15w.t％己二酸铵溶液中进行阳极氧化至21V，经纯水洗净、50℃烘干、550℃退火2min、继续在85℃的15w.t％己二酸铵溶液中补形成至21V电压，再经纯水洗净、120℃烘干。
对比例2
本对比例采用一种传统电极箔的制造方法，包括以下步骤：
步骤1：所述基材铝箔，是在厚度为60μm、纯度为99.99％的电子铝箔(铝光箔)表面，经过酸洗去油之后，通过电化学方法进行表面扩面(10～20倍范围)处理之后制得。
步骤2：为获得足够耐压，上述表面扩面后铝箔需在50mA/cm2电流密度下、在85℃的15w.t％己二酸铵溶液中进行阳极氧化至21V，经纯水洗净、50℃烘干、550℃退火2min、继续在85℃的15w.t％己二酸铵溶液中补形成至21V电压，再经纯水洗净、120℃烘干。
对比例3
本对比例采用一种传统电极箔的制造方法，包括：
步骤1：所述基材铝箔，是在厚度为30μm、纯度为99.99％的电子铝箔(铝光箔)表面，经过酸洗去油之后，通过电化学方法进行表面扩面(10～20倍范围)处理之后制得。
步骤2：为获得足够耐压，上述表面扩面后铝箔需在50mA/cm2电流密度下、在85℃的3w.t％己二酸铵溶液中进行阳极氧化至170V，经纯水洗净、50℃烘干、550℃退火2min、继续在85℃的3w.t％己二酸铵溶液中补形成至170V电压，再经纯水洗净、120℃烘干。
对比例4
本对比例采用一种传统电极箔的制造方法，包括：
步骤1：所述基材铝箔，是在厚度为30μm、纯度为99.99％的电子铝箔(铝光箔)表面，经过酸洗去油之后，通过电化学方法进行表面扩面(10～20倍范围)处理之后制得。
步骤2：为获得足够耐压，上述表面扩面后铝箔需在50mA/cm2电流密度下、在90℃的3w.t％硼酸溶液中进行阳极氧化至530V，经纯水洗净、50℃烘干、550℃退火2min、继续在90℃的3w.t％硼酸溶液中补形成至530V电压，再经纯水洗净、120℃烘干。
采用行业团体标准《铝电解电容器用电极箔》(T/CECA22-2017)中相应的方法进行测试，以实施例1-8与对比例1-4的制得样品测试静电容量(Cap)、耐压(Vt)和折曲强度(B·S)，其结果见下表1：
表1实施例1-4和对比例1-4的静电容量、耐压、折曲强度值
备注：Cap列出的为相对值
从表1的结果可以看出，同样在厚度为30μm和60μm基材铝箔上制备电极箔，本发明所制备电极箔的静电容量是传统方法制备的电极箔的1.2-2倍。由此可见，本发明基于气相沉积技术所制备的电极箔静电容量高、耐压性高、折曲强度高。这主要是由于碳在复合介质中可形成大量的岛状碳颗粒或碳纤维，以及树枝状碳链，前者因渗流效应，提高了空间电荷储存能力，后者作为电子的传输通道，提高了电极的比表面积(S)；氧化硼能使复合介质膜致密化，提升复合介质膜击穿场强；氧化铝作为介电物质，控制复合介质膜的耐压能力；过渡金属氧化物具有比氧化铝更高的相对介电常数，增加了复合介质膜的相对介电常数(εr)，它们的协同效应大幅提高电极箔静电容量。因此，本发明能够制备能够耐电压的高静电容量阳极箔，缩小电容器体积，提高电容器的综合性能。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于气相沉积制备的高静电容量电极箔，其特征在于，包括基材铝箔(100)，在基材铝箔(100)表面依次沉积有氧化铝膜层(130)及复合高介电常数氧化膜层(150)；
其中，在氧化铝膜层(130)中包覆有大量岛状碳颗粒/碳纤维(110)和树枝状碳链(120)，所述岛状碳颗粒/碳纤维(110)和树枝状碳链(120)形成碳材料的界面；
在氧化铝膜层(130)及复合高介电常数氧化膜层(150)中还分散沉积有若干氧化硼颗粒(140)。
2.根据权利要求1所述的基于气相沉积制备的高静电容量电极箔，其特征在于，所述复合高介电常数氧化膜层(150)的采用钛酸铜钙、二氧化钛、钛酸铜钙、五氧化二钽和钛酸铋中的任意一种。
3.根据权利要求1所述的基于气相沉积制备的高静电容量电极箔，其特征在于，所述碳材料为活性炭粉末、碳纳米管、石墨烯或有机金属化合物。
4.根据权利要求1所述的基于气相沉积制备的高静电容量电极箔，其特征在于，基材铝箔(100)的厚度为20～150μm。
5.权利要求1～4中任意一项所述的基于气相沉积制备的高静电容量电极箔的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)、将高介电常数氧化物、氧化铝、氧化硼和碳材料混合制成靶材，通过气相沉积法将靶材沉积到铝箔基材表面，在铝箔基材表面形成镀膜；
2)将步骤1)处理过的铝箔在一定气氛下，300～660℃煅烧1～600min；
3)将煅烧后的铝箔置于25～95℃的电解液中，在5～250mA/cm2的电流密度下，依次进行一次阳极氧化、热处理、二次阳极氧化，得到高静电容量的电极箔。
6.根据权利要求5所述的基于气相沉积制备的高静电容量电极箔的制备方法，其特征在于，高介电常数氧化物、氧化铝、氧化硼和碳材料的质量比为1：(8～8.8)：(0.1-0.9)：(0.1-0.4)。
7.根据权利要求5所述的基于气相沉积制备的高静电容量电极箔的制备方法，其特征在于，步骤2)中，所述一定气氛采用空气气氛、氧气气氛、臭氧气氛、氮气气氛、氩气气氛、氢气气氛、二氧化碳气氛、一氧化碳气氛和氨气气氛中的一种或几种。
8.根据权利要求5基于气相沉积制备的高静电容量电极箔的制备方法，其特征在于，步骤3)中，一次阳极氧化的条件为：在质量分数为0.1％～15％己二酸铵电解液中阳极氧化至2～200V，或者在质量分数为0.1％～15％的硼酸溶液中阳极氧化至201～1100V。
9.根据权利要求5基于气相沉积制备的高静电容量电极箔的制备方法，其特征在于，步骤3)中，所述热处理是将一次阳极氧化处理后的铝箔在50～300℃烘干，然后在350～650℃退火0.1～10min。
10.根据权利要求5基于气相沉积制备的高静电容量电极箔的制备方法，其特征在于，步骤3)中，二次阳极氧化的条件为：在质量分数为0.1％～15％的己二酸铵电解液中阳极氧化至2～200V，或者在质量分数为0.1％～15％的硼酸溶液中阳极氧化至201～1100V。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110419609.2A CN113178332B (zh) | 2021-04-19 | 2021-04-19 | 一种基于气相沉积制备的高静电容量电极箔及制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110419609.2A CN113178332B (zh) | 2021-04-19 | 2021-04-19 | 一种基于气相沉积制备的高静电容量电极箔及制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113178332A true CN113178332A (zh) | 2021-07-27 |
| CN113178332B CN113178332B (zh) | 2022-10-25 |
Family
ID=76924963
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110419609.2A Active CN113178332B (zh) | 2021-04-19 | 2021-04-19 | 一种基于气相沉积制备的高静电容量电极箔及制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113178332B (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113871205A (zh) * | 2021-09-27 | 2021-12-31 | 江苏和煊电子科技股份有限公司 | 一种铝电解电容器阳极箔的制备方法 |
| CN114678222A (zh) * | 2022-03-07 | 2022-06-28 | 广西正润新材料科技有限公司 | 一种采用水热原位合成多金属MOFs来诱导中高压阳极箔均匀发孔的方法 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6808845B1 (en) * | 1998-01-23 | 2004-10-26 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Electrode metal material, capacitor and battery formed of the material and method of producing the material and the capacitor and battery |
| JP2008205112A (ja) * | 2007-02-19 | 2008-09-04 | Fujitsu Ltd | 電解コンデンサおよびその製造方法 |
| US20110272288A1 (en) * | 2010-05-05 | 2011-11-10 | Lin Chuen-Chang | Method for fabricating carbon nanotube aluminum foil electrode |
| CN107731530A (zh) * | 2017-08-29 | 2018-02-23 | 浙江长兴鑫启元电子科技有限公司 | 一种电子铝箔复合介质生产工艺 |
| CN108010723A (zh) * | 2017-12-08 | 2018-05-08 | 南通海星电子股份有限公司 | 一种利用磁控溅射制备含复合氧化膜中高压电极箔的方法 |
| CN110648849A (zh) * | 2019-09-26 | 2020-01-03 | 宇启材料科技南通有限公司 | 一种阀金属多孔体涂层电极箔及制作方法和电解电容器 |
| CN110819965A (zh) * | 2019-10-25 | 2020-02-21 | 西安交通大学 | 一种铝电解电容器用阳极铝箔的节能制备方法 |
-
2021
- 2021-04-19 CN CN202110419609.2A patent/CN113178332B/zh active Active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6808845B1 (en) * | 1998-01-23 | 2004-10-26 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Electrode metal material, capacitor and battery formed of the material and method of producing the material and the capacitor and battery |
| JP2008205112A (ja) * | 2007-02-19 | 2008-09-04 | Fujitsu Ltd | 電解コンデンサおよびその製造方法 |
| US20110272288A1 (en) * | 2010-05-05 | 2011-11-10 | Lin Chuen-Chang | Method for fabricating carbon nanotube aluminum foil electrode |
| CN107731530A (zh) * | 2017-08-29 | 2018-02-23 | 浙江长兴鑫启元电子科技有限公司 | 一种电子铝箔复合介质生产工艺 |
| CN108010723A (zh) * | 2017-12-08 | 2018-05-08 | 南通海星电子股份有限公司 | 一种利用磁控溅射制备含复合氧化膜中高压电极箔的方法 |
| CN110648849A (zh) * | 2019-09-26 | 2020-01-03 | 宇启材料科技南通有限公司 | 一种阀金属多孔体涂层电极箔及制作方法和电解电容器 |
| CN110819965A (zh) * | 2019-10-25 | 2020-02-21 | 西安交通大学 | 一种铝电解电容器用阳极铝箔的节能制备方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| C. L. BAN,ET AL.: ""Preparation of carbon nanotubes on Al foil anode for electrolytic capacitor"", 《J MATER SCI: MATER ELECTRON》 * |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113871205A (zh) * | 2021-09-27 | 2021-12-31 | 江苏和煊电子科技股份有限公司 | 一种铝电解电容器阳极箔的制备方法 |
| CN113871205B (zh) * | 2021-09-27 | 2023-01-31 | 江苏和煊电子科技股份有限公司 | 一种铝电解电容器阳极箔的制备方法 |
| CN114678222A (zh) * | 2022-03-07 | 2022-06-28 | 广西正润新材料科技有限公司 | 一种采用水热原位合成多金属MOFs来诱导中高压阳极箔均匀发孔的方法 |
| CN114678222B (zh) * | 2022-03-07 | 2024-06-07 | 广西广投正润新材料科技有限公司 | 一种采用水热原位合成多金属MOFs来诱导中高压阳极箔均匀发孔的方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN113178332B (zh) | 2022-10-25 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| AU2016277576B2 (en) | Electrode foil, current collector, electrode, and energy storage element using same | |
| KR100647181B1 (ko) | 고체 전해 컨덴서와 그 제조 방법 | |
| CN101067986B (zh) | 高温电容器及其制造方法 | |
| CN113178332B (zh) | 一种基于气相沉积制备的高静电容量电极箔及制备方法 | |
| KR101000098B1 (ko) | 캐패시터용 전극부재, 그의 제조 방법 및 그 전극부재를구비하는 캐패시터 | |
| TWI407468B (zh) | 複合陰極箔及包含此陰極箔之固態電解電容器 | |
| CN101093751B (zh) | 高比容阴极箔的制备方法 | |
| Feng et al. | Formation of Al2O3–Nb2O5 composite oxide films on low-voltage etched aluminum foil by complexation–precipitation and anodizing | |
| US8749955B2 (en) | Capacitor | |
| CN102543430A (zh) | 焦绿石薄膜多层陶瓷电容器及其低温制备方法 | |
| TW200302296A (en) | Composite titanium oxide film and method for formation thereof and titanium electrolytic capacitor | |
| US7023687B2 (en) | High energy density capacitors | |
| CN109637809B (zh) | 一种陶瓷储能电容器及其制备方法 | |
| KR20170001707A (ko) | 고정전용량의 콘덴서용 권회형 적층체 및 이를 이용한 적층 권회형 콘덴서 | |
| GB2530576A (en) | Method of forming a dielectric layer on an electrode | |
| KR101774253B1 (ko) | 적층형 슈퍼커패시터의 제조방법 | |
| KR20130076793A (ko) | 전극 구조체의 제조 방법, 전극 구조체 및 콘덴서 | |
| JP5302692B2 (ja) | コンデンサ材料およびその製造方法、ならびにその材料を含むコンデンサ、配線板および電子機器 | |
| JPH10135080A (ja) | 固体電解コンデンサ及びその製造方法 | |
| CN206022115U (zh) | 一种抗氧化电容器薄膜 | |
| CN102385985A (zh) | 金属薄膜电容及其制备方法 | |
| Markondeya Raj et al. | Hydrothermal barium titanate thin‐film characteristics and their suitability as decoupling capacitors | |
| EP3091546A1 (en) | Winding-type stacked body for condenser with high capacitance and stacked winding-type condenser using same | |
| AU2021103000A4 (en) | A process for fabricating a multi-layered ceramic capacitor | |
| WO2023223852A1 (ja) | 誘電体、キャパシタ、電気回路、回路基板、機器、及び蓄電デバイス |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |