CN116325049A - 成膜装置、电解电容器用电极箔的制造方法以及电解电容器的制造方法 - Google Patents

Abstract

公开的成膜装置是通过气相法来在主面具有多孔质部(202)的金属箔(200)形成皮膜的成膜装置(100)，所述成膜装置(100)具备：在金属箔(200)形成皮膜的成膜区域(102)；输送体(114～116)，设置于成膜区域(102)的下游，从成膜区域(102)引出金属箔(200)；和控制部(120)，将从输送体(114～116)对金属箔(200)施加的应力控制为21N/mm²以下。由此，能够提供难以在成膜对象的金属箔产生缺陷的成膜装置。

Description

成膜装置、电解电容器用电极箔的制造方法以及电解电容器 的制造方法

技术领域

本公开涉及成膜装置、电解电容器用电极箔的制造方法以及电解电容器的制造方法。

背景技术

以往，作为电解电容器用电极箔的制造方法，已知在化成液中对金属箔实施阳极氧化的方法。例如，专利文献1提出了一种电解电容器用电极箔的制造方法，在对铝蚀刻箔实施了阳极氧化的电解电容器用电极箔的制造方法中，对在该蚀刻箔实施了阳极氧化以及干燥的电极箔进行再次的阳极氧化时，将该电极箔浸渍于酸性溶液后，进行再次的阳极氧化。

另一方面，已知使用原子层沉积法(ALD)在基材形成皮膜的成膜装置(例如，专利文献2)。专利文献2的成膜装置具备：第1辊，送出皮膜形成前的基材；第2辊，卷绕皮膜形成后的基材；和支承构造体，对从第1辊向第2辊输送的基材进行支承。专利文献1的成膜装置还具备介于基材与支承构造体之间的网状物，由此可阻止基材与支承构造体的直接接触。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2007-184301号公报

专利文献2：美国专利第10214813号说明书

发明内容

-发明要解决的问题-

在通过气相法在主面具有多孔质部的金属箔形成皮膜的成膜装置中，容易在金属箔产生裂缝、空隙等的缺陷。特别地，在从皮膜形成的后半到金属箔的卷绕之间，容易在该金属箔产生裂缝、空隙等的缺陷。在现有的化成液中对金属箔实施阳极氧化的方法中，如专利文献1那样，能够修复空隙、裂缝等的缺陷。另一方面，在通过气相法在金属箔形成皮膜的情况下，难以修复这样的缺陷。在这样的状况中，本公开的目的之一在于，提供一种难以在成膜对象的金属箔产生缺陷的成膜装置。

-解决问题的手段-

本公开的一方面涉及通过气相法在主面具有多孔质部的金属箔形成皮膜。该成膜装置具备：成膜区域，在所述金属箔形成所述皮膜；输送体，设置于所述成膜区域的下游，从所述成膜区域引出所述金属箔；和控制部，将从所述输送体向所述金属箔施加的应力控制为21N/mm²以下。

-发明效果-

根据本公开，可得到在成膜对象的金属箔难以产生缺陷的成膜装置。

在附加的权利要求书中记载了本发明的新的特征，但是本发明关于结构以及内容这两方面，通过对照附图的以下的详细说明，能够与本申请的其他目的以及特征一并进一步容易理解。

附图说明

图1是示意性地表示实施方式1的成膜装置的主视图。

图2是示意性地表示第4辊和金属箔的主视图。

图3是示意性地表示实施方式2的成膜装置的主视图。

具体实施方式

以下，举例说明本公开所涉及的成膜装置的实施方式。但是，本公开并不限定于以下说明的例子。在以下的说明中，可能示例具体的数值、材料，但只要获得本公开的效果，也可以应用其他数值、材料。

(成膜装置)

本公开所涉及的成膜装置具备：成膜区域、输送体和控制部。以下，对这些进行说明。

(成膜区域)

在成膜区域中，在主面上具有多孔质部的金属箔通过气相法而形成皮膜。多孔质部可以仅设置于一个主面，也可以设置于两个主面。皮膜例如在主面具有多孔质部的金属箔在成膜区域通过卷对卷方式连续输送的期间形成。成膜区域可以包含：供给第1气体的第1供给区、吹扫第1气体的第1排气区、供给第2气体的第2供给区、吹扫第2气体的第2排气区。但是，成膜区域的结构并不局限于此。

金属箔也可以包含第1金属。第1金属的种类并不被特别限定。第1金属从皮膜的形成容易这方面来看，也可以是铝、钽、铌等阀作用金属或者包含阀作用金属的合金。金属箔的厚度并不被特别限定，例如可以是10μm以上且300μm以下，特别地也可以是15μm以上且250μm以下。金属箔的纯度并不被特别限定，例如也可以是99％以上且99.99％以下。

第1气体可以包含第2金属。第1气体可以以气体的状态包含含有第2金属的前体(前驱体)。第2金属的种类并不被特别限定。作为第2金属，例如举例铝、钽、铌、硅、钛、锆、铪等。这些可以单独使用，或者也可以将两种以上组合使用。第1气体优选将氮、氩等的惰性气体作为载气而包含。

第2气体可以包含惰性气体以及氧化剂。惰性气体例如可以是氮或者氩。氧化剂例如可以是水、氧、臭氧、过氧化氢或者二氧化碳。作为第2气体，可以使用等离子体气体。作为等离子体，可以将氧、氮、臭氧、二氧化碳或者这些气体两种以上组合使用。

(输送体)

输送体被设置于成膜区域的下游，从成膜区域引出金属箔。输送体例如可以是具备电机的输送辊。这样的输送辊可以是对成膜后的金属箔进行卷绕的卷绕辊，也可以是位于比卷绕辊更靠上游侧的位置的卷绕辊以外的辊。其中，输送体的结构并不局限于这些。

(控制部)

控制部将从输送体向金属箔施加的应力控制为21N/mm²以下。控制部可以控制多个输送体，也可以仅控制施加最大应力的输送体。施加于金属箔的应力根据控制部的控制方式，可能在与卷绕辊的接触部分或者其附近为最大，也可能在其以外的场所为最大。通过将施加于金属箔的最大的应力控制为21N/mm²以下，在成膜对象的金属箔难以产生缺陷。控制部例如也可以通过控制输送体的动力，来控制从输送体向金属箔施加的应力。或者，控制部也可以通过控制输送体的位置，来控制从输送体向金属箔施加的应力。另外，基于控制部的控制的方式并不局限于这些。

在此，在成膜中，将第1气体、第2气体等的成膜材料向金属箔喷吹来成膜，因此若施加于金属箔的应力(或者张力)过低，则可能在成膜中金属箔晃动或弯曲，金属箔的位置变得不稳定。在将第1气体与载气一起向金属箔喷吹的情况下，金属箔的位置控制进一步变得重要。成膜材料与金属箔的位置关系的控制也可能对皮膜的膜质有影响，因此优选将刚刚成膜之后或者成膜区域附近的输送体的应力在21N/mm²以下的范围内提高，来抑制成膜所导致的金属箔的晃动。

另外，本说明书中所谓“应力”，是指将从输送体向金属箔施加的张力(单位：N)除以金属箔的横截面积(单位：mm²)而得到的值。即，在本说明书中提到“应力”时，其不是金属箔的任意的横截面处的局部最大应力值，而是该横截面处的整体平均应力值。并且，前段落中提到的“最大的应力”，是指金属箔的长度方向上平均应力值变化的情况下的最大的平均应力值。

如以上那样，根据本公开，获得在成膜对象的金属箔、皮膜难以产生缺陷的成膜装置。特别地，根据本公开，能够有效地抑制从皮膜形成的后半到金属箔的卷绕为止的期间在该金属箔产生缺陷。

进一步地，为了提高电极箔的静电容量，若增大多孔质部的表面积，或者增厚多孔质部，则在生成皮膜时，助长裂缝、空隙的发生，难以机械性稳定地输送成膜时的电极箔。与此相对地，根据本公开，除了在成膜对象的金属箔难以产生缺陷，还能够使金属箔稳定地行进，能够提供高性能且稳定的品质的电极箔。

此外，在形成皮膜之后的电极箔，在皮膜难以产生裂缝、空隙，能够提供高性能且稳定的品质的电极箔。

多孔质部的厚度可以是5μm以上，也可以是20μm以上。前者适合于将金属箔用作为阴极箔的情况，另一方面，后者适合于将金属箔用作为阳极箔的情况。即使在这样金属箔具有较厚的多孔质部的情况下，通过本公开的成膜装置，也能够在该金属箔难以产生缺陷。

金属箔可以在多孔质部具有连续的芯部，芯部的厚度可以为10μμm以上。即使在这样金属箔具有较厚的芯部的情况下，通过本公开的成膜装置，也能够在该金属箔难以产生缺陷。

皮膜也可以包含电介质。皮膜作为电介质，例如可以单独包含Al₂O₃、Ta₂O₅、Nb₂O₅、SiO₂、ZrO₂、HfO₂，或者可以包含两种以上组合。其中，电介质的种类并不局限于这些。

皮膜的厚度也可以为2nm以上。进一步地，皮膜的厚度也可以是7nm以上。后者特别适合于将电极箔用作为阳极箔的情况。

所述输送体优选为圆柱状或者圆筒状的辊。在本公开中，例如，使圆柱状或者圆筒状的辊的一部分的直径变化的鼓状的辊、对圆柱状或者圆筒状的辊加入纵槽、横槽的辊、对圆柱状或者圆筒状的辊在倾斜方向加入槽的螺旋状的辊也解释为圆柱状或者圆筒状的辊。此外，圆柱状或者圆筒状的辊与金属箔不接触的空气转向辊也解释为圆柱状或者圆筒状的辊。所述辊的直径优选为30mm以上。根据成膜的皮膜的厚度，辊的直径可以为50mm以上。例如，在成膜的皮膜的厚度为7nm以上的情况下，优选辊的直径为50mm以上。根据设置的场所，辊的直径可以为70mm以上。例如，卷绕辊等的在成膜区域的下游设置的辊的直径优选为70mm以上。

气相法也可以是原子层沉积法。另外，气相法也可以是物理蒸镀法、化学蒸镀法等其他任意的气相法。

(电解电容器用电极箔的制造方法)

本公开所涉及的电解电容器用电极箔的制造方法具备：准备在主面具有多孔质部的金属箔的工序、使用上述的成膜装置来在所述金属箔形成皮膜的工序。由此，能够得到皮膜的缺陷较少的电解电容器用电极箔。

(电解电容器的制造方法)

本公开所涉及的电解电容器用电极箔的制造方法具备：准备在主面具有多孔质部的金属箔的工序、使用上述的成膜装置来在所述金属膜形成皮膜从而得到电极箔的工序、和形成覆盖所述皮膜的至少一部分的固体电解质层的工序。由此，能够得到具备皮膜的缺陷较少的电极箔的电解电容器。

以下，参照附图来具体说明本公开所涉及的成膜装置的一个例子。对以下说明的一个例子的成膜装置的结构要素，能够应用上述的结构要素。以下说明的一个例子的成膜装置的结构要素能够基于上述的记载而变更。此外，也可以将以下说明的事项应用于上述的实施方式。以下说明的一个例子的成膜装置的结构要素之中，也可以省略本公开所涉及的成膜装置并非必须的结构要素。另外，以下所示的附图是示意性的，并不准确地反映实际的构件的形状、数量。

《实施方式1》

对实施方式1的成膜装置100和使用其的电解电容器的制造方法进行说明。

(成膜装置)

如图1所示，成膜装置100是卷对卷(roll to roll)方式的成膜装置。成膜装置100具备：腔室101、第1辊111～第6辊116、控制部120。

在腔室101的内部，形成成膜区域102。成膜区域102具有第1供给区SZl、第1排气区EZl、第2供给区SZ2、第2排气区EZ2。各区被依次配置，以使得将腔室101在与输送方向相交的方向分离。另外，供给区以及排气区的数量、配置能够任意设计。

第1供给区SZl经由第1供给口103来供给第1气体G1。第1排气区EZ1经由第3供给口105来供给惰性气体G3(例如，氮气)，并且经由第1排气口106来排出第1气体G1。第2供给区SZ2经由第2供给口104来供给第2气体G2。第2排气区EZ2经由第3供给口105来供给惰性气体G3，并且经由第2排气口107来排出第2气体G2。

第1辊111是对成膜对象的金属箔200进行供给的供给辊。第1辊111被配置于腔室101外。从第1辊111供给的成膜前的金属箔200经由配置于腔室101内的第2辊112以及第3辊113，向成膜区域102输送。

在成膜区域102，通过原子层沉积法，在主面201具有多孔质部202的金属箔200(参照图2)形成皮膜。在此，金属箔200也可以具有与多孔质部202连续的芯部203。多孔质部202例如通过蚀刻来形成于金属箔200的主面201。芯部203例如是未被蚀刻的区域。多孔质部202的厚度T1优选为5μm以上，进一步优选为20μm以上。芯部203的厚度T2优选为10μm以上，在对卷绕型的电容器使用金属箔200的情况下进一步优选为15μm以上。

具体地，在第1供给区SZ1中，通过金属箔200的两个主面201与第1气体G1接触，在这两个主面201附着包含第2金属的分子。然后，在第1排气区EZ1，第1气体G1被排气。

接着，在第2供给区SZ2，通过金属箔200的两个主面201与第2气体G2接触，生成附着于这两个主面201的第2金属的氧化物。其结果，在金属箔200的两个主面201形成包含第2金属的氧化物的皮膜(电介质层)。皮膜的厚度优选为2nm以上。然后，在第2排气区EZ2，第2气体G2被排气。

成膜后的金属箔200通过设置于成膜区域102的下游的第4辊114～第6辊116而被从成膜区域102引出。成膜后的金属箔200经由配置于腔室101内的第4辊114和配置于腔室101外的第5辊115，卷绕于配置在腔室101外的第6辊116。第6辊116是对成膜后的金属箔200进行卷绕的卷绕辊。第4辊114～第6辊116分别是输送体的一个例子。

第1辊111～第6辊116的形状并不被特别限定，例如可以是鼓状、螺旋状。第1辊111～第6辊116的材质可以是树脂或者橡胶。第1辊111～第6辊116的种类可以相互相同，也可以不同。

控制部120将从第4辊114～第6辊116向金属箔200施加的应力控制为21N/mm²以下。本实施方式的控制部120通过对第6辊116具备的电机(未图示)的驱动转矩进行控制，来控制该应力。控制部120包含运算装置以及对能够由运算装置执行的程序进行保存的存储装置。

控制部120优选将从第4辊114～第6辊116向金属箔200施加的应力控制为12N/mm²以下，进一步优选将该应力控制为7N/mm²以下。

第1辊111～第6辊116的直径优选为30mm以上。例如，在多孔质部202的厚度是20μm以上的情况下，各辊111～116的直径优选为50mm以上。此外，例如，在皮膜的厚度为7nm以上的情况下，各辊111～116的直径优选为50mm以上。各辊111～116的直径优选随着朝向卷绕侧(下游侧)而变大。例如，作为卷绕辊的第6辊116的直径优选为70mm以上。这是由于若多孔质部202的厚度为20μm以上，则在多孔质部202成膜的皮膜的量较多，若辊径过小，则容易产生裂缝、空隙等的缺陷。

(电解电容器的制造方法)

本实施方式的电解电容器的制造方法(第1电解电容器的制造方法)具备准备工序、皮膜形成工序、电解质层形成工序、电容器元件形成工序、密封工序。

在准备工序中，准备在主面201具有多孔质部202的金属箔200。

在皮膜形成工序中，使用本实施方式的成膜装置100，在金属箔200形成皮膜(电介质层)。由此，可得到电解电容器用的电极箔(阳极箔)。

在电解质层形成工序中，形成覆盖阳极箔的皮膜的至少一部分的固体电解质层。在此，固体电解质层包含导电性高分子，根据需要，也可以包含掺杂剂以及添加剂。

在电容器元件形成工序中，形成覆盖固体电解质层的至少一部分的阴极层(碳层、银糊膏层等)从而得到电容器元件。

在密封工序中，例如通过环氧树脂等的密封构件来密封电容器元件，以使得与电容器元件电连接的阳极端子以及阴极端子的各自的一部分露出。

如上述那样经过公知的多个工序，能够制造电解电容器(固体电解电容器)。

由于在本公开的阳极箔的电介质层，裂缝等的缺陷较少，因此即使在电介质层上形成固体电解质层的情况下，也能够抑制电解电容器的漏电流的增加。此外，即使在由于形成密封构件时产生的物理负荷，在电介质层也产生负荷的情况下，也能够抑制漏电流的增加。

另一电解电容器的制造方法(第2电解电容器的制造方法)具备准备工序、皮膜形成工序、电容器元件形成工序、电解质形成工序、密封工序。

准备工序以及皮膜形成工序与上述第1电解电容器的制造方法相同。

在电容器元件形成工序中，在将电极箔(阳极箔)、隔离件、阴极箔层叠后，通过将其卷绕来形成电容器元件。

在电解质层形成工序中，使电解质浸入电容器元件。作为电解质，能够使用电解液、固体电解质。

在密封工序中，将电容器元件容纳于金属等的壳体，在阳极端子以及阴极端子被引出的状态下由橡胶等的封口体密封。

通过以上的各工序，能够制造第2电解电容器。

即使在这样的情况下，由于在本公开的阳极箔的电介质层，裂缝等的缺陷较少，因此即使在电解质浸入电容器元件，电介质层与电解质(特别是固体电解质)接触的情况下，也能够抑制电解电容器的漏电流的增加。此外，由于在本实施方式的阳极箔的电介质层，缺陷较少，因此能够在通过卷绕电容器元件而形成时，在电介质层进一步难以产生较深的裂缝，能够抑制漏电流的增加。

进一步地，又一电解电容器的制造方法(第3电解电容器的制造方法)具备：准备工序、皮膜形成工序、电容器元件形成工序、电解质形成工序、密封工序。

皮膜形成工序以及电容器元件形成工序以外与上述第2电解电容器的制造方法同样。

在皮膜形成工序中，使用本实施方式的成膜装置100，在金属箔200形成皮膜(电介质层或者导电层)。由此，可得到电解电容器用的电极箔(阴极箔)。

在电容器元件形成工序中，将阳极箔、隔离件、电极箔(阴极箔)层叠后，通过对其进行卷绕来形成电容器元件。

通过以上的各工序，能够制造第3电解电容器。

即使在这种情况下，本公开的阴极箔在电介质层或者导电层，裂缝等的缺陷也较少，因此能够对电介质层或者导电层从金属箔剥离、等效串联电阻增大进行抑制。该效果在电介质层或者电极层上形成有导电性高分子等的固体电解质的情况下能够进一步提高。

在阴极形成皮膜的情况下，优选形成较薄且均匀的皮膜。在将阴极作为对象而使用本公开的技术的情况下，能够相比于通过液相的阳极氧化方法来成膜的情况，更加均匀地成膜较薄的皮膜，并且缺陷较少，因此静电容量更加高，能够制造漏电流较少的电容器。

除了上述电解电容器，本公开的电极箔能够用于将阳极箔与阴极箔层叠的构造的电解电容器等各种电解电容器的电极箔。

《实施方式2》

对实施方式2的成膜装置100进行说明。本实施方式的成膜装置100的控制部120的控制对象与上述实施方式1不同。以下，主要说明与上述实施方式1不同的方面。

如图3所示，控制部120将分别从第3辊113、第4辊114以及第6辊116向金属箔200施加的应力控制为21N/mm²以下。本实施方式的控制部120通过对第3辊113、第4辊114以及第6辊116分别具备的电机(未图示)的驱动转矩进行控制，来控制该应力。

在此，控制部120优选对各辊113、114、116进行控制，以使得按照第4辊114、第3辊113以及第6辊116的顺序从它们向金属箔200施加的应力变大。该情况下，从第4辊114向金属箔200施加的应力为最大应力，将其控制为21N/mm²以下。由此，能够抑制在成膜区域102金属箔200松弛，并且能够将施加于金属箔200的应力抑制为必要最低限度。

在本实施方式中，在成膜区域102内，由于经由第1供给口103、第2供给口104、第3供给口105、第1排气口106以及第2排气口107，向金属箔200喷吹第1气体、第2气体，或者由于这些气体的流动，金属箔200可能晃动，因此为了抑制该晃动，也可以在第3辊113与第4辊114之间适当追加未图示的辊。

特别地，具有多孔质部202的金属箔200在通过成膜区域102并且成膜结束的情况下，相比于平坦的基材，在多孔质部202致密地生成非常多的皮膜。在将该金属箔200用于电解电容器的情况下，优选尽量减小向生成结束的皮膜施加的应力，极力使裂缝、空隙不发生。例如，考虑将从第4辊114向金属箔200施加的应力控制为21N/mm²以下以使得成膜时金属箔200不晃动，并且为了对生成的皮膜尽量不施加应力地进行卷绕，将成膜结束后的从第6辊116向金属箔200施加的应力控制为12N/mm²以下。

针对本发明，关于当前时间点的优选的实施方式进行了说明，但并不限定性地解释这样的公开。通过阅读上述公开，属于本发明的技术领域中的本领域技术人员可无误地进行各种变形以及改变。因此，附加的权利要求应在不脱离本发明的真正的精神以及范围的情况下解释为包含全部变形以及改变。

产业上的可利用性

本公开能够利用于成膜装置、电解电容器用电极箔的制造方法以及电解电容器的制造方法。

-符号说明-

100：成膜装置

101：腔室

102：成膜区域

SZ1：第1供给区

SZ2：第2供给区

EZ1：第1排气区

EZ2：2排气区

103：第1供给口

104：第2供给口

105：第3供给口

106：第1排气口

107：第2排气口

111：第1辊

112：第2辊

113：第3辊

114：第4辊(输送体)

115：第5辊(输送体)

116：第6辊(输送体)

120：控制部

200：金属箔

201：主面

202：多孔质部

203：芯部

G1：第1气体

G2：第2气体

G3：惰性气体

T1：多孔质部的厚度

T2：芯部的厚度。

Claims (9)

1.一种成膜装置，通过气相法，在主面具有多孔质部的金属箔形成皮膜，所述成膜装置具备：

成膜区域，在所述金属箔形成所述皮膜；

输送体，被设置于所述成膜区域的下游，从所述成膜区域引出所述金属箔；和

控制部，将从所述输送体对所述金属箔施加的应力控制为21N/mm²以下。

2.根据权利要求1所述的成膜装置，其中，

所述多孔质部的厚度为5μm以上。

3.根据权利要求1或者2所述的成膜装置，其中，

所述金属箔具有与所述多孔质部连续的芯部，

所述芯部的厚度为10μm以上。

4.根据权利要求1～3的任一项所述的成膜装置，其中，

所述皮膜包含电介质。

5.根据权利要求1～4的任一项所述的成膜装置，其中，

所述皮膜的厚度为2nm以上。

6.根据权利要求1～5的任一项所述的成膜装置，其中，

所述输送体是圆柱状或者圆筒状的辊，

所述辊的直径为30mm以上。

7.根据权利要求1～6的任一项所述的成膜装置，其中，

所述气相法是原子层沉积法。

8.一种电解电容器用电极箔的制造方法，具备：

准备在主面具有多孔质部的金属箔的工序；和

使用权利要求1～7的任一项所述的成膜装置在所述金属箔形成皮膜的工序。

9.一种电解电容器的制造方法，具备：

准备在主面具有多孔质部的金属箔的工序；

使用权利要求1～7的任一项所述的成膜装置在所述金属箔形成皮膜，得到电极箔的工序；和

形成覆盖所述皮膜的至少一部分的固体电解质层的工序。

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