CN117457397A - 全密封金属外壳封装导电聚合物钽电容器及其制造方法 - Google Patents

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CN117457397A CN202311531180.1A CN202311531180A CN117457397A CN 117457397 A CN117457397 A CN 117457397A CN 202311531180 A CN202311531180 A CN 202311531180A CN 117457397 A CN117457397 A CN 117457397A
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荣润策
商修
刘佳
季翔宇
李志桐
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Beijing 718 Youyi Electronics Co ltd
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Abstract

本发明公开了一种全密封金属壳封装的导电聚合物钽电容器及其制造方法，属电容器制造领域，主要包括阳极钽坯的压制和煅烧形成多孔阳极体；进行赋能在阳极体表面形成电介质层，利用真空浸渍槽在阳极钽坯表面进行导电聚合物分散体被覆、固化形成阴极层；在形成的导电聚合物层表面先后被覆石墨层和导电银浆层，形成钽芯半成品，再进行装配形成金属外壳封装的钽电容成品，并对成品进行老练、温度冲击和老化等筛选步骤。本发明方法制造的全密封金属封装的导电聚合物钽电容器具有：高频性能优良、耐大纹波及浪涌电流冲击、高耐压值，容量大、超低ESR、漏电流小、安全性高，不燃烧、不爆炸、经济环保无副产物废料生成等优点。

Description

全密封金属外壳封装导电聚合物钽电容器及其制造方法
技术领域
本发明涉及钽电容器制造领域，特别涉及一种全密封金属外壳封装导电聚合物钽电容器及其制造方法。
背景技术
随着电子技术的不断发展，加快了电子元器件领域中钽电解电容器产业的发展和技术突破，扩大了钽电容在航天、船舶和兵器等领域的应用市场，同时也对钽电容发的展提出了小型化、高性能、高可靠、高耐压和大容量等一系列要求。
钽电解电容器的阴极材料是影响产品电容量、损耗角正切值、等效串联电阻和阻抗温度频率特性的关键因素，同时，电容器的漏电流、纹波特性、使用寿命和可靠性与阴极材料本身有紧密的相关性。传统固体电解质钽电容器的阴极材料主要是二氧化锰，其相对较低的电导率(0.1S/cm)限制的了电容器的高频特性，此外二氧化锰高温分解的制备工艺会对Ta2O5介质层造成一定程度的破坏，限制了工作电压的提高和漏电流稳定性，同时二氧化锰做阴极的固体电解质钽电容器等效串联电阻(ESR)值较高。
近年来在片式钽电容器领域，以高分子导电聚合物材料(PEDOT)作为阴极材料展现出更广阔的发展和应用前景。对于高分子导电聚合物来说，能够在室温的情况下进行被覆，无需热分解工艺，因而有效降低了对氧化膜造成的破坏程度。得益于导电聚合物的电导率(1～1000S/cm)远高于二氧化锰电导率(0.1S/cm)，所以导电聚合物钽电解电容器具有相对更低的ESR值和阻抗，在高频区域能表现出较高的电容量和较小的损耗角正切值，在高频区域产品噪声减少，使纹波电流的容许量得到提升。
但是目前市面上以高分子导电聚合物材料(PEDOT)作为阴极的钽电解电容大多为片式钽电容器，较小的尺寸限制了其设计电压及容量，同时环氧树脂材料封装限制了其存储寿命和使用环境，放置于温湿度较高的环境中会导致焊接开裂，同时会加速有机电解质材料的老化，直接影响电容的使用和可靠性。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的目的是提供一种全密封金属外壳封装导电聚合物钽电容器及其制备方法，具有耐压高、ESR低、容量大等优势，同时金属外壳封装可以应对各种苛刻的使用环境，有效提升了电容器电性能，避免了外界水汽进入导致有机材料快速老化的情况，很好解决了传统二氧化锰电解质钽电容器性能有限，以及高分子片式钽电容耐压和容量范围过小的问题。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种全密封金属壳封装的导电聚合物钽电容器的制造方法，包括：
步骤一，将钽粉与钽丝在压制模具模腔内，通过成型机对钽粉施加压力制成阳极钽芯坯体，将所述阳极钽芯坯体放入真空烧结炉煅烧制成内部微观多孔的阳极钽芯体；
步骤二，采用赋能液，用额定电压的2.3～5.5倍赋能电压，3～100mA/g的升压电流密度进行赋能，在热处理氛围条件下以380℃～450℃对所述阳极钽芯体进行热处理，在所述阳极钽芯体表面形成Ta2O5介质层；
步骤三，将赋能后表面形成Ta2O5介质层的所述阳极钽芯体浸入A处理液中浸渍5～20min，然后在50～150℃的空气氛围下干燥成型；
步骤四，将步骤三中处理后的所述阳极钽芯体在真空条件下浸渍于第一聚3，4乙烯基二氧噻吩分散体浸渍液中7～20min，并在80℃～150℃的真空环境下进行烘干，本步骤四的上述处理重复5～15次，在所述阳极钽芯体的表面形成多个子层构成的阴极内层；
步骤五，将步骤四得到带阴极内层的所述阳极钽芯体在真空条件下浸渍于第二聚3，4乙烯基二氧噻吩分散体浸渍液中5～18min，并在80℃～150℃的真空环境下进行烘干，本步骤五的上述处理重复进行3～9次，在所述阳极钽芯体的阴极内层表面形成多个子层构成的阴极过渡层；
步骤六，将步骤五得到的带阴极过渡层的所述阳极钽芯体在真空条件下浸渍于第三聚3，4乙烯基二氧噻吩分散体浸渍液中3～15min，并在80℃～150℃的真空环境下进行烘干，烘干后将所述阳极钽芯体在常温常压条件下浸渍于交联剂B中3～15min，并在80℃～150℃下进行烘干处理，本步骤六的上述处理重复进行8～16次，在所述阳极钽芯体的阴极过渡层表面形成多个子层构成的阴极外层；
所述阴极内层、阴极过渡层和阴极外层共同构成导电聚合物阴极层；
步骤七，将步骤三至步骤六得到的带有导电聚合物阴极层的阳极钽芯外浸渍石墨和银浆形成石墨层与导电银浆层，然后在上端面涂覆绝缘涂层固化后，将钽丝与正极引线进行搭焊制成半成品钽芯；
步骤八，对步骤七中制成的半成品钽芯通过锡焊的方式置于金属外壳内，采用玻璃粉绝缘子对金属外壳上部进行锡焊封口，在金属外壳底部中心或在金属外壳顶部锡焊处引出负极引线制成导电聚合物钽电容器成品。
优选的，上述方法的步骤八后还包括：
步骤九，对步骤八中制成的导电聚合物钽电容器成品进行老练、温度冲击、老化筛选，剔除不合格产品。
优选的，上述方法的步骤一中，所述钽粉采用粒径大小范围为5～10μm的钽金属粉末。
优选的，上述方法的步骤二中，所述赋能液采用磷酸、硝酸、磷酸二氢铵、柠檬酸、乙二醇水溶液中的任一种；
所述步骤二中，热处理氛围为氮气氛围、空气氛围、真空氛围中的任一种。
优选的，上述方法的步骤三中，所述A处理液为：采用由多羟基官能团单体、多羟基官能团聚合物、有机官能化硅烷或其水解产物中任一种或多种与溶剂A混合形成的处理液。
优选的，上述方法的步骤四中，所述第一聚3，4乙烯基二氧噻吩分散体浸渍液是由粒径范围为20～30nm的聚3，4乙烯基二氧噻吩分散体制成的固含量为0.5％～2.5％的浸渍液；
所述步骤五中，所述第二聚3，4乙烯基二氧噻吩分散体浸渍液是由粒径范围为30～50nm的聚3，4乙烯基二氧噻吩分散体制成的固含量为1％～5％的浸渍液；
所述步骤六中，所述第三聚3，4乙烯基二氧噻吩分散体浸渍液是由粒径范围为50～100nm的聚3，4乙烯基二氧噻吩分散体制成的固含量为2％～10％的浸渍液；
所述步骤六中，所述交联剂B采用由多阳离子盐、化合物、胺类化合物中的任一种与溶剂B混合形成的混合液。
优选的，上述方法的步骤七中，所述石墨采用粒径范围为50～100nm的石墨制成的固含量为0.05％～5％的石墨浸渍液。
优选的，上述方法的步骤四中，在每次重复浸渍第一聚3，4乙烯基二氧噻吩分散体浸渍液前，需测定第一聚3，4乙烯基二氧噻吩分散体浸渍液的固含量，若固含量不满足要求时要重新调配并搅拌15～30min至固含量符合要求后，再开始浸渍处理；
所述步骤五中，在每次重复浸渍第二聚3，4乙烯基二氧噻吩分散体浸渍液前，需测定第二聚3，4乙烯基二氧噻吩分散体浸渍液的固含量，若固含量不满足要求时要重新调配并搅拌15～30min至固含量符合要求后，再开始浸渍处理；
所述步骤六中，在每次重复浸渍第三聚3，4乙烯基二氧噻吩分散体浸渍液前，需测定第三聚3，4乙烯基二氧噻吩分散体浸渍液的固含量，若固含量不满足要求时要重新调配并搅拌15～30min至固含量符合要求后，再开始浸渍处理。
优选的，上述方法的步骤七中，所述绝缘涂层采用由聚酯树脂、聚酯酰亚胺树脂、环氧树脂、聚氨酯树脂、丙烯酸树脂、填料和有机溶剂形成的混合涂料。
一种全密封金属壳封装的导电聚合物钽电容器，采用本发明所述的方法制造而成，包括：
阳极钽芯体、Ta2O5介质层、多层导电聚合物阴极层、石墨层、导电银浆层、缓冲绝缘层、金属外壳、正极引线和负极引线；其中，
所述阳极钽芯体外表面从里至外依次包覆设置所述Ta2O5介质层、多层导电聚合物阴极层、石墨层和导电银浆层；
所述阳极钽芯体上端的导电银浆层外
所述多层导电聚合物阴极层由从内至外依次包覆的阴极内层、阴极过渡层和阴极外层构成，所述阴极内层、阴极过渡层和阴极外层均由多个子层构成，每个子层均是由聚3，4乙烯基二氧噻吩分散体浸渍液浸渍后在真空环境下进行烘干形成的子层；
所述正极引线与阳极钽块电性连接，引出所述正极引线的所述阳极钽芯体上端涂覆所述缓冲绝缘层和玻璃粉绝缘子层
所述负极引线与所述多层导电聚合物阴极层电性连接形成钽芯组；
所述钽芯组封装在所述金属外壳内。
与现有技术相比，本发明所提供的全密封金属外壳封装导电聚合物钽电容器及其制备方法，其有益效果包括：
(1)本发明的导电聚合物钽电容器阴极被覆工艺采用真空浸渍设备分级浸渍，优先浸渍分子量更小、固含量更低的聚合物分散液，并且真空状态下破除了浸渍液分子间的张力，分散粒子更容易进入微孔内部，容量引出率高，膜层一致性且耐压性能优异。
(2)本发明的高分子导电聚合物阴极层整个被覆工艺简单，温度低，避免介质层受到二次损伤，从而保证漏电流处于较低水平，并且环保经济，无副产物废料产生。
(3)本发明的高分子导电聚合物形成的电解质电导率高于二氧化锰10-103倍，本发明制造的钽电容器具有更优的高频性能，能够在高频区域保留偏高的电容量和较低的损耗角正切值，使高频状态下的噪声显著降低，提高纹波电流容许量。
(4)本发明制造的导电聚合物钽电容器的阴极形成后，芯体上端涂覆有绝缘漆缓冲涂层，对导电聚合物阴极层进行加固保护，耐高频振动性能提高，有效防止阴极脱层，同时降低装配过程内部绝缘套管对芯体的损伤。
(5)相比于环氧树脂模压封装的片式高分子钽电容器，本发明采用金属外壳全密封封装，完全阻断了内部芯子与外部环境的接触路径，有效避免了水汽、杂质、氧等迁移进入内部对产品性能和使用造成不利影响。
(6)本发明的导电聚合物钽电容器，可以有效替代金属外壳封装的传统固体电解质钽电容器和非固体电解质钽电容器，表现出更低的等效串联电阻(ESR)和更优的高频特性，同时可以有效解决非固体电解质钽电容器在国内航空航天等领域的使用限制问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1是本发明的制备方法流程图。
图2是本发明方法制造的全密封金属外壳封装导电聚合物钽电容器的结构示意图；其中(a)为轴向引出的全密封金属外壳封装导电聚合物钽电容器的结构示意图；(b)为同向引出的全密封金属外壳封装导电聚合物钽电容器的结构示意图。
图中：1-阳极钽芯体；2-钽丝；3-Ta2O5介质层；4-多层导电聚合物阴极层；5-石墨层；6-导电银浆层；7-锡焊料；8-金属外壳；9-玻璃粉绝缘子层；10-正极引线；11-负极引线；12-缓冲绝缘层。
具体实施方式
下面进一步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实施例，而不是全部的实施例，要求保护的范围并不局限于所述。本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
首先对本文中可能使用的术语进行如下说明：
术语“和/或”是表示两者任一或两者同时均可实现，例如，X和/或Y表示既包括“X”或“Y”的情况也包括“X和Y”的三种情况。
术语“质量份”是表示多个组分之间的质量比例关系，例如：如果描述了X组分为x质量份、Y组分为y质量份，那么表示X组分与Y组分的质量比为x:y；1质量份可表示任意的质量，例如：1质量份可以表示为1kg也可表示3.1415926kg等。所有组分的质量份之和并不一定是100份，可以大于100份、小于100份或等于100份。除另有说明外，本文中所述的份、比例和百分比均按质量计。
当浓度、温度、压力、尺寸或者其它参数以数值范围形式表示时，该数值范围应被理解为具体公开了该数值范围内任何上限值、下限值、优选值的配对所形成的所有范围，而不论该范围是否被明确记载；例如，如果记载了数值范围“2～8”时，那么该数值范围应被解释为包括“2～7”、“2～6”、“5～7”、“3～4和6～7”、“3～5和7”、“2和5～7”等范围。除另有说明外，本文中记载的数值范围既包括其端值也包括在该数值范围内的所有整数和分数。
术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化描述，而不是明示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本文的限制。
下面对本发明所提供的全密封金属外壳封装导电聚合物钽电容器及其制备方法进行具体描述。本发明实施例中未作具体描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。本发明实施例中未注明具体条件者，按照本领域常规条件或制造商建议的条件进行。本发明实施例中所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
如图1所示，本发明实施例提供一种全密封金属外壳封装导电聚合物钽电容器的制造方法，能制造轴向引出或同向引出的全密封金属外壳封装导电聚合物钽电容器，包括以下步骤：
步骤一，选用粒径大小范围在5-10μm的钽金属粉末，将钽粉与钽丝放入压制模具模腔内，通过成型机对钽粉施加压力，使之成为带有一定机械强度的阳极钽芯坯体，然后放入真空烧结炉煅烧，使钽粉原子之间以及钽粉与钽丝之间牢固结合并使杂质蒸发、飞溅，形成微观多孔阳极体的同时去除内部杂质；
步骤二，选用磷酸、硝酸、磷酸二氢铵、柠檬酸或乙二醇水溶液作为赋能液，选用额定电压的2.3～5.5倍赋能电压，3～100mA/g的升压电流密度进行赋能，在380℃～450℃且氛围可控的热处理氛围条件下进行热处理，形成Ta2O5电介质层；
步骤三，将赋能后表面形成Ta2O5介质层的阳极钽芯体浸入A处理液中浸渍5～20min，然后在50～150℃的空气氛围下干燥成型；
步骤四：将步骤三中处理后的阳极钽芯体真空条件下浸渍于聚3，4乙烯基二氧噻吩分散体浸渍液(固含量0.5％～2.5％、粒径范围20～30nm)中7～20min，并在80℃～150℃的真空环境下进行烘干，该步骤重复5～15次；此步骤用于阴极层的内层的形成，每重复一次形成一个子层，多个子层构成的该内层结合力与机械强度更高；
步骤五，将步骤四中带阴极内层的钽芯体真空条件下浸渍于聚3，4乙烯基二氧噻吩分散体浸渍液(固含量1％～5％、粒径范围30～50nm)中5～18min，并在80℃～150℃的真空环境下进行烘干，该步骤重复3～9次；此步骤用于阴极层的过渡层的形成，每重复一次形成一个子层，多个子层构成的该内层结合力与机械强度更高；
步骤六，将步骤五中带阴极过渡层的钽芯体真空条件下浸渍于聚3，4乙烯基二氧噻吩分散体浸渍液(固含量2％～10％、粒径范围50～100nm)中3～15min，并在80℃～150℃的真空环境下进行烘干，烘干后将阳极钽块常温常压条件下浸渍于交联剂B中3～15min，并在80℃～150℃下进行烘干处理，该步骤重复8～16次。此步骤用于阴极层外层的形成，每重复一次形成一个子层，多个子层构成的该内层结合力与机械强度更高；
步骤七，将所述步骤三至步骤六得到的带有导电聚合物层的阳极钽芯外浸渍石墨(固含量0.05％～5％、粒径范围50～100nm)和银浆形成石墨导电银浆层，然后在上端面涂覆绝缘涂层固化后，将钽丝与正极引线进行搭焊制成半成品钽芯；
步骤八，对步骤七中的半成品钽芯通过锡焊的方式置于铜外壳内，采用玻璃粉绝缘子对铜壳上部进行锡焊封口，在铜外壳底部中心引出电容器的阴极引线可制成轴向引出的导电聚合物钽电容器成品，在铜外壳顶部锡焊处引出阴极引线可制成同向引出的导电聚合物钽电容器成品。
进一步的，还包括步骤九，对步骤八中的成品进行老练、温度冲击(温度为-65℃～125℃)、老化筛选，剔除不合格产品。
进一步，上述方法步骤二中的热处理氛围可选择氮气、空气或真空氛围。
进一步，上述方法步骤三中所述的引导层处理液A采用由多羟基官能团单体、多羟基官能团聚合物、有机官能化硅烷或其水解产物中任一种或多种与溶剂A混合形成的处理液。
优选的，所述溶剂A为水、醇类溶剂、醚类溶剂中的一种或多种，如：甲醇、乙醇、丙醇、乙二醇、甲醚、乙醚、甲基叔丁醚等。
进一步，上述方法步骤四中的交联剂B采用由多阳离子盐、化合物、胺类化合物中的任一种与溶剂B混合形成的混合液；优选的，所述溶剂B为水、醇类溶剂中一种或两种，如：甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇等。
进一步，上述方法步骤四至步骤六的浸渍过程时，每浸渍一种浸渍液之前都需要对对应步骤中的浸渍液进行固含量测定，不满足固含量条件时需进行调配，并进行15～30min搅拌，再满足固含量条件后，再开始下一次浸渍处理。
进一步，上述方法步骤七中的绝缘涂层采用由聚酯树脂、聚酯酰亚胺树脂、环氧树脂、聚氨酯树脂、丙烯酸树脂、填料与有机溶剂形成的混合涂料。其中，有机溶剂采用丙酮、甲苯、乙酸乙酯中的任一种。优选的，所述无机填料为滑石粉、白云石、硅灰石中的任一种或几种。
如图2所示，本发明实施例还提供一种全密封金属壳封装的导电聚合物钽电容器，采用上述的方法制造而成，包括：
阳极钽芯体、Ta2O5介质层、多层导电聚合物阴极层、石墨层、导电银浆层、缓冲绝缘层、金属外壳、正极引线和负极引线；其中，
所述阳极钽芯体外表面从里至外依次包覆设置所述Ta2O5介质层、多层导电聚合物阴极层、石墨层和导电银浆层；
所述阳极钽芯体上端的导电银浆层外
所述多层导电聚合物阴极层由从内至外依次包覆的阴极内层、阴极过渡层和阴极外层构成，所述阴极内层、阴极过渡层和阴极外层均由多个子层构成，每个子层均是由聚3，4乙烯基二氧噻吩分散体浸渍液浸渍后在真空环境下进行烘干形成的子层；
所述正极引线与阳极钽块电性连接，引出所述正极引线的所述阳极钽芯体上端涂覆所述缓冲绝缘层和玻璃粉绝缘子层
所述负极引线与所述多层导电聚合物阴极层电性连接形成钽芯组；
所述钽芯组封装在所述金属外壳内。
图2中的(a)为轴向引出的全密封金属外壳封装导电聚合物钽电容器的结构示意图；图2中的(b)为同向引出的全密封金属外壳封装导电聚合物钽电容器的结构示意图。
为了更加清晰地展现出本发明所提供的技术方案及所产生的技术效果，下面以具体实施例对本发明实施例所提供的全密封金属外壳封装导电聚合物钽电容器及其制造方法进行详细描述。
实施例1：
本实施例提供一种全密封金属外壳封装导电聚合物钽电容器的制造方法，具体是制做规格为50V-1000μF轴向引出全密封金属封装导电聚合物钽电容器，包括如下步骤：
步骤一：将5551mg钽粉与一定比例樟脑溶液均匀混合后，放入尺寸为Φ8mm*17mm的模具腔内，并在混合粉末的中心插入Φ0.6mm的钽丝进行压制，压制成型的阳极钽坯体放入烧结炉煅烧，使之形成具有微观多孔结构的阳极体；
步骤二：选用0.1％的磷酸和39％的乙二醇水溶液作为赋能液，选用150V的赋能电压，3-7mA/g的升压电流密度，65℃进行赋能，在热处理氛围条件下以400℃对所述阳极芯体进行热处理，形成电介质层；
步骤三至步骤六：将赋能后表面形成Ta2O5介质层的所述阳极钽芯体浸入A处理液中浸渍10min，然后在125℃的空气氛围下干燥成型；利用真空浸渍设备真空条件下(-85kpa±2kpa)浸渍聚3，4乙烯基二氧噻吩分散体浸渍液，浸渍顺序由第一聚3,4乙烯基二氧噻吩分散体浸渍液到第三聚3，4乙烯基二氧噻吩分散体浸渍液，所述第一、第二3,4乙烯基二氧噻吩分散体浸渍液浸渍6次，第三3，4乙烯基二氧噻吩分散体浸渍液和交联剂B浸渍9次，所述真空浸渍槽设备自动下降速度为0.52mm/s、提升速度为0.08mm/s，浸渍时间10min，由于浸渍于高分子材料溶液内各分子粒径分布不均会在产品表面形成张力，所以浸渍前控制真空负压值及浸渍参数，使各个分子在整个浸渍过程中突破产品表面形成的张力，从而浸渍到钽芯内部微小孔隙内，每次浸渍完成后均在80℃～150℃的真空程控箱内进行烘干。
步骤七：将带有导电聚合物层的阳极钽芯常温下浸渍石墨(固含量0.05％～5％、粒径范围50～100nm)和导电银浆层，并在上端涂覆绝缘缓冲涂料。其中石墨粘度为400～700mPa·s；银浆粘度为1500～3000mPa·s粘度，石墨层及导电银浆层浸渍完成后均需放置20min进行烘干，石墨层烘干温度为80℃～150℃，导电银浆层的烘干温度为80℃～125℃；均由室温升至目标温度后，烘干时间：30min～120min；
步骤八：将钽丝和电容器的正极引线进行搭焊，形成半成品，半成品钽芯通过锡焊的方式置于铜外壳内，采用玻璃粉绝缘子对铜壳上部进行锡焊封口，在铜外壳底部中心引出电容器的阴极引线，制成轴向引出的导电聚合物钽电容器成品；
步骤九：对步骤八中的成品进行老练、温度冲击、老化筛选，剔除不合格产品。
下表1为实施例1所制造的50V-1000μF的全密封金属外壳封装导电聚合物钽电容器的电性能参数对比：
电性能参数 本发明制作产品 市面同规格产品 片式高分子钽电容
C(μF) 994 919 该电压无此容量
Tg％ 3.6 30
ESR(mΩ) 17 80
I(μA) 58 375
实施例2：
本实施例提供一种全密封金属外壳封装导电聚合物钽电容器的制造方法，具体是制做规格为20V-1200μF轴向引出全密封金属封装导电聚合物钽电容器，包括如下步骤：
步骤一：将2294mg钽粉与一定比例樟脑溶液均匀混合后，放入尺寸为Φ6mm*14mm的模具腔内，并在混合粉末的中心插入Φ0.5mm的钽丝进行压制，将压制成型的阳极坯体放入烧结炉煅烧，使之形成具有微观多孔结构的阳极体；
步骤二：选用0.3％的硝酸水溶液作为赋能液，选用60V的赋能电压，20mA/g的升压电流密度，80℃进行赋能，在热处理氛围条件下以380℃对所述阳极芯体进行热处理，形成电介质层；
步骤三至步骤六：将赋能后表面形成Ta2O5介质层的所述阳极钽芯体浸入A处理液中浸渍10min，然后在125℃的空气氛围下干燥成型；利用真空浸渍设备真空条件下(-85kpa±2kpa)浸渍聚3,4乙烯基二氧噻吩分散体浸渍液，浸渍顺序由第一聚3，4乙烯基二氧噻吩分散体浸渍液到第三聚3,4乙烯基二氧噻吩分散体浸渍液，所述第一、第二3，4乙烯基二氧噻吩分散体浸渍液浸渍6次，第三3,4乙烯基二氧噻吩分散体浸渍液和交联剂B浸渍8次，所述真空浸渍槽设备自动下降速度为0.52mm/s、提升速度为0.08mm/s，浸渍时间10min，由于浸渍于高分子材料溶液内各分子粒径分布不均会在产品表面形成张力，所以浸渍前控制真空负压值及浸渍参数，使各个分子在整个浸渍过程中突破产品表面形成的张力，从而浸渍到钽芯内部微小孔隙内，每次浸渍完成后均在80℃～150℃的真空程控箱内进行烘干。
步骤七：将带有导电聚合物层的阳极钽芯常温下浸渍石墨(固含量0.05％～5％、粒径范围50～100nm)和导电银浆层，并在上端涂覆绝缘缓冲涂料。其中石墨粘度为400～700mPa·s；银浆粘度为1500～3000mPa·s粘度，石墨层及导电银浆层浸渍完成后均需放置20min进行烘干，石墨层烘干温度为80℃～150℃，导电银浆层的烘干温度为80℃～125℃；均由室温升至目标温度后，烘干时间：30min～120min；
步骤八：将钽丝和电容器的阳极引线进行搭焊，形成半成品，半成品钽芯通过锡焊的方式置于铜外壳内，采用玻璃粉绝缘子对铜壳上部进行锡焊封口，在铜外壳底部中心引出电容器的阴极引线，制成轴向引出的导电聚合物钽电容器成品；
步骤九：对步骤八中的成品进行老练、温度冲击、老化筛选，剔除不合格产品。
下表2为实施例2所制造的20V-1200μF的全密封金属外壳封装导电聚合物钽电容器的电性能参数对比：
实施例3：
本实施例提供一种全密封金属外壳封装导电聚合物钽电容器的制造方法，具体是制做规格为100V-470μF同向引出的全密封金属封装导电聚合物钽电容器，包括如下步骤：
步骤一：将17408mg钽粉与一定比例樟脑溶液均匀混合后，放入尺寸为Φ12mm*22mm的模具腔内，并在混合粉末的中心插入Φ0.6mm的钽丝进行压制，其中樟脑粉用作粘结剂，形成带有Φ0.6mm钽丝芯中压制成型的阳极坯体放入烧结炉煅烧，使之形成具有微观多孔结构的阳极体；
步骤二：选用0.1％的磷酸和44％的乙二醇水溶液作为赋能液，选用150V的赋能电压，3-7mA/g的升压电流密度，65℃进行赋能，在热处理氛围条件下以400℃对所述阳极芯体进行热处理，形成电介质层；
步骤三至步骤六：将赋能后表面形成Ta2O5介质层的所述阳极钽芯体浸入A处理液中浸渍10min，然后在125℃的空气氛围下干燥成型；利用真空浸渍设备真空条件下(-85kpa±2kpa)浸渍聚3，4乙烯基二氧噻吩分散体浸渍液，浸渍顺序由第一聚3,4乙烯基二氧噻吩分散体浸渍液到第三聚3,4乙烯基二氧噻吩分散体浸渍液，所述第一、第二3,4乙烯基二氧噻吩分散体浸渍液浸渍7次，第三3,4乙烯基二氧噻吩分散体浸渍液和交联剂B浸渍12次，所述真空浸渍槽设备自动下降速度为0.52mm/s、提升速度为0.08mm/s，浸渍时间12min，由于浸渍于高分子材料溶液内各分子粒径分布不均会在产品表面形成张力，所以浸渍前控制真空负压值及浸渍参数，使各个分子在整个浸渍过程中突破产品表面形成的张力，从而浸渍到钽芯内部微小孔隙内，每次浸渍完成后均在80℃～150℃的真空程控箱内进行烘干。
步骤七：将带有导电聚合物层的阳极钽芯常温下浸渍石墨(固含量0.05％～5％、粒径范围50～100nm)和导电银浆层，并在上端涂覆绝缘缓冲涂料。其中石墨粘度为400～700mPa·s；银浆粘度为1500～3000mPa·s粘度，石墨层及导电银浆层浸渍完成后均需放置20min进行烘干，石墨层烘干温度为80℃～150℃，导电银浆层的烘干温度为80℃～125℃；均由室温升至目标温度后，烘干时间：30min～120min；
步骤八：将钽丝和电容器的阳极引线进行搭焊，形成半成品，半成品钽芯通过锡焊的方式置于铜外壳内，采用玻璃粉绝缘子对铜壳上部进行锡焊封口，在铜外壳上端焊锡处引出电容器的阴极引线，制成同向引出的导电聚合物钽电容器成品；
步骤九：对步骤八中的成品进行老练、温度冲击、老化筛选，剔除不合格产品。
下表3为实施例3所制造的100V-470μF的全密封金属封装导电聚合物钽电容器的电性能参数对比：
本发明的全密封金属封装导电聚合物钽电容器的制造方法，可以制作出额定电压4～125V，容量4.7～5600μF，ESR15～250mΩ的轴向或同向引出的导电聚合物钽电容器，相对于传统固体电解质钽电容器以及传统非固体电解质钽电容器中的电压容量相近的产品有较大的性能优势，在高分子钽电容器领域又提高了耐压性能和容值，耐严苛环境性强，具有极高的推广价值。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。本文背景技术部分公开的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

Claims (10)

1.一种全密封金属壳封装的导电聚合物钽电容器的制造方法，其特征在于，包括：
步骤一，将钽粉与钽丝在压制模具模腔内，通过成型机对钽粉施加压力制成阳极钽芯坯体，将所述阳极钽芯坯体放入真空烧结炉煅烧制成内部微观多孔的阳极钽芯体；
步骤二，采用赋能液，用额定电压的2.3～5.5倍赋能电压，3～100mA/g的升压电流密度进行赋能，在热处理氛围条件下以380℃～450℃对所述阳极钽芯体进行热处理，在所述阳极钽芯体表面形成Ta2O5介质层；
步骤三，将赋能后表面形成Ta2O5介质层的所述阳极钽芯体浸入A处理液中浸渍5～20min，然后在50～150℃的空气氛围下干燥成型；
步骤四，将步骤三中处理后的所述阳极钽芯体在真空条件下浸渍于第一聚3，4乙烯基二氧噻吩分散体浸渍液中7～20min，并在80℃～150℃的真空环境下进行烘干，本步骤四的上述处理重复5～15次，在所述阳极钽芯体的表面形成多个子层构成的阴极内层；
步骤五，将步骤四得到带阴极内层的所述阳极钽芯体在真空条件下浸渍于第二聚3，4乙烯基二氧噻吩分散体浸渍液中5～18min，并在80℃～150℃的真空环境下进行烘干，本步骤五的上述处理重复进行3～9次，在所述阳极钽芯体的阴极内层表面形成多个子层构成的阴极过渡层；
步骤六，将步骤五得到的带阴极过渡层的所述阳极钽芯体在真空条件下浸渍于第三聚3，4乙烯基二氧噻吩分散体浸渍液中3～15min，并在80℃～150℃的真空环境下进行烘干，烘干后将所述阳极钽芯体在常温常压条件下浸渍于交联剂B中3～15min，并在80℃～150℃下进行烘干处理，本步骤六的上述处理重复进行8～16次，在所述阳极钽芯体的阴极过渡层表面形成多个子层构成的阴极外层；
所述阴极内层、阴极过渡层和阴极外层共同构成导电聚合物阴极层；
步骤七，将步骤三至步骤六得到的带有导电聚合物阴极层的阳极钽芯外浸渍石墨和银浆形成石墨层与导电银浆层，然后在上端面涂覆绝缘涂层固化后，将钽丝与正极引线进行搭焊制成半成品钽芯；
步骤八，对步骤七中制成的半成品钽芯通过锡焊的方式置于金属外壳内，采用玻璃粉绝缘子对金属外壳上部进行锡焊封口，在金属外壳底部中心或在金属外壳顶部锡焊处引出负极引线制成导电聚合物钽电容器成品。
2.根据权利要求1所述的全密封金属壳封装的导电聚合物钽电容器的制造方法，其特征在于，所述步骤八后还包括：
步骤九，对步骤八中制成的导电聚合物钽电容器成品进行老练、温度冲击、老化筛选，剔除不合格产品。
3.根据权利要求1或2所述的全密封金属壳封装的导电聚合物钽电容器的制造方法，其特征在于，所述步骤一中，所述钽粉采用粒径大小范围为5～10μm的钽金属粉末。
4.根据权利要求1或2所述的全密封金属壳封装的导电聚合物钽电容器的制造方法，其特征在于，所述步骤二中，所述赋能液采用磷酸、硝酸、磷酸二氢铵、柠檬酸、乙二醇水溶液中的任一种；
所述步骤二中，热处理氛围为氮气氛围、空气氛围、真空氛围中的任一种。
5.根据权利要求1或2所述的全密封金属壳封装的导电聚合物钽电容器的制造方法，其特征在于，所述步骤三中，所述A处理液为：采用由多羟基官能团单体、多羟基官能团聚合物、有机官能化硅烷或其水解产物中任一种或多种与溶剂A混合形成的处理液；
所述溶剂A为水、醇类溶剂、醚类溶剂中的一种或多种。
6.根据权利要求1或2所述的全密封金属壳封装的导电聚合物钽电容器的制造方法，其特征在于，所述步骤四中，所述第一聚3，4乙烯基二氧噻吩分散体浸渍液是由粒径范围为20～30nm的聚3，4乙烯基二氧噻吩分散体制成的固含量为0.5％～2.5％的浸渍液；
所述步骤五中，所述第二聚3，4乙烯基二氧噻吩分散体浸渍液是由粒径范围为30～50nm的聚3，4乙烯基二氧噻吩分散体制成的固含量为1％～5％的浸渍液；
所述步骤六中，所述第三聚3，4乙烯基二氧噻吩分散体浸渍液是由粒径范围为50～100nm的聚3，4乙烯基二氧噻吩分散体制成的固含量为2％～10％的浸渍液；
所述步骤六中，所述交联剂B采用由多阳离子盐、化合物、胺类化合物中的任一种与溶剂B混合形成的混合液；
所述溶剂B为水、醇类溶剂一种或两种。
7.根据权利要求1或2所述的全密封金属壳封装的导电聚合物钽电容器的制造方法，其特征在于，所述步骤七中，所述石墨采用粒径范围为50～100nm的石墨制成的固含量为0.05％～5％的石墨浸渍液。
8.根据权利要求1或2所述的全密封金属壳封装的导电聚合物钽电容器的制造方法，其特征在于，所述步骤四中，在每次重复浸渍第一聚3，4乙烯基二氧噻吩分散体浸渍液前，需测定第一聚3，4乙烯基二氧噻吩分散体浸渍液的固含量，若固含量不满足要求时要重新调配并搅拌15～30min至固含量符合要求后，再开始浸渍处理；
所述步骤五中，在每次重复浸渍第二聚3，4乙烯基二氧噻吩分散体浸渍液前，需测定第二聚3，4乙烯基二氧噻吩分散体浸渍液的固含量，若固含量不满足要求时要重新调配并搅拌15～30min至固含量符合要求后，再开始浸渍处理；
所述步骤六中，在每次重复浸渍第三聚3，4乙烯基二氧噻吩分散体浸渍液前，需测定第三聚3，4乙烯基二氧噻吩分散体浸渍液的固含量，若固含量不满足要求时要重新调配并搅拌15～30min至固含量符合要求后，再开始浸渍处理。
9.根据权利要求1或2所述的全密封金属壳封装的导电聚合物钽电容器的制造方法，其特征在于，所述步骤七中，所述绝缘涂层采用由聚酯树脂、聚酯酰亚胺树脂、环氧树脂、聚氨酯树脂、丙烯酸树脂、无机填料和有机溶剂形成的混合涂料。
10.一种全密封金属壳封装的导电聚合物钽电容器，其特征在于，采用权利要求1-9任一项所述的方法制造而成，包括：
阳极钽芯体、Ta2O5介质层、多层导电聚合物阴极层、石墨层、导电银浆层、缓冲绝缘层、金属外壳、正极引线和负极引线；其中，
所述阳极钽芯体外表面从里至外依次包覆设置所述Ta2O5介质层、多层导电聚合物阴极层、石墨层和导电银浆层；
所述阳极钽芯体上端的导电银浆层外
所述多层导电聚合物阴极层由从内至外依次包覆的阴极内层、阴极过渡层和阴极外层构成，所述阴极内层、阴极过渡层和阴极外层均由多个子层构成，每个子层均是由聚3，4乙烯基二氧噻吩分散体浸渍液浸渍后在真空环境下进行烘干形成的子层；
所述正极引线与阳极钽块电性连接，引出所述正极引线的所述阳极钽芯体上端涂覆所述缓冲绝缘层和玻璃粉绝缘子层
所述负极引线与所述多层导电聚合物阴极层电性连接形成钽芯组；
所述钽芯组封装在所述金属外壳内。
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