CN1473339A - 电极和带有该电极的电容器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种带有一个电极放电器(1)和一个电极本体(2)的电容器电极，该电极本体与电极放电器(1)接通，并在其表面设置了一层电介质层(3)。在电极本体(2)和电介质层(3)之间，设置了一层中间层(4)，该中间层阻止电介质层(3)和电极本体(2)之间的物质交换。借助中间层(4)特别减少了氧从电介质层(3)扩散入电极本体(2)中，这样该电极就具有较大的长期稳定性。此外，本发明涉及一种用本发明这个电极作阳极的电容器。

Description

电极和带有该电极的电容器
本发明涉及一种带有一个电极放电器和一个电极本体的电容器电极，该电极本体与该电极放电器接通，并在其表面设置了一层电介质层。此外，本发明涉及一种具有该电极的电容器。
众所周知，在电容器的电极中，该电极本体是一个用铌制成的多孔烧结体而该电介质层则是通过Nb2O5的多孔烧结体的阳极氧化制成的。这类电极原则上可作为电解电容器的阳极使用。其中，该烧结体的孔隙用一种阴极材料填充，该阴极材料与一个阴极放电器接通。
这类公知的电极具有这样的缺点，即由于氧气可从电介质层扩散进入电极本体，该电介质层没有足够的长期稳定性。由于氧气的扩散，在电介质中形成低氧化物，例如半传导性的NbO2或金属传导的NbO。这样，电介质变得较薄，从而降低耐压强度和电容器在一定时间后产生故障。
所以本发明的目的是提出一种具有足够的长期稳定性的电容器电极。
根据本发明，这个目的是通过权利要求1的一种电极来实现的。具有该电极的电容器以及本发明的其他结构可从其他各项权利要求中得知。
本发明提出的电容器电极具有一个电极放电器和一个电极本体，该电极本体与该电极放电器接通，并在它的表面设置了一层电介质层。在该电极本体和电介质层之间设置了一层中间层，该中间层阻止该电介质层和电极本体之间的物质交换。
此外，本发明提出一种具有本发明电极的电容器，该电极具有对应电极，并在该中间层和对应电极之间设置该电介质层。
其次，本发明提出一种电容器，该电极的孔隙的表面用一个对应电极覆盖，而该对应电极则与一个对应电极放电器接通。
本发明的电极具有这样的优点，即该中间层可有效地阻止该电介质层或电极本体的材料交换，从而提高电极本体或电介质层的稳定性，而且该电极或用它制成的电容器具有提高的长期稳定性。
本发明特别适用于电极本体为一种多孔体的电极。多孔体的特点，是具有大的表面，因而在本发明的电容器中，如果孔隙的表面用一个对应电极覆盖时，则可实现具有大容量的电容器。
多孔的电极本体例如可用粉末或膏烧结而成，特别是用含钽或铌的粉末或相应的膏的压坯烧结而成。
电极的电介质层例如可通过一种物体的表面层的氧化来实现，它的没有氧化的剩余部分则形成电极本体。在这种情况中，电介质层如果选择成使之能够阻止氧的扩散，则是特别有利的。这样，就可阻止氧从电介质层扩散进电极本体，从而可有效地减少因氧的损失所引起的电介质层的随时间的变化。
作为阻止氧扩散的中间层例如可含有钪、钇、镧系元素、钛、锆、钒、铬或钼。作为锎系元素则有镧、铈、镨、钕、钋、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、镱、铥或镥。全部这些材料都由于对氧的低的扩散速度而特别适用作氧的扩散垫垒。
经验表明，在电极本体含有铌和电介质层含有Nb2O5的情况中，采用含钒的中间层是特别有利的。
其中，中间层的厚度应具有至少两层单原子层，但也可用较厚的中间层。
本发明的电极特别宜用一种包括一个A组分和一个B组分的材料制成。其中，B组分的表面能小于A组分的表面能，且中间层包括从B组分的原材料分离的部分，B组分可以是材料的掺杂形式。
通过借助B组分制作中间层可特别简便而又不花大的费用，因为该中间层由此可自动地在本发明所述的适当部位即在电极本体的表面上制成。作为材料尤其可用一种金属合金，在这种材料中，B组分所占的重量百分比一般在10ppm和50％之间(ppm＝100万分之几)。
这种合金具有这样的优点，即用它制成的电极本体同时具有电容器所需的导电性能。当该合金的A组分是一种适合于构成一种电介质的单向导电金属时，或当A组分是一种含有该单向导电金属的合金时，是特别有利的。单向导电金属具有这样的特性，即这类金属可通过氧化生成一层合适的电介质层。作为单向导电金属例如可用钽或铌。作为含有单向导电金属的合金例如可用钽-铌合金，这种合金在通过氧化生成该电介质层时也能成一种具有优良特性的相应的混合氧化物。在这些情况中，B组分可以是上述单金属之一，例如钒或其化合物。
此外，用一种含铌和钒的合金制作该电极本体也是有优点的，因为由于铌的表面能(γ＝2.983焦耳/米2)和钒的表面能(γ＝2.876焦耳/米2)不同而可简便地从分离的钒中生成一层中间层。钒分离到铌的表面例如可在电极本体氧化后通过适当的热处理来实现。
下面结合一些实施例和附图来详细说明本发明。
图1表示本发明电极的原理结构的示意横截面；
图2表示用本发明电极作为阳极的一种电解电容器的示意横截面。
图1表示一个带有电极本体2的电极，该电极本体与一个电极放电器1导电连接。在电极本体2的表面上设置了一层电介质层3。在电极本体2和电介质层3之间设置了一层中间层4。
图2表示一个用本发明电极作为阳极的电解电容器，其中的电极相当于图1的结构，且该电极的电极本体2是一个带有孔隙7的多孔体。电极本体2最好含有一种例如钽或铌的单向导电金属，用它可通过阳极氧化制成一种介电的氧化物。
电极本体2最好用一种粉末状的铌和钒的合金制成。其中，电极放电器1做成金属导线的形状或大面积金属放电器的形状。例如含钽的导线或含铌的导线或大面积的放电器用一种相应的粉末材料压制并随即与之烧结在一起。从而形成一个与电极放电器1连接的多孔电极本体2。钒在合金中所占的重量百分比一般为10ppm和50％之间。
制造电极也可用一种膏，这种膏通过一种合适的方法例如丝网印刷法涂覆在电极放电器1上，然后进行烧结。
在下一道工艺步骤中，通过阳极氧化在电极本体2的表面上形成Nb2O5介电层，即电介质层3。铌电极的特点，是具有高的比电荷和形成的电介质的高介电常数。上述工艺步骤作为成形是业内公知的，并在例如用一个电极本体2浸入一种磷酸含量一般为0.1和5％之间的电解液中，在一般为30和85℃之间的温度下进行。在电极放电器1和在成形时所用的对应电极之间最好加一个介于10和80伏之间的成形电压。
在下一道工序中，在通过250和450℃之间进行0.3至3小时的热处理形成氧化物后，实现钒的一部分从合金分离到电极本体2的表面，并在电介质层3和电极本体2之间形成中间层4。由于钒和铌的不同的表面能，所以分离是可能的。
中间层4由可能仍含有杂质的钒组成。钒具有这样的性能，它与铌比较，溶解氧较差，且扩散较差。所以，钒对电介质层3中从Nb2O5放出的，要扩散进铌电极本体2的氧是一个合适的扩散垫垒。否则，通过这种氧损失势必使氧化层随时间推移而变成低氧化物。
此外，这样制成的电极可按熟知的方式组成一个电容器。
电极的孔隙7用一种对应电极材料5填充，例如用MnO2或一种导电的聚合物填充。在下一道工序中，制作接触层8、9，这两个接触层最后与对应电极放电器6连接。第一接触层8例如可用石墨制成，而第二接触层9则例如可用银导电漆制成。
本发明不受示范性示出的实施例的限制，而是用其最一般的形式通过权利要求1和13来界定的。

Claims (14)

1.电容器的电极，包括：
-一个电极放电器(1)，
-一个电极本体(2)，
-该电极本体与电极放电器(1)接通，并
-在其表面上设置了一层电介质层(3)，
在电极本体(2)和电介质层(3)之间设置了一层中间层(4)，该中间层阻止电介质层(3)和电极本体(2)之间的物质交换。
2.按权利要求1的电极，其中
电极本体(2)是一个多孔体。
3.按权利要求1至2的电极，其中
电极本体(2)用一种粉末或膏烧结而成。
4.按权利要求1至3的电极，其中
电介质层(3)通过一种物体的表面层的氧化来制成，它的未氧化的剩余部分则形成电极本体(2)，中间层(4)阻止电介质层(3)和电极本体(2)之间的氧扩散。
5.按权利要求1至4的电极，其中
中间层(4)含有钪、钇、镧系元素、钛、锆、钒、铬或钼。
6.按权利要求1至5的电极，其中
电介质层(3)含有Nb2O5、电极本体(2)含有铌而中间层(4)则含有钒。
7.按权利要求1至6的电极，其中
中间层(4)具有至少两层单原子层的厚度。
8.按权利要求1至7的电极，其中
电极本体(2)用一种包括一个A组分和一个B组分的材料制成，其中B组分的表面能小于A组分的表面能，中间层(4)包括从B组分的材料中分离的部分。
9.按权利要求8的电极，其中
电极本体(2)用一种金属合金或掺杂制成，且B组分在合金中所占的重量百分比为10ppm和50％之间。
10.按权利要求9的电极，其中
A组分是一种单向导电金属或一种含有单向导电金属的合金而B组分则是一种金属。
11.按权利要求1至10的电极，其中
电极本体(2)用一种含有铌和钒的合金制成，而中间层(4)则含有分离出的钒。
12.按权利要求8的电极，其中
B组分以掺杂的形式存在于电极本体(2)的材料中。
13.具有权利要求1至12所述的一个电极的电容器，有一个对应电极(5)，并在中间层(4)和对应电极(5)之间设置了一层电介质层(3)。
14.按权利要求13的电容器，其中该电极的孔隙(7)的表面用一个对应电极(5)覆盖，而对应电极(5)则与对应电极放电器(6)接通。
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