CN1585059A

CN1585059A - 一种铝电解电容器高比容阳极铝箔的化成方法

Info

Publication number: CN1585059A
Application number: CN 200410009211
Authority: CN
Inventors: 何业东; 张巍; 陈义庆; 洪涛
Original assignee: Xinjiang Joinworld Co Ltd; University of Science and Technology Beijing USTB
Current assignee: Xinjiang Joinworld Co Ltd; University of Science and Technology Beijing USTB
Priority date: 2004-06-16
Filing date: 2004-06-16
Publication date: 2005-02-23

Abstract

本发明为一种铝电解电容器高比电容阳极铝箔的化成方法，涉及铝电解电容器制造。本发明的化成方法基本上包括以下步骤：(1)已经腐蚀扩面处理的铝箔在特定的溶液中浸泡，反应形成铝盐膜；(2)在高温下铝盐膜热分解并烧结形成纳米氧化铝膜；(3)沉积纳米氧化铝膜的铝箔在电解质溶液中进行阳极氧化化成处理。由此获得的阳极化成铝箔的比电容比用传统方法获得的化成箔的比电容可以提高5～45％，介电损耗可以满足铝电解电容器的要求，阳极氧化处理的时间可以降低10～99％，适用于耐各种电压的铝电解电容器阳极铝箔的化成，可以提高生产效率、降低生产能耗和生产成本。

Description

一种铝电解电容器高比容阳极铝箔的化成方法

技术领域

本发明涉及铝电解电容器制造领域，特别涉及阳极铝箔的化成技术。

背景技术

阳极化成铝箔是生产铝电解电容器的主要材料，其品质直接影响电容器的性能。提高比电容缩小电容器的体积是电容器铝箔发展的主要问题。根据平行板电容器静电容公式：

C = \frac{S ϵ_{0} ϵ_{r}}{d}

可以看出提高阳极铝箔的比电容有三种途径：(1)增大铝箔真实表面积S；(2)减少化成氧化膜的厚度d；(3)提高化成氧化膜的相对介电常数ε_r。目前，工业中一般采用扩大铝箔的表面积的方法提高比电容，即对原铝箔(简称光箔)进行化学或电化学腐蚀的方法来增加铝箔的表面积。虽然铝箔的扩面腐蚀技术仍然在不断发展中，但继续扩面的空间不大，不可能使比电容得到大幅度的提高。由于铝箔化成氧化膜的厚度d由其耐压值决定，因此通过减小化成氧化膜的厚度d提高比电容的可能性不大。通过提高化成氧化膜的介电常数ε_r来提高比电容却仍然有很大的潜力。通常铝的阳极氧化膜的介电常数ε_r为7～10，但Ta₂O₅的介电常数ε_r为28，TiO₂的介电常数ε_r为90，Nb₂O₅的介电常数ε_r为41，BaTiO₃系陶瓷材料的介电常数ε_r为500～6000，SrTiO₃的介电常数ε_r高达20万以上。因此，在化成氧化膜中掺杂高介电常数ε_r的氧化物有可能大幅度提高比电容。自20世纪80年代以来，已有一些专利采用在铝箔上沉积高介电常数的氧化物薄膜，经烧结后再阳极氧化，使比电容得到显著的提高。例如，日本专利特开平4-42519(1992年2月13日公开)和特开平5-315197(1993年11月26日公开)采用在腐蚀箔表面浸渍钛、钡等金属醇盐，在300～600℃烧结，获得TiO₂、BaTiO₃等薄膜，再经过80V阳极极化化成处理，形成复合的化成膜，其比电容分别增加63％和116％。但是这种掺杂高介电常数氧化物的化成膜的介电损耗却很高，其综合性能不能满足铝电解电容器的要求，因而难以在工业上实施。

发明内容

本发明提供一种铝电解电容器高比电容阳极铝箔的化成方法，通过前预处理在腐蚀铝箔的表面形成纳米氧化铝膜，然后进行阳极氧化处理，不仅可以提高阳极氧化膜的介电常数，使阳极铝箔比电容得到显著提高，同时介电损耗比掺杂其它高介电常数的氧化物的化成方法大幅度下降，可以满足铝电解电容器的要求。

本发明包括以下步骤：

(1)将已经腐蚀扩面处理的铝箔浸泡在酸、铝盐的水溶液或铝盐的有机溶液的其中一种溶液中，浸泡时间为1秒钟～3分钟，空气中干燥后，在铝箔表面形成铝盐膜；

(2)在200～600℃高温空气中烧结10秒钟～7小时，高温下铝盐膜热分解并烧结形成纳米氧化铝膜；

(3)沉积纳米氧化铝膜的铝箔在电解质溶液中进行阳极氧化化成处理。

用于浸泡已经腐蚀扩面处理的铝箔的酸为硝酸、乙酸、碳酸，其浓度按质量百分比计为0.001％～50％，。铝箔与硝酸、乙酸、碳酸溶液反应可分别在铝箔表面生成富积硝酸铝、乙酸铝、碳酸铝的液膜。空气中干燥后，可以在铝箔表面分别形成硝酸铝、乙酸铝、碳酸铝盐膜。

用于浸泡已经腐蚀扩面处理的铝箔的水溶液所含的铝盐为硝酸铝、乙酸铝、碳酸铝，铝醇盐，溶液浓度为0.001mol/L～10mol/L。空气中干燥后，在铝箔表面形成硝酸铝、乙酸铝、碳酸铝盐膜。

用于浸泡已经腐蚀扩面处理铝箔的铝盐有机溶液的溶剂为乙醇，溶液浓度为0.001mol/L～10mol/L。空气中干燥后，在铝箔表面形成硝酸铝、乙酸铝、碳酸铝盐膜。

本发明具有以下特点：

本发明是在腐蚀铝箔的表面沉积出纳米结构的氧化铝，使其成为化成膜生长的晶核，其介电常数显著提高。由此获得的阳极化成铝箔的比电容比用传统方法获得的化成箔的比电容，对于耐压值低的阳极铝箔，化成的氧化膜的厚度薄，因此表面沉积纳米氧化铝膜对化成的影响很大，阳极氧化所需的时间可下降50～99％，比电容可以提高15～45％；对于耐压值高的阳极铝箔，化成氧化膜的厚度大，因此表面沉积纳米氧化铝膜对化成的影响相对较小，阳极氧化所需的时间可下降10～50％，比电容可以提高5～15％。同时介电损耗可以满足铝电解电容器的要求。

本发明适用于耐各种电压的铝电解电容器阳极铝箔的化成。由于铝箔表面沉积纳米氧化铝膜还可以降低阳极氧化处理的时间，所以可以提高生产效率、降低生产能耗和生产成本。

具体实施方式

实施例1

本实施例给出两种工艺进行比较。(1)20V的低压铝箔采用传统的交流电化学腐蚀和传统的20V阳极氧化化成处理。(2)20V的低压铝箔采用传统的交流电化学腐蚀，在5％的硝酸溶液中浸泡5秒钟，在550℃空气中烧结处理5小时，然后采用20V阳极氧化化成处理。

第(2)种工艺与第(1)种工艺比较，化成时间缩短了98.6％，比电容提高了38.1％，同时介电损耗可以满足铝电解电容器的要求。

实施例2

20V的低压铝箔采用传统的交流电化学腐蚀，在0.1mol/L的硝酸铝乙醇溶液中浸泡5秒钟，在550℃空气中烧结处理5小时，然后采用20V阳极氧化化成处理。其结果与实施例1中的第(1)种工艺比较，化成时间缩短了97.2％，比电容提高了40.4％，同时介电损耗可以满足铝电解电容器的要求。

实施例3

本实施例给出两种工艺进行比较。(1)530V的高压铝箔采用传统的直流电化学腐蚀和传统的530V阳极氧化化成处理。(2)530V的高压铝箔采用传统的直流电化学腐蚀，在1％的硝酸溶液中浸泡5秒钟，在400℃空气中烧结处理1小时，然后采用530V阳极氧化化成处理。第(2)种工艺与第(1)种工艺相比，比电容提高了4.2％，同时介电损耗可以满足铝电解电容器的要求。

实施例4

530V的高压铝箔采用传统的直流电化学腐蚀，在1％的硝酸铝溶液中浸泡5秒钟，在400℃空气中烧结处理1小时，然后采用传统的530V阳极氧化化成处理。其结果与实施例3中的第(1)种工艺相比，比容提高了6.4％，同时介电损耗可以满足铝电解电容器的要求。

Claims

1、一种铝电解电容器高比容阳极铝箔的化成方法，铝箔在电解质溶液中进行阳极氧化化成处理，其特征在于：

a、将已经腐蚀扩面处理的铝箔浸泡在酸、铝盐的水溶液或铝盐的有机溶液的其中一种溶液中，浸泡时间为1秒钟～3分钟，空气中干燥后，在铝箔表面形成铝盐膜；

b、在200～600℃高温空气中烧结10秒钟～7小时，高温下铝盐膜热分解并烧结形成纳米氧化铝膜。

2、根据权利1所述的铝电解电容器高比电容阳极铝箔的化成方法，其特征在于：用于浸泡已经腐蚀扩面处理的铝箔的酸为硝酸、乙酸、碳酸，其浓度按质量百分比计为0.001％～50％，；用于浸泡已经腐蚀扩面处理的铝箔的水溶液所含的铝盐为硝酸铝、乙酸铝、碳酸铝，铝醇盐，溶液浓度为0.001mol/L～10mol/L；用于浸泡已经腐蚀扩面处理铝箔的铝盐有机溶液的溶剂为乙醇，溶液浓度为0.001mol/L～10mol/L。