CN201355576Y - 薄膜铝电解电容器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提出一种薄膜结构的铝电解电容器，使用铝薄膜为阳极箔和阴极箔，不使用腐蚀铝箔和电容器纸，比现有的腐蚀箔结构的铝电解电容器具有工作电压高、等效串联电阻和等效串联电感低的特点，还可降低铝电解电容器的制造成本，并可减少铝电解电容器制造过程中对环境的污染。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种铝电解电容器的结构，属于电子元件领域。
背景技术
铝电解电容器现在广泛的应用在开关电源等高频滤波的领域，但铝电解电容器的在高频下ESR的指标已经不能满足高频滤波的要求。例如，一个5V20A工作频率100kHz的开关电源，负载为0.25Ω，滤波电容的容量要求在220uF以上，电解电容器的ESR应小于负载电阻的1/10即0.025Ω，普通的铝电解电容器的ESR甚至大于负载电阻的值，即使现在的最好的低阻抗铝电解电容器的指标也达不到这个水平。影响铝电解电容器ESR过大的主要原因是铝电解电容器的结构，现代铝电解电容器为了提高单位体积的容量密度，都采用阳极箔腐蚀的方法提高电容器的阳极表面积，但阳极表面的孔洞结构使得阴极的电阻也大大的增加。另一方面位于阳极箔和阴极箔之间的电容器纸也增加了阴极电阻。为了降低铝电解电容器的阴极电阻，目前铝电解电容器业界使用的方法就是提高阴极电解质的电导率，从一开始的电解液到后来的固体电解质，提出过无数的专利配方，使铝电解电容器的ESR值大幅度的降低，固体电解质在铝电解电容器中的使用，可以说是铝电解电容器工艺的一场革命，成数量级的降低了铝电解电容器的ESR值，但固体电解质的工作电压很低，限制了固体电解质电容器的应用。铝电解电容器在电子线路中拥有无可替代的地位，但由于其ESR过大引起发热是造成铝电解电容器早期失效的主要原因，到目前为止尤其在中高压领域还没有找到降低铝电解电容器ESR有效的办法，使得铝电解电容器成为电子线路中故障率最高的元件。
发明内容
本实用新型提出一种薄膜结构的铝电解电容器，可以大大降低铝电解电容器的等效串联电阻ESR和等效串联电感ESL，还可降低铝电解电容器的制造成本，并可减少铝电解电容器制造过程中对环境的污染。
为实现上述目的，本实用新型提出一种薄膜铝电解电容器，其技术方案如下：本实用新型的薄膜铝电解电容器由阳极层、介质层、电解质层、阴极引出层和阴极基带组成。阳极层是0.01-10μm高纯铝箔，介质层是生长在未经过腐蚀的阳极层上平整的Al2O3薄膜；阴极引出层是由用物理或化学方法沉积在阴极基带上的1nm-1000nm的超薄高纯铝或铝合金薄膜，阴极基带可以是高分子聚合物的薄膜，如聚酯薄膜等；电解质层位于介质层和阴极引出层之间缝隙，可以是液体或半流体的电解质，主要起到与介质层更好的接触和修补介质层的作用，这个电解质层与现有的(非固体)铝电解电容器的区别在于，电解质层中没有防止介质层与阴极引出层直接接触的电容器纸。
本实用新型的薄膜铝电解电容器的阳极层可以是铝箔与高分子聚合物的薄膜的复合膜，高分子聚合物薄膜主要起到提高铝箔拉力的作用。
本实用新型的薄膜铝电解电容器采用端面引出的结构，即卷绕好的电容器两端有一个阳极引出焊接层和一个阴极引出焊接层。在阳极引出焊接层与阴极引出层之间可以有阳极绝缘层，阴极引出焊接层与介质层之间可以有阴极绝缘层。
本实用新型的薄膜铝电解电容器的阳极层铝箔可以是用物理或化学方法在高分子聚合物的薄膜上沉积的高纯铝薄膜。
本实用新型的薄膜铝电解电容器可以使用轻度腐蚀的铝箔作为阳极层，以提高阳极层的表面积。
附图说明
图1传统铝电解电容器阳极箔结构和电容器结构示意图；
图2薄膜铝电解电容器结构示意图；
图3薄膜铝电解电容器阳极端面结构示意图；
图4薄膜铝电解电容器的整体结构示意图一；
图5薄膜铝电解电容器的整体结构示意图二。
具体实施例
电容器的容量和极板的面积成正比，所以为了增加单位体积的电容量，就必须扩大电容器极板的有效面积。传统的铝电解电容器的结构如图1所示，一般阳极箔的厚度为100μm，通过电化学腐蚀造成的孔洞结构大大增加了阳极箔的表面积，从而也就增加了氧化膜介质层的面积，电容纸的厚度为40-80μm，阴极箔的厚度为20-40μm，一个电容器结构层的厚度约为200μm左右，可见电容器纸和阴极箔占了很大的体积。图2所示为本实用新型提供的一种薄膜铝电解电容器的结构：在光滑平整的阳极层1的表面形成一层氧化膜介质层2，即电解电容器的阳极箔，阴极引出层4是在阴极基带5上用物理或化学的方法沉积的一层纯铝或铝合金薄膜，阴极基带5可以是高分子聚合物薄膜，例如可以在1μm的聚酯薄膜上蒸发一层厚度为20nm的高纯铝薄膜，假设使用的阳极箔的厚度为3μm，电解质层3的厚度为1μm，这样一个电解电容器结构层的厚度不超过5μm，对比前面的传统结构的铝电解电容器，在200μm的厚度内增加了40层，相当于阳极箔的面积增加了将近40倍，如果阳极箔的厚度再薄一些，增加的面积会更多一些。在Φ35X50的体积内，用本实用新型的薄膜铝电解电容器的结构，可以做到450V1000μF以上的CV值，这是用传统的阳极箔腐蚀的办法所无法达到的水平。本实用新型的薄膜铝电解电容器没有使用电容纸隔开介质层2与阴极引出层4，这样不但减少了电容器纸所占的体积，而且还大大减小了介质层到阴极引出层之间的距离，实际就是大大减小了阴极电阻，从而大大减小了铝电解电容器的等效串联电阻(ESR)。对比图1和图2可以清楚的看到，传统的铝电解电容器阴极箔到介质层的距离是几十μm以上，并且电解液在通过电容纸的孔隙和阳极箔的孔洞时电阻都是很大的，而本实用新型的薄膜铝电解电容器的结构方案阴极引出层到介质层的距离不到1μm，显然如果使用相同电导率的电解液，本实用新型的薄膜铝电解电容器的阴极接触电阻会有成百上千倍的降低。ESR是电解电容器的一个重要的指标，尤其在几百KHz的高频使用环境下，ESR是影响铝电解电容器发热和寿命的重要因素，降低ESR会大大增加铝电解电容器的使用寿命。传统的铝电容器电容器的阴极箔是几十μm的铝箔，而本实用新型使用的是铝薄膜，阴极引出层的厚度也较少了几十倍。阳极层的厚度降低到微米级时，是很容易断裂的，所以可以将高纯铝箔和有机高分子聚合物薄膜进行复合，以提高阳极层铝箔的强度。另外也可在有机高分子聚合物薄膜上用物理或化学的方法沉积高纯铝薄膜制成阳极层，然后再在阳极层上形成介质层。在阳极层形成介质层之前，也可以对阳极层铝箔进行轻微的腐蚀，这样可以扩大阳极层的表面积。这种方法更适合于做低压的铝电解电容器。
图3是本实用新型的薄膜铝电解电容器电极引出的示意图。本实用新型的薄膜铝电解电容器阳极层和阴极引出层的厚度都已经到了微米和纳米的数量级，所以不能再采用传统铝电解电容器的在电极箔片上铆接引线条的办法引出。本实用新型采用的是端面引出的办法：在电容器卷绕好之后，用切削或打磨的方法将阳极端的氧化铝层去掉，露出新鲜的纯铝端面，可采用喷金的办法喷涂纯铝或铝合金的阳极引出焊接层6将阳极端面焊接在一起，为了防止阳极引出焊接层6与阴极短路，可在阳极引出焊接层6和阴极引出层4之间做一个阳极绝缘层7。阳极绝缘层7的作用是防止电解液在未形成氧化膜的阳极引出焊接层6和阴极引出层4之间构成短路的通路。绝缘层可以使用密封胶、绝缘漆或环氧树脂等材料。采用卷绕端面引出的方法，不但可以降低铝电解电容器的等效串联电阻(ESR)，还可降低电解电容器的等效串联电感(ESL)。也可用蒸法或化学沉积的方法在阳极端面形成阳极引出焊接层6。阴极的引出相对阳极引出比较简单，采用喷金的方法即可在阴极引出层端面形成阴极引出焊接层8，为了防止阴极短路，也可在阴极引出焊接层8和介质层2之间做一个阴极绝缘层9。
本实用新型的薄膜铝电解电容器可以采用两端轴向引出的方式，具体结构如图4所示。阳极引出线10焊接在阳极引出焊接层6上，阴极引出线11焊接在阴极引出焊接层8上。本实用新型的薄膜铝电解电容器也可采单端轴向引出的方式，阴极引出线11可以穿过卷绕电容器芯包的轴心引出，如图5所示。
本实用新型的薄膜铝电解电容器也可做成贴片结构。采用的加工工艺和传统的铝电解电容器相差不多，在此不在赘述。
本实用新型的薄膜铝电解电容器与传统的铝电解电容器的最大区别在于在：
1.阴极引出层为纳米级的铝或铝合金薄膜结构；
2.阳极箔不腐蚀，在光箔上形成平整的氧化膜介质层；
3.不使用电容纸隔开氧化膜介质层与阴极引出层；
4.使用端面无感引出方式，大大降低电容器的ESR和ESL。
传统的铝电解电容器是使用阳极箔腐蚀的方法扩大阳极箔表面积，一般使用的是电化学腐蚀的方法，即用电化学加工的方法增加阳极箔的表面积；而本实用新型的薄膜铝电解电容器是使用压延的办法增加阳极箔的表面积，显然使用压延铝箔可以低成本的实现扩大阳极的面积。现有的电容器铝箔腐蚀工艺腐蚀废液对环境的污染是很严重的，并且电化学腐蚀过程要消化很多的电能，所以本实用新型的薄膜铝电解电容器不但具有成本优势而且还有环境友好的优势。本实用新型的薄膜铝电解电容器是在光箔上形成氧化膜介质层，形成的氧化膜的结构可以更加平整和致密，所以相对于在腐蚀箔上形成的介质氧化膜更容易提高氧化膜的形成电压、降低损耗和提高可靠性。本实用新型的薄膜铝电解电容器由于具有传统铝电解电容器无法相比的超低的ESR和ESL，并且其理论的CV值与双电层电容器的理论CV值在相当的数量级，但薄膜铝电解电容器的ESR值大大低于双电层电容器的ESR值，因此将更加扩大铝电解电容器的应用领域，尤其是电动汽车的应用领域。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。
Claims (5)
1、一种薄膜铝电解电容器，由阳极层、介质层、电解质层、阴极引出层和阴极基带组成其特征在于：
阳极层是0.01-10μm高纯铝箔，介质层是生长在未经过腐蚀的阳极层上平整的Al2O3薄膜；
阴极引出层是由用物理或化学方法沉积在阴极基带上的1nm-1000nm的超薄高纯铝或铝合金薄膜，阴极基带可以是高分子聚合物的薄膜，如聚酯薄膜等；
电解质层位于介质层和阴极引出层之间缝隙，可以是液体或半流体的电解质，主要起到与介质层更好的接触和修补介质层的作用，电解质层中没有防止介质层与阴极引出层直接接触的电容器纸。
2、如权利要求1所述的薄膜铝电解电容器，其特征在于阳极层可以是铝箔与高分子聚合物的薄膜的复合膜，高分子聚合物薄膜主要起到提高铝箔拉力的作用。
3、如权利要求1所述的薄膜铝电解电容器，其特征在于卷绕好的电容器两端有一个阳极引出焊接层和一个阴极引出焊接层，在阳极引出焊接层与阴极引出层之间可以有阳极绝缘层，阴极引出焊接层与介质层之间可以有阴极绝缘层。
4、如权利要求1所述的薄膜铝电解电容器，其特征在于阳极层铝箔可以是用物理或化学方法在高分子聚合物的薄膜上沉积的高纯铝薄膜。
5、如权利要求1所述的薄膜铝电解电容器，其特征在于阳极层是轻度腐蚀的铝箔，以提高阳极层的表面积。
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| CNU2008201811371U CN201355576Y (zh) | 2008-12-12 | 2008-12-12 | 薄膜铝电解电容器 |
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| CNU2008201811371U CN201355576Y (zh) | 2008-12-12 | 2008-12-12 | 薄膜铝电解电容器 |
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| CN (1) | CN201355576Y (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107248854A (zh) * | 2017-06-02 | 2017-10-13 | 西北核技术研究所 | 一种轴向引出双极板卷绕脉冲形成线 |
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2008
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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