DD234578A3

DD234578A3 - Elektrolyt zum elektrochemischen aetzen von aluminiumfolie fuer elektrolytkondensatoren

Info

Publication number: DD234578A3
Application number: DD82237890A
Authority: DD
Inventors: Bruno Beyer; Klaus Eulenberger; Sigrid Ihle; Manfred Paul; Heinrich Weiland
Original assignee: Mansfeld Kombinat W Pieck Veb
Priority date: 1982-03-05
Filing date: 1982-03-05
Publication date: 1986-04-09
Also published as: HUT40300A; HU192194B

Abstract

Die Erfindung betrifft die chemische Zusammensetzung eines Elektrolyten zum elektrochemischen Aetzen von Aluminiumfolie zur Vergroesserung der Oberflaeche und zur Erzielung hoher spezifischer Kapazitaeten in Elektrolytkondensatoren. Es besteht das Ziel, eine moeglichst hohe Aufrauhung der Folie bei Gewaehrleistung der mechanischen Stabilitaet (Reissfestigkeit, Biegezahl) durchzufuehren. Die Aufgabe kann durch die Anwendung eines Aetzelektrolyten mit verbesserten Eigenschaften geloest werden. Das Wesen der Erfindung besteht in der Zugabe von organischen Zusaetzen zum Aetzelektrolyten, vorzugsweise von Aethylenglykol in Konzentrationen von 5 bis 30 Vol-%. Die ueblichen Gehalte an NaCl und anderen Zusaetzen werden in dem Elektrolyten beibehalten. Durch den Aetzprozess in dem beschriebenen Elektrolyten tritt gegenueber den bekannten reinwaessrigen Elektrolyten eine geringere Beeinflussung der mechanischen Festigkeit auf, so dass eine weitere Erhoehung der spezifischen Kapazitaet durch Anwendung einer hoeheren Elektrizitaetsmenge moeglich ist. Der Nutzen der Erfindung ist am besten aus den angefuehrten Ausfuehrungsbeispielen ersichtlich.

Description

Ausführungsbeispiel Ausführungsbeispiel 1 100/am dicke weichgeglühte Folie aus Al 99,99 wurde bei 100°C in einem Elektrolyten mit Gleichstrom geätzt, der folgendermaßen zusammengesetzt war (Elektrolyt 1):

200g/l NaCI

60g/l Na_?SO₄

200ml/l Äthylenglykoi Als Vergleich wurde der Elektrolyt 2 ohne Athylenglykolzusatz verwendet. Die zum Ätzen verwendete Elektrizitätsmenge betrug jeweils 47 As/cm². Nach dem Ätzen wurde die Folie gereinigt und in einer kalten Ammoniumpentaboratlösung bis zu verschiedenen Spannungen formiert. Die Kapazität wurde gegen eine platinierte Silberelektrode gemessen.

Die im Elektrolyten 1 erzielten Werte werden relativ zu denen des Elektrolyten 2 angegeben.

Formierspannung Uf(V)	relative Kapazität (%)	Elektrolyt2
	Elektrolyt 1	100 100 100 100
10 30 60 90	136 133 112 121

Ausführungsbeispiel 2

Die geringere Beeinflussung der mechanischen Stabilität erlaubt das Ätzen mit höheren Elektrizitätsmengen im Elektrolyten Werkstoff, Elektroiyte und Meßmethode wie bei Ausführungsbeispiel

Elektrizitätsmenge	relative Kapazität (%)	Biegezahl nach
(As/cm²)	beiU_F=10V	SATMAPI-Test
47	100	64
50,5	109	58
54	116	51
57,5	121	47
61	122	47
65	128	46

Claims

Erfindungsanspruch:

Elektrolyt zum elektrochemischen Ätzen von Aluminiumfolie für Elektrolytkondensatoren mit Zusatz mehrwertiger organischer Alkohole, gekennzeichnet dadurch, daß Ethylenglykol in Konzentrationen von 5...30Vol.-% beigegeben wird und die Konzentration höher ist, als das allein eine Beeinflussung der Grenzflächenspannung bewirkt wird.

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft die chemische Zusammensetzung eines Elektrolyten zum elektrochemischen Ätzen von Aluminiumfolie, die für Niedervoltelektrolytkondensatoren eingesetzt wird.

Um die Baugröße von Elektrolytkondensatoren möglichst gering zu halten, strebt man die Verwendung von Aluminiumfolie mit hoher spezifischer Flächen- bzw. Volumenkapazität an. Eine hohe spezifische Kapazität wird durch Aufrauhen der verwendeten Aluminiumfolie, vorzugsweise nach dem elektrochemischen Verfahren, erreicht. Die Folie wird dazu entfettet bzw. fettfrei geglüht, geätzt und danach wieder zum Elektrolyten gereinigt. Danach wird eine Oxidschicht aufgebracht („formiert"), die das Dielektrikum des Kondensators bildet. Da die Oxidschicht möglichst ohne Defekte sein soll, muß Aluminium hoher Reinheit (vorzugsweise Al 99,99) für Anodenfolie eingesetzt werden.

Zielstellung beim Ätzen der Al-Folie ist, bei verschiedenen Formierspannungen eine jeweils möglichst große Kapazität pro Flächeneinheit zu erhalten. Die spezifische Kapazität ist sowohl vom Ätzverfahren und der Ätztechnologie und auch vom strukturellen Aufbau und der Oberflächenbeschaffenheit der verwendeten Folie abhängig.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Üblicherweise wird als Elektrolyt für das elektrochemische Ätzen eine wäßrige Lösung verwendet, die stark chloridhaltig ist. Dabei kann sowohl eine neutrale Lösung (vorwiegend NaCI) als auch eine saure Lösung (HCI) eingesetzt werden. Die Chloridionen führen zu einem ungleichmäßigen Angriff der Folienoberfläche und damit zu einer Erhöhung der wahren Oberfläche. Zur weiteren Verbesserung der Anätzbarkeit werden dem chloridhaltigen Ätzelektrolyten Zusätze beigegeben, die die Aufgabe haben, die Flanken der durch Ätzen gebildeten Löcher oder Tunnel zu passivieren und so ein bevorzugtes Tiefenwachstum hervorzurufen. So werden üblicherweise Sulfate, Chromate, Nitrate u.a. zugesetzt. Auch ein zweistufiges Ätzen (erst in einem schwachen, dann in einem starken Ätzmittel) ist bekannt. Die eingesetzten Salzkonzentrationen sind relativ hoch, umeine hohe Leitfähigkeit des Elektrolyten zu gewährleisten. Der Ätzeffekt hängt weiterhin von der angewendeten Strommenge, Stromstärke und -art ab. Auch die Ätztemperatur beeinflußt Form und Stärke des Ätzangriffs. Dem Ätzen sind durch die Forderung nach einer für die weitere Verarbeitung notwendigen mechanische Festigkeit der Folie Grenzen gesetzt. Die geätzte Folie muß eine bestimmte Reiß- und Biegefestigkeit besitzen.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist die Angabe der Zusammensetzung eines Elektrolyten zum Ätzen von Al 99,99 — Folienbändern für Niedervoltanoden in Elektrolytkondensatoren. Dieser Elektrolyt soll bei vorgegebenen mechanischen Eigenschaften der geätzten Folie eine höhere spezifische Flächenkapazität als die bisher bekannten ÄtzeIektroIyte beim Ätzen mit Gleichstrom ohne Veränderung der anderen Prozeßvariablen erzeugen.

Es besteht die Aufgabe, den Ätzprozeß dahingehend zu optimieren, daß bei einer vorgegebenen Foliendicke eine möglichst hohe Kapazität erzeugt wird, ohne daß der verbleibende Querschnitt so stark geschwächt wird, daß die Folie beim Verarbeiten auf Automaten Schwierigkeiten bereitet. Ein Weg dazu ist die Anwendung eines Ätzelektrolyten mit verbesserter Ätzwirkung.

Wesen der Erfindung

Die Aufgabe wurde erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein wäßrig-organischer Elektrolyt eingesetzt wird. Die übliche Salzkonzentration wird dabei beibehalten. Als organischer Zusatz, der den größten kapazitätserhöhenden Effekt hat, erwies sich Äthylenglykol.Äthylenglykol ist als Bestandteil des „Betriebselektrolyten" des Elektrolytkondensators, aber nicht als Zusatz zum Ätzbad bekannt.

Einen nicht so großen verbessernden Effekt haben Glyzerin oder Dioxan. Die organischen Flüssigkeiten werden im Volumenverhältnis von 1:3 bis 1:15 zu Wasser dem wäßrigen Ätzelektrolyten zugesetzt, wobei die NaCI-Konzentration von 18-20Gew.-% und die der weiteren anorg. Zusätze wie in der üblicherweise verwendeten Lösung eingestellt wird. Als optimales Mischungsverhältnis wurde das Volumenverhältnis organischer : wäßriger Phase von 1:4 verwendet.

Die erreichten Werte der spezifischen Oberflächenkapazität in Abhängigkeit von der Äthylenglykolkonzentration zeigt Abb. 1.

Daraus ist ersichtlich, daß es sich nicht um eine Herabsetzung der Oberflächenspannung durch den organischen Zusatz handeln kann. Es ist bekannt, daß durch Äthylenglykol der Siedpunkt wäßriger Lösungen erhöht werden kann. Andererseits steigt mit der

Ätztemperatur auch die Oberflächenvergrößerung.

Überraschenderweise wurde aber gefunden, daß der Effekt von Äthylenglykolzusätzen nicht nur in der Möglichkeit der Erhöhung der Ätztemperatur besteht, sondern bei gleichbleibender Temperatur der Äthylenglykolzusatz einen verbessernden Einfluß

Die Reiß- und Biegefestigkeit der Folie werden beim Ätzen in Äthylenglykol-Wasser-Elektrolyten nicht so stark wie in rein wäßrigen Medien erniedrigt. Es ist daher möglich, die Folie mit einer größeren Elektrizitätsmenge zu ätzen und noch eine weitere Steigerung der spezifischen Oberflächenkapazität zu erreichen.

Die im beschriebenen Ätzelektrolyten in der Folie gebildeten tunnel- und kanalförmigen Ätzangriffe haben einen Durchmesser, der die Anwendung des Elektrolyten besonders bei niedrigen Formierspannungen zweckmäßig erscheinen läßt.