DE1188726B - Verfahren zur Herstellung eines elektrolytischen Kondensators - Google Patents

Description

• Verfahren zur Herstellung eines elektrolytischen Kondensators Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zer Herstellung eines elektrolytischen Kondensators, bei dem auf eine Trägerfolie eine erste Lackschicht aufgebracht wird, hierauf eine Metallschicht aufgebracht, vorzugsweise aufgedampft wird und über dieser Metallschicht gegebenenfalls weitere Lack-und Metallschichten aufgebracht werden und wobei die Trägerfolie vorzugsweise abgelöst wird und aus dem aus Metall- und Lackschichten bestehenden Band, gegebenenfalls zusammen mit anderen Bändern, ein Kondensator, vorzugsweise Wickelkondensator, hergestellt wird, wobei die Belegungen stirnseitig durch Aufspritzen von Kontaktschichten kontaktiert werden.
• Es ist bekannt, elektrische Kondensatoren höherer Raumkapazität als bei Wickelkondensatoren, die unter Verwendung von selbsttragenden Dielektrikumsfolien hergestellt sind, dadurch zu erzielen, daß auf ein Trägerband abwechselnd Lackschichten und Metallschichten aufgetragen werden und nach dem Ablösen der Trägerfolie aus dem Mehrschichtenband Kondensatoren hergestellt werden.
• Noch höhere Kapazitäten pro Raumeinheit werden bekanntlich bei Elektrolytkondensatoren erreicht. Eine nähere Betrachtung zeigt indessen, daß gerade bei Elektrolytkondensatoren ein besonders hoher Anteil des Volumens gar nicht von einem elektrischen Feld durchsetzt wird und daher theoretisch gar nicht benötigt wird. Das Volumen des Ventilmetalls ist meist weit größer als die dielektrisch wirksame Schicht. Weiterhin umfaßt auch die Schicht, die den Elektrolyten trägt, ein weit größeres Volumen. Die Raumnutzung ist daher beispielsweise schlechter als bei Wickelkondensatoren mit aufgedampften Metallbelegungen, bei denen das Gesamtvolumen des Kondensators fast ausschließlich dielektrisch ausgenutzt wird.
• Um eine noch höhere Raumkapazität zu erhalten, als dies bisher bekannt ist, schlägt die Erfindung bei einem Verfahren zur Herstellung eines Dünnfolien-Elektrolytkondensators vor, mindestens einen Teil der Lackschichten aus einem ionenleitenden Stoff herzustellen und auf mindestens allen Metallschichten einer Polarität durch die Ionen der Lackschichten Ventilmetalloxydschichten anodisch zu formieren. Die Belegungen der anderen Polarität können bei einem polaren Kondensator entweder ebenfalls aus einem Ventihnetall bestehen oder aber auch aus einem Nichtventilmetall gebildet werden. Für nichtpolare Kondensatoren müssen selbstverständlich beide Belegungen aus einem Ventilmetall hergestellt werden. Als besonders zweckmäßig hat es sich erwiesen, als Ventilmetall Aluminium zu verwenden, das sich in besonders einfacher Weise durch Aufdampfen im Vakuum aufbringen läßt. Die ionenleitenden Lackschichten können entweder lacktechnisch aufgebracht werden oder im Vakuum aufge-. dampft werden oder aber auch in einem Glimmverfahren aus den Monomeren aufpolymerisiert werden. Um eine ausreichende Ionenleitfähigkeit zu gewährleisten, muß derLack einen spezifischenWiderstand besitzen, der um Größenordnungen niedriger liegt als der von Isolierlacken. Diese liegen nämlich bei 1015 bis 1017 Ohm - cm, wohingegen für den vorgeschlagenen Zweck Isolationswerte über 1010 Ohm - cm ohne weiteres ausscheiden. Im einzelnen muß die Schicht eine solche Leitfähigkeit besitzen, daß sie als Vorwiderstand, keinesfalls aber als Dielektrikum wirkt. Dies ist dann erfüllt, wenn der spezifische Widerstand der ionenleitenden Schicht der Bedingung genügt Soll ein kleiner Verlustfaktor erreicht werden, was für technische Kondensatoren natürlich stets zu fordern ist, so muß weiterhin der spezifische Widerstand der ionenleitenden Schicht der Bedingung genügen Dabei ist dE die Dicke der Elektrolytschicht, dx die Dicke der Oxydschicht und ex die Dielektrizitätskonstante der Oxydschicht. Man erkennt, daß diese zweite Bedingung um so leichter einzuhalten ist, je dünner die Kunststoffelektrolytschicht aufgetragen wird. Die geforderte Leitfähigkeit muß zumindest zum Teil eine Ionenleitfähigkeit sein, damit eine geeignete isolierende Oxydschicht auf dem Ventilmetall erzeugt und im Betrieb Fehler in dieser Oxydschicht ausgeheilt werden können. Beispielsweise kann als Elektrolyt ein aus einem synthetischen Harz bestehender Lack verwendet werden, der als Zusatz einen Stoff hoher Ionenleitfähigkeit enthält. Weiterhin ist es auch möglich, zur Herstellung der ionenleitenden Schicht Gelatine zu verwenden, die mit einem Elektrolyten versetzt ist.
• Falls die ionenleitenden Schichten einem nur aus diesen Stoffen zusammen mit aufgedampften Ventilmetallschichten und gegebenenfalls anderen Metallschichten hergestellten Kondensatorband keine ausreichende mechanische Festigkeit geben, so können zusätzlich zu den ionenleitenden Schichten eine oder mehrere Lackschichten aus einem Stoff hoher mechanischer Festigkeit, vorzugsweise einem Zelluloselack, z. B. Acetylzellulose, hergestellt werden.
• Die Kontaktierung der Belegungen des Kondensators erfolgt durch Aufspritzen von Stirnkontaktschichten. Als besonders geeignet haben sich für die Kontaktierung von Aluminiumbelägen Zinkstirnkontaktschichten erwiesen. Um zu verhindern, daß durch den Kontakt zwischen den Stirnkontaktschichten und den ionenleitenden Schichten Nebenschlüsse entstehen, kann es insbesondere bei Verwendung von Stoffen sehr hoher Ionenleitfähigkeit zweckmäßig sein, auch für die Herstellung der Stirnkontaktschichten ein Ventilmetall zu verwenden. Beispielsweise hat sich eine Stirnkontaktschicht aus Aluminium für die Kontaktierung von Aluminiumbelegungen als geeignet herausgestellt.
• Zur weiteren Erläuterung der Erfindung und insbesondere zur Erläuterung von besonders vorteilhaften Ausführungsbeispielen des Verfahrens nach der Erfindung können die Figuren dienen.
• In F i g. 1 ist auf einem Trägerband 1 eine erste Lackschicht 2, darauf eine Ventilmetallschicht 3 aufgebracht, vorzugsweise aufgedampft, und hierüber eine zweite Lackschicht 4 angeordnet. Vorzugsweise bestehen die Lackschichten 2 und 4 beide aus einem ionenleitenden Stoff. Durch Ablösen der Lackschichten 2 und 4 mit dem eingeschlossenen Metallbelag 3 von der Trägerfolie 1 kann unter Verwendung einer weiteren gleichartig aufgebauten Mehrschichtfolie, bestehend aus den Lackschichten 6 und 7 und dem dazwischen eingebetteten Metallbelag 8, wie in F i g. 2 dargestellt, ein Kondensator hergestellt werden und durch anodische Oxydation auf den Ventilmetallschichten 3 und 8 Oxydschichten 5, 5' und 9, 9' gebildet werden. Man erhält hierdurch einen bipolaren Kondensator, der auf Grund der außerordentlich geringen Stärke der als Dielektrikum dienenden Oxydschichten 5, 5' und 9, 9' und der ebenfalls verhältnismäßig sehr dünnen Elektrolytschichten 2, 4, 6, 7 eine sehr hohe Raumkapazität besitzt.
• Während bei dem in F i g. 2 dargestellten Kondensator durch entsprechende Formierung sowohl der Metallbelag 3 als auch der Metallbelag 8 mit Oxydschichten bedeckt sind und hierdurch ein bipolarer Kondensator erzeugt ist, wird in F i g. 3 ein sonst gleichartig aufgebauter Kondensator dargestellt, bei dem jedoch lediglich auf der Metallschicht 8 Oxydschichten 9 und 9' erzeugt sind, so daß ein unipolarer Kondensator entsteht. Die Metallschicht 3 kann hierbei auch aus einem Nichtventilmetall bestehen. In F i g: 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines bipolaren Kondensators dargestellt. Das dort gezeigte Kondensatorbänd besteht aus einer ersten Lackschicht 10 aus einem Stoff hoher mechanischer Festigkeit, z. B. aus Acetylzellulose. Die Metallschichten Il und 14 bestehen aus Ventilmetall, und die Lackschicht 13 besteht aus einem Stoff hoher Ionenleitfähigkeit. Durch anodische Oxydation sind auf den Ventilmetallschichten 11 und 14 Oxydschichten 12 und 15 gebildet. Ein besonderer Vorteil einer solchen Anordnung besteht darin, daß die Stärke der ionenleitenden Lackschicht 13 besonders dünn gemacht werden kann, da die Lackschicht 10 eine ausreichende mechanische Festigkeit gewährleistet. Durch diese geringe Stärke der ionenleitenden Schicht 13 läßt sich ein besonders geringer Verlustwinkel erreichen.
• In F i g. 5 ist ein Kondensatorband dargestellt, das sich von dem in F i g. 4 dargestellten nur dadurch unterscheidet, daß nur auf der Metallschicht 11 eire Oxydschicht 12 erzeugt worden ist, wodurch ein unipolarer Kondensator hergestellt wird. An Stelle der Lackschichten 10 in F i g. 4 und 5 kann auch eine ionenleitende Substanz verwendet werden. Bei der anodischen Oxydation werden dann auf beiden Seiten der Metallbeläge 11 und 14 Oxydschichten gebildet, und die Volumenkapazität erhöht sich auf das Doppelte.
• In F i g. 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Hierbei wird auf einer Trägerfolie eine erste Lackschicht 15 aufgetragen, die entweder aus einem Stoff mit guter Ionenleitfähigkeit oder aus einem Stoff hoher mechanischer Festigkeit bestehen kann. Hierauf werden dann abwechselnd Metallschichten 16, 20, 24, 28, 32, 36 und 40 aufgebracht, vorzugsweise aufgedampft oder aufgestäubt, und dazwischen ionenleitende Lackschichten 18, 22, 26, 30, 34 und 38 aufgebracht. Durch anodische Oxydation werden auf den Ventilmetallschichten 16, 20, 24, 28, 32, 36 und 40 Oxydschichten 17, 19, 21, 23, 25, 27, 29, 31, 33, 35, 37 und 39 erzeugt.
• In F i g. 7 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt. Zur Herstellung eines Kondensators wird hierbei ein Kondensatorband ähnlich dem in den F i g. 4 und 5 dargestellten verwendet, bestehend aus einer ersten ionenleitenden Lackschicht 41, einem darauf aufgebrachten Metallbelag 43, der mit Oxydschichten 42 und 44 bedeckt ist, und einer zweiten ionenleitenden Lackschicht 45 und einem darauf aufgebrachten Metallbelag 47, der mit Oxydschichten 46 und 48 bedeckt ist. Darüber ist ein zweites ähnliches Kondensatorband angeordnet, bestehend aus zwei ionenleitenden Lackschichten 49 und 53 und aus zwei Metallbelägen 51 und 55, die von Oxydschichten 50, 52, 54 und 56 umgeben sind. Hierzu ist noch darauf hinzuweisen, daß, obwohl in der Darstellung in den F i g. 2 und 3 zwischen den Schichten 4 und 6 ein Spalt zu liegen scheint, die einzelnen Lagen direkt aufeinanderliegen, so daß zwischen den Schichten 4 und 6 der Ladungsträger ein leichter Übertritt gestattet ist. Sollten sich beim Wickeln trotzdem Hohlräume bilden, so können diese durch Imprägnierung des Kondensators mit einem flüssigen Elektrolyten, z. B. den für Elektrolytkondensatoren bekannten, ausgefüllt werden. Weiterhin kann, um die Ionenleitung an der Verbindungsstelle der beiden Kondensatorbänder zu verbessern, z. B. zwischen den beiden Bändern in F i g. 7 eine z. B. klebende gut ionenleitende Substanz 57 angeordnet werden. Es erweist sich als zweckmäßig, eine derartige Verklebung zu verwenden, wenn entweder zur Herstellung eines Kondensatorkörpers mehrere Bänder verwendet werden oder wenn, etwa bei einem Wickelkondensator, mehrere Lagen eines Bandes aufeinandergewickelt werden. Derartige Schwierigkeiten werden völlig vermieden, wenn die Belegungen beider Polarität in einem Band angeordnet werden und dafür gesorgt wird, daß beim Wickeln eines solchen Bandes gebildete Berührungsflächen im feldfreien Raum liegen.

Claims (15)

1. Patentansprüche: 1. Verfahren zur Herstellung eines elektrolytischen Kondensators, bei dem auf eine Trägerfolie eine erste Lackschicht aufgebracht wird, hierauf eine Metallschicht aufgebracht, vorzugsweise aufgedampft wird und über dieser Metallschicht gegebenenfalls weitere Lack- und Metallschichten aufgebracht werden und wobei die Trägerfolie vorzugsweise abgelöst wird und aus dem aus Metall- und Lackschichten bestehenden Band gegebenenfalls zusammen mit weiteren Bändern ein Kondensator, vorzugsweise Wickelkondensator hergestellt wird, wobei die Belegungen stirnseitig durch Aufspritzen von Kontaktschichten kontaktiert werden, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß mindestens ein Teil der Lackschichten aus einem ionenleitenden Stoff hergestellt wird und daß auf mindestens allen Metallschichten einer Polarität durch die Ionen der Lackschichten Ventihnetalloxydschichten anodisch formiert werden.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung polarer Kondensatoren die Belegungen der anderen Polarität aus einem Nichtventilmetall hergestellt werden.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Ventilmetall Aluminium verwendet wird.
4. 4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnkontaktierung durch Aufspritzen eines Ventilmetalls, vorzugsweise Aluminium, vorgenommen wird.
5. 5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere Lackschichten aus einem Stoff bestehen, der eine hohe mechanische Festigkeit besitzt.
6. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere Lackschichten aus einem Zelluloselack, z. B. Acetylzellulose, bestehen.
7. 7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Lack mit hoher Ionenleitfähigkeit ein solcher verwendet wird, dessen spezifischer Widerstand kleiner als 1010 Ohm - cm ist. B.
8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als ionenleitende Schicht ein aus einem synthetischen Harz bestehender Lack verwendet wird, der als Weichmacher einen Stoff hoher Ionenleitfähigkeit enthält.
9. 9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß als ionenleitende Schicht Gelatine verwendet wird, die mit einem Elektrolyten versetzt ist.
10. 10. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß auf eine Trägerfolie eine erste Lackschicht aufgetragen wird, hierauf vorzugsweise unter Freilassung eines Randstreifens ein Metallbelag aufgebracht wird, hierüber eine weitere Lackschicht aus einem Lack mit hoher Ionenleitfähigkeit aufgebracht wird und darüber vorzugsweise unter Freilassung eines Randstreifens und versetzt gegenüber dem ersten Metallbelag ein zweiter Metallbelag als Gegenbelegung aufgebracht wird und aus einem solchen Band vorzugsweise nach Abziehen von der Trägerfolie und gegebenenfalls mit weiteren Bändern ein Kondensator hergestellt wird, wobei die weiteren Schritte des Stirnkontaktierens, Formierens usw. durchgeführt werden.
11. 11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Lackschicht ebenfalls aus einem ionenleitenden Stoff besteht.
12. 12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Lackschicht aus Acetylzellulose besteht.
13. 13. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung mehrerer Bänder zur Herstellung eines Kondensators die einzelnen Bänder miteinander derart verbunden werden, daß an den Grenzflächen ein nur geringer Widerstand für die Ionen auftritt.
14. 14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Herstellung eines Kondensators aus einem oder mehreren Bändern durch Aufeinanderschichten, insbesondere Aufeinanderwickeln zwischen den einzelnen Lagen gutionenleitende, z. B. klebende Substanzen eingebracht werden, die an diesen Stellen den Widerstand vermindern.
15. 15. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Schichten derart angeordnet und gepolt werden, daß an den Grenzflächen aufeinanderliegender Bänder oder Wickellagen kein Ionenfluß stattfindet.