DE3914000C2 - Verfahren zum Herstellen einer aufgerauhten Aluminiumfolie - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer aufgerauhten Aluminiumfolie, insbesondere Anodenfolie für Niedervoltelektrolytkondensatoren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

In Aluminium-Elektrolytkondensatoren werden zur Erhöhung der Volumenkapazität elektrolytisch aufgerauhte Anodenfolien eingesetzt. Es ist bekannt, daß durch Anwendung von Impulsströmen hohe Folienrauhungen bei hoher Biegefestigkeit erreicht werden können.

Aus der US 45 88 486 ist ein Ätzverfahren mit gepulsten Gleichströmen bekannt, wobei Ätzbäder verwendet werden, die Natriumchlorid und Natriumsulfat enthalten.

Ferner ist aus der EP 00 54 990 A1 eine Impulsätzung mit Wechselstrom bekannt, die in einem Bad durchgeführt wird, das Natriumchlorid enthält.

Die bei den genannten Impulsstrom-Ätzverfahren eingesetzten Natriumchlorid-Ätzelektrolyte sind neutral oder schwach sauer. Dadurch fällt das bei der Ätzung abgelöste Al³⁺ als Al(OH)₃-Schlamm aus.

Hierdurch entstehen eine Reihe von Schwierigkeiten, wie z. B. erforderliche Maßnahmen zur Verhinderung bzw. Beseitigung von Al(OH)₃ Bodensatz im Tank, häufige Badreinigung, Gefahr von Schleifspuren oder Eindrücken auf der Folie durch angesammeltes, festsitzendes Al(OH)₃, aufwendige Infrastruktur mit Ansatzbehältern, Elektrolytkreislauf und Filterpressen oder Zentrifugen.

Aus der DE 32 42 622 C1 ist ein Verfahren zum elektrolytischen Ätzen von Aluminiumfolien für Elektrolytkondensatoren bekannt, bei dem die Folien in Ätzlösungen mit Chlorid-Ionen behandelt werden. Als Lösungsmittel wird ein Gemisch aus Ethylenglycol und Wasser vorgeschlagen. Die Chlorid-Ionen liegen in Form von vorzugsweise NaCl oder AlCl₃ mit einer Chlorid-Ionen-Konzentration von 2,5 bis 4 val/l vor. Die Ätzung erfolgt mit einem glatten oder modulierten Gleich- oder Wechselstrom, bevorzugt einem glatten Gleichstrom mit einer Stromdichte von 0,2 bis 0,8 A/cm².

Aus der EP 0 165 318 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung einer Anodenfolie für Aluminium-Elektrolytkondensatoren bekannt, bei dem unter Anwendung eines gepulsten Stroms mit einer positiven Stromdichte von 1 bis 5 A/cm², einer negativen Stromdichte von 0,1 bis 1 A/cm², einer Frequenz von 5 bis 100 Hz und einem Tastverhältnis von 0,4 bis 0,95 gleichzeitig eine Ätzung und die Aufbringung der dielektrisch wirksamen Oxidschicht durchgeführt werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Herstellen einer aufgerauhten Aluminiumfolie anzugeben, das bei gleichmäßiger Ätzeindringtiefe eine ähnliche oder sogar höhere Aufrauhung als die bekannten Verfahren liefert, ohne daß Al(OH)₃-Schlamm ausfällt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Verfahren zum Herstellen einer aufgerauhten Aluminiumfolie, insbesondere Anodenfolie für Niedervoltelektrolytkondensatoren durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.

Bei diesem Verfahren ergibt sich der Vorteil, daß durch den niedrigen pH-Wert des genannten Elektrolyts das abgelöste Al³⁺ in Lösung bleibt, so daß im elektrolytischen Bad kein Schlamm anfällt. Ein weiterer Vorteil ergibt sich dadurch, daß durch Zulauf von HCl und Wasser die Badlösung auf einfache Weise in ihrer Zusammensetzung konstant gehalten werden kann.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des geschilderten Verfahrens sind in den Unteransprüchen angeführt.

Die Erfindung wird anhand der folgenden Ausführungsbeispiele erläutert, die Ätzverfahren mit 110 µm dicken, geglühten Folien der Reinheit Al 99,99 betreffen.

Bei einer herkömmlichen Wechselstrom-Impulsätzung wurden die Folien in einem üblichen NaCl-Elektrolyt behandelt, der 4,5 N NaCl bei 75°C enthielt. Die Ätzstromfrequenz betrug 100 Hz und das Tastverhältnis 0,9. Einer anodischen Stromdichte von 0,8 A/cm² stand eine kathodische Stromdichte von 80 mA/cm² gegenüber, wobei die anodische Ätzladung 100 C/cm² betrug.

Ausführungsbeispiel 1

Die Folien wurden einer Wechselstrom-Impulsätzung in einem feststofffreien Elektrolyt unterzogen, der 1,5 N HCl und 1,5 N AlCl₃ bei 73°C enthielt. Die Ätzstromfrequenz betrug 100 Hz bei einem Tastverhältnis von 0,9. (Anodische Stromdichte 0,9 A/cm², kathodische Stromdichte 0,1 A/cm² und anodische Ätzladung 100 C/cm².)

Ausführungsbeispiel 2

Eine Wechselstrom-Impulsätzung mit gleichen Kennwerten wie im Ausführungsbeispiel 1 wurde in einem feststofffreien Elektrolyt der Zusammensetzung 1,5 N HCl, 1,5 N AlCl₃ und 0,05 M SO₄^2- bei 73°C durchgeführt.

In der folgenden Tabelle sind im Vergleich mit einem NaCl-Elektrolyt spezifische Kapazität C_A und Anzahl der Biegewechsel bei den gemäß Ausführungsbeispielen 1 und 2 hergestellten Folien enthalten.

Der Tabelle ist zu entnehmen, daß durch Optimierung der Ätzlösung bezüglich der Parameter HCl-Konzentration (pH-Wert), Al³⁺-Konzentration, Cl^--Konzentration und Temperatur die gewünschten Folieneigenschaften (hohe Kapazität, hohe Biegewechselanzahl) in gleicher Art wie mit den üblichen NaCl-Elektrolyten erhalten werden, ohne daß im Bad Al(OH)₃-Schlamm ausfällt.

Werden Folien mit geeigneter Stromdichte, Frequenz und geeignetem Tastverhältnis in derartigen HCl-Elektrolyten geätzt, so erhält man Anoden mit gleichmäßiger Ätzeindringtiefe, die jedoch bei niederen Formierspannungen (10 V) im Vergleich zu Ätzungen im NaCl-Elektrolyt ca. 15% geringere Kapazitätswerte aufweisen. Bei mittleren Formierspannungen (40 V) wird die gleiche Aufrauhung erreicht und im oberen Formierspannungsbereich (150 V) nimmt die Anodenkapazität zu.

Fügt man der optimierten HCl-AlCl₃-Ätzlösung geringe Mengen von Anionen zu, welche die Passivierung des Aluminiums in Ausschaltphasen bzw. kathodischen Phasen der Impulsätzung verstärken (z. B. SO₄^2-), so erhält man Folien, die im gesamten Niedervolt-Spannungsbereich höhere Kapazitätswerte aufweisen als die in üblichen NaCl-Elektrolyten geätzten Folien.

Allerdings sollte die SO₄^2--Konzentration nicht den Wert von 0,07 M überschreiten, da bei höheren Werten und bei Formierspannungen <30 V die Anodenkapazitäten sonst wieder abnimmt.

Claims (4)

1. Verfahren zum Herstellen einer aufgerauhten Aluminiumfolie, insbesondere Anodenfolie für Niedervolt-Elektrolytkondensatoren, indem die Folie in einem Ätzelektrolyt behandelt wird, der Salzsäure und Aluminiumchlorid enthält, dadurch gekennzeichnet, daß der Ätzelektrolyt eine Zusammensetzung von 1 N bis 2 N, vorzugsweise 1,5 N HCl, 1 N bis 2 N, vorzugsweise 1,5 N AlCl₃ und 0,01 M bis 0,07 M, vorzugsweise 0,05 M SO₄^2- aufweist und daß die Behandlung mit einem Impuls-Wechselstrom durchgeführt wird, der eine Ätzstromfrequenz von 80 bis 100 Hz, vorzugsweise 100 Hz besitzt, wobei die anodische Stromdichte 0,8 bis 1,0 A/cm², vorzugsweise 0,9 A/cm² und die kathodische Stromdichte 0,08 bis 0,12 A/cm², vorzugsweise 0,1 A/cm² betragen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie in einem Ätzelektrolyten der Temperatur 68°C bis 78°C, vorzugsweise 73°C behandelt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch die Verwendung einer geglühten Aluminiumfolie der Reinheit Al 99,99 bis Al 99,95.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Tastverhältnis 0,9 beträgt.