DE4103395A1 - Sinteranode fuer elektrolytkondensatoren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Sinteranode aus Ventilmetallpulver und wird vorzugsweise bei der Herstellung von Tantal-Elektrolytkondensatoren mit hohen Ladungsdichten und gleichzeitig hohen Nennspannungen angewendet.

Tantal-Elektrolytkondensatoren werden üblicherweise im Nennspannungsbereich zwischen 4 V und 50 V angeboten, in Ausnahmefällen bis 70 V. Begründet ist diese Tatsache in dem für das Erreichen günstiger elektrischer Parameter notwendigen Formierfaktor von 4 und der damit verbundenen Gefahr von elektrischen Durchschlägen während des Formierprozesses der porösen Sinteranoden bei höheren Spannungen.

Die Höhe der jeweiligen Durchschlagspannung hängt entscheidend von den Sinterbedingungen, von der Pulverqualität sowie von der Größe der Anode hinsichtlich ihrer Ladungsmenge ab. Die Pulverhersteller entwickeln für hohe Nennspannungen spezielle hochreine Tantalpulver mit vorwiegend kompakter Teilchenstruktur. Dabei ist jedoch unabhängig vom Reinheitsgrad der Pulver festzustellen, daß mit der Erhöhung der spezifischen Oberfläche und damit der Ladungsdichte der Pulver die Durchschlagsfestigkeit deutlich sinkt. Parallel dazu sinkt die Durchschlagsspannung mit größer werdender Anodenmasse exponentiell ab. Infolgedessen werden für Anoden mit 50 V Nennspannung Pulver mit einer Ladungsdichte von höchstens 4000 µC/g eingesetzt, während bereits Tantalpulver mit Ladungsdichten von 22 000 µC/g verfügbar sind.

Folgende Übersicht zeigt einige typische Tantalpulver und ihre Einsatzcharakteristik:

Der Einsatz hochkapazitiver Pulver für Nennspannungen von 50 bis 70 V würde eine Miniaturisierung der Anode auf etwa 1/4 bis 1/6 des gegenwärtigen Standes bedeuten.

Es ist eine bekannte Tatsache, daß mit der Erhöhung der Ladungsdichte der Sinteranode der Verlustfaktor des Kondensators vorwiegend aufgrund ohmscher Verluste des Elektrolyten im Porensystem ansteigt. Dieser Tendenz wird versucht entgegenzuwirken, indem die äußere Oberfläche der Anode möglichst groß bezüglich des Volumens gewählt wird (DE-OS 28 35 022). So sind Anoden mit sternförmigen Querschnitten, U- bzw. W-förmigen Querschnitten u. a. bekannt. Die Realisierung scheiterte entweder an der komplizierten und kaum beherrschbaren Formgebung oder an dem Nachteil dieser Bauformen, ein relativ großes Volumen einzunehmen.

Ziel der Erfindung ist es, eine technisch einfache und technologisch kostengünstige Sinteranode für Elektrolytkondensatoren zu entwickeln.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Sinteranode zu schaffen, die die mit der Vergrößerung der Nennladung und der Ladungsdichte verbundene Verringerung der möglichen Nennspannung und die Erhöhung des Verlustfaktors von Elektrolytkondensatoren beseitigt.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, indem die Anode aus mehreren einzelnen Teilbereichen besteht, die eine Porosität entsprechend der jeweiligen Pulversorte besitzen, durch Sinterbrücken miteinander verbunden sind und zwischen denen ein bis an die Oberfläche reichendes Porensystem besteht, wobei die Abmessungen dieser Poren ein Vielfaches der Abmessungen der Poren in den Teilbereichen besitzen. Dabei weist ein einzelner Teilbereich die Eigenschaften einer anschlußlosen Anode auf, und diese entstehende anschlußlose Anode kann wiederum anschlußlos als Teilbereich einer Anode fungieren. Die Teilbereiche bestehen aus vorgesintertem Preßgranulat des Ventilmetallpulvers.

Durch das Vorhandensein "breiter" Strompfade bis in das Innere der Anode wird beim Formieren eine Durchschlagsfestigkeit erreicht, die ähnlich der von Einzelanoden mit kleiner Masse entsprechend der Größe der verwendeten Teilbereiche ist und von der konkreten Beschaffenheit des übergeordneten Porensystems abhängt. Gleichzeitig sinken durch diese "breiten" Strompfade die Ohmschen Verluste im Elektrolyten deutlich ab, so daß kleinere Verlustfaktoren erreicht werden.

Ausführungsbeispiel

Die erfindungsgemäße Lösung soll an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Aus Tantalpulver 18 000 werden zylindrische Anoden ohne Anschluß folgendermaßen gepreßt:

Durchmesser: 0,8 mm,
Höhe: 0,8 mm,
Einwaage: 2,5 mg,
Preßdichte: 4,9 g/cm³.

Anschließend werden diese Körper 10 min. bei 1270°C im Hochvakuum geglüht, so daß als Resultat ein vorgeglühtes Preßgranulat aus PL 18 000 entsteht. Aus diesem Preßgranulat werden zylindrische Anoden mit einem Durchmesser von 3,8 mm gepreßt, die durch einen axial eingepreßten Tantaldraht kontaktiert werden. Die Einwaage beträgt 250 mg. Die Anoden werden 10 min. bei 1600°C im Hochvakuum gesintert. Die Sinterparameter werden so gewählt, daß das Pulver nicht "ausgesintert" ist, also mit schlechten Restströmen und niedrigen Durchschlagsspannungen zu rechnen ist. Folgende elektrische Parameter werden dabei erreicht:

Ladungsdichte: 15 000 µC/g,
spez. Reststrom: 2,5×10 µA/µC,
Durchschlagspannung: 280 V,
Gesamtladung: 3770 µC.

Damit wird eine wesentliche Erhöhung der Durchschlagfestigkeit sowie eine Verringerung des Verlustfaktors erreicht.

Claims (3)

1. Sinteranode für Elektrolytkondensatoren aus miteinander verpreßten und gesinterten Ventilmetallpulverteilchen mit einem das Sinterskelett kontaktierenden elektrischen Anschluß, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode aus mehreren einzelnen Teilbereichen besteht, die eine Porosität entsprechend der jeweiligen Pulversorte besitzen, durch Sinterbrücken miteinander verbunden sind und zwischen denen ein bis ein die Oberfläche reichendes Porensystem besteht, wobei die Abmessungen dieser Poren ein Vielfaches der Abmessungen der Poren in den Teilbereichen besitzen.

2. Sinteranode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein einzelner Teilbereich die Eigenschaften einer anschlußlosen Anode besitzt und diese entstehende anschlußlose Anode wiederum anschlußlos als Teilbereich einer Anode fungieren kann.

3. Sinteranode nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilbereiche aus vorgesintertem Preßgranulat des Ventilmetallpulvers bestehen.