JP7029675B2 - 電極箔の製造方法および電解コンデンサの製造方法 - Google Patents

電極箔の製造方法および電解コンデンサの製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、電極箔の製造方法および電解コンデンサの製造方法に関し、特に耐電圧性および静電容量の向上に関する。
電解コンデンサの陽極体として、弁作用金属を含む金属箔が用いられる。電解コンデンサの容量を増加させるために、金属箔の主面の全部または一部にはエッチングが施される。通常、その後、金属箔を化成処理して、エッチングにより形成された凹凸の表面に金属酸化物（誘電体）の層が形成される。
特許文献１は、化成処理に替えて、エッチングされた金属箔の表面に、原子層堆積法により、誘電体層を形成することを教示している。
特開２０１２－４３９６０号公報
しかし、特許文献１の方法では、電解コンデンサの容量の増加が十分ではなく、耐電圧性も低い。
すなわち、本発明の第１の局面に係る電極箔の製造方法は、第１金属を含む金属箔と、前記金属箔上に配置された第１誘電体層と、前記第１誘電体層上に配置された第２誘電体層を備えた電極箔の製造方法であって、金属箔を粗面化する工程と、前記粗面化した前記金属箔の表面に、原子層堆積法により、第２金属の酸化物を含む第２誘電体層を形成する工程と、前記金属箔を化成して、前記金属箔と前記第２誘電体層との間に、前記第１金属の酸化物を含む第１誘電体層を形成する工程と、を備える。
本発明の第２の局面に係る電解コンデンサの製造方法は、第１金属を含む金属箔と、前記金属箔上に配置された第１誘電体層と、前記第１誘電体層上に配置された第２誘電体層を備えた電極箔を含む電解コンデンサの製造方法であって、金属箔を粗面化する工程と、前記粗面化した前記金属箔の表面に、原子層堆積法により、第２金属の酸化物を含む第２誘電体層を形成する工程と、前記金属箔を化成して、前記金属箔と前記第２誘電体層との間に、前記第１金属の酸化物を含む第１誘電体層を形成し、電極箔を得る工程と、前記電極箔に電解液を含浸させる工程および第２誘電体層の表面に固体電解質層を形成する工程の少なくとも一方の工程と、を備える。
本発明によれば、容量が大きく、耐電圧性に優れる電解コンデンサを得ることができる。
本発明の実施形態に係る方法により製造される電極箔の表面部分を拡大して示す断面図である。 本発明の実施形態に係る方法により製造される電解コンデンサの要部の構成を説明するための展開図である。 本発明の実施形態に係る方法により製造される電解コンデンサの断面模式図である。 実施例および比較例における漏れ電流を示すグラフである。
本実施形態に係る製造方法により得られる電極箔は、粗面化された金属箔に形成されたピットの深部（さらには最深部）の表面まで被覆する２つの誘電体層を備える。このような電極箔は、第１金属を含む金属箔を準備する工程（第１工程）と、金属箔を粗面化する工程（第２工程）と、粗面化した金属箔の表面に、原子層堆積法により、第２金属の酸化物を含む第２誘電体層を形成する工程（第３工程）と、第２誘電体層が形成された金属箔を化成して、金属箔と第２誘電体層との間に、第１金属の酸化物を含む第１誘電体層を形成する工程（第４工程）と、を備える方法により製造される。この方法により製造される電極箔は、電解コンデンサの容量が増加するとともに、金属箔の自然電位が上がって、耐電圧性が向上する。以下、本実施形態に係る電極箔の製造方法について、工程ごとに説明する。
［電極箔の製造方法］
（１）金属箔を準備する工程（第１工程）
まず、第１金属を含む金属箔を準備する。第１金属の種類は特に限定されないが、第１誘電体層の形成が容易である点から、アルミニウム（Ａｌ）、タンタル（Ｔａ）、ニオブ（Ｎｂ）などの弁作用金属または弁作用金属を含む合金を用いることが好ましい。金属箔の厚みは特に限定されないが、例えば、１５μｍ以上、３００μｍ以下である。
（２）金属箔を粗面化する工程（第２工程）
次に、金属箔の表面を粗面化する。粗面化により、金属箔の表面に複数のピットが形成される。粗面化は、金属箔をエッチング処理することにより行うことが好ましい。エッチング処理は、例えば、直流電流による直流エッチングまたは交流電流による交流エッチングにより行われる。
金属箔の表面に形成されるピットの孔径は特に限定されないが、表面積を大きくできる点および第２誘電体層がピットの深部にまで形成され易い点で、５０～２０００ｎｍであることが好ましい。ピットの孔径とは、例えば水銀ポロシメータで測定される細孔分布の最頻度孔径である。ピットの深さも特に限定されず、金属箔の厚みに応じて適宜設定すればよい。なかでも、表面積を大きくできる点および電極箔の強度保持の観点から、ピットの深さ（ピットが形成されているエッチング領域の厚みＤ）は、エッチングされる前の金属箔の厚みの１／１０以上、４／１０以下であることが好ましい。エッチング領域の厚みＤは、金属箔の断面のＳＥＭあるいはＴＥＭ画像における、任意の１０点の平均値である。以下、第１誘電体層および第２誘電体層の厚みも同様にして算出される。
（３）第２誘電体層を形成する工程（第３工程）
粗面化した金属箔の表面に、第２金属の酸化物を含む第２誘電体層を形成する。このとき、第２金属の酸化物は、原子層堆積法により、金属箔の表面に堆積される。第２誘電体層の厚みは特に限定されないが、例えば、０．５ｎｍ以上、２００ｎｍ以下である。
原子層堆積法（Atomic Layer Deposition：ＡＬＤ法）は、対象物が配置された反応室に第２金属を含む原料ガスと酸化剤とを交互に供給して、対象物の表面に第２金属の酸化物を含む層（第２誘電体層）を形成する製膜法である。ＡＬＤ法では、自己停止（Self-limiting）作用が機能するため、第２金属は原子層単位で対象物の表面に堆積する。そのため、原料ガスの供給→原料ガスの排気（パージ）→酸化剤の供給→酸化剤の排気（パージ）を１サイクルとしたサイクル数により、第２誘電体層の厚みは制御される。つまり、ＡＬＤ法は、形成される層の厚みを制御し易い点で好ましい方法である。さらに、４００～９００℃の温度条件で行われる化学気相成長法（ＣＶＤ）に対して、ＡＬＤ法は１００～４００℃の温度条件で行うことができる。つまり、ＡＬＤ法は、金属箔への熱的ダメージを抑制することができる点でも好ましい。
ＡＬＤ法では、ピットの孔径が例えば１０ｎｍ程度あれば、ピットの深部の表面に薄膜を形成することができる。上記のとおり、金属箔の表面に形成されるピットは、通常、５０ｎｍ以上の孔径を有する。そのため、ＡＬＤ法によれば、孔径が小さく深いピット、すなわち、アスペクト比の大きなピットの深部の表面にも第２誘電体層を形成することができる。
例えば、ＡＬＤ法によれば、エッチング領域のうち、エッチング領域の表面から０．５Ｄまでの表面領域における第２金属の濃度Ｃ１と、エッチング領域の残部である深部領域における第２金属の濃度Ｃ２との比：Ｃ２／Ｃ１が、０．５～１．２になるように、第２誘電体層を形成することができる。第２金属の濃度は、第２誘電体層を備える金属箔の断面の分析、例えば、エネルギー分散型Ｘ線分光法（ＥＤＸ）を用いた元素マッピングにより算出できる。
第２金属としては、Ａｌ、Ｔａ、Ｎｂ、ケイ素（Ｓｉ）、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）等が挙げられる。これらは、単独で、あるいは２種以上組み合わされてもよい。すなわち、第２誘電体層には、Ａｌ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ５、Ｎｂ２Ｏ５、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、ＨｆＯ２が単独で、あるいは２種以上組み合わされて含まれ得る。第２誘電体層が２種以上の第２金属の酸化物を含む場合、各酸化物は混在していてもよいし、それぞれ層状に配置されていてもよい。なかでも、第２金属は、金属箔に含まれる第１金属とは異なる金属種であることが好ましい。特に、得られる電解コンデンサの容量が増加する点で、第２金属の酸化物は、第１金属の酸化物よりも高い比誘電率を有することが好ましい。また、電解コンデンサの耐電圧が向上する点で、第２金属の酸化物は、Ｔａ２Ｏ５、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２であることが好ましい。
酸化剤としては、従来、ＡＬＤ法で用いられている酸化剤を使用することができる。酸化剤としては、例えば、水、酸素、オゾン等が挙げられる。酸化剤は、酸化剤を原料とするプラズマとして反応室に供給されてもよい。
第２金属は、第２金属を含むプリカーサ（前駆体）をガス化して、反応室に供給される。プリカーサは、第２金属を含む有機金属化合物であり、これにより、第２金属は対象物に化学吸着し易くなる。プリカーサとしては、従来、ＡＬＤ法で用いられている各種の有機金属化合物を使用することができる。
Ｔｉを含むプリカーサとしては、例えば、ビス（ｔ－ブチルシクロペンタジエニル）チタン（ＩＶ）ジクロライド（Ｃ１８Ｈ２６Ｃｌ２Ｔｉ）、テトラキス（ジメチルアミノ）チタン（ＩＶ）（[（ＣＨ３）２Ｎ]４Ｔｉ、ＴＤＭＡＴ）、テトラキス（ジエチルアミノ）チタン（ＩＶ）（[（Ｃ２Ｈ５）２Ｎ]４Ｔｉ）、テトラキス（エチルメチルアミノ）チタン（ＩＶ）（Ｔｉ［Ｎ（Ｃ２Ｈ５）（ＣＨ３）］４）、チタン（ＩＶ）（ジイソプロポキシド－ビス（２，２，６，６－テトラメチル－３，５－ヘプタンジオネート（Ｔｉ[ＯＣＣ（ＣＨ３）３ＣＨＣＯＣ（ＣＨ３）３]２（ＯＣ３Ｈ７）２）、四塩化チタン（ＴｉＣｌ４）、チタン（ＩＶ）イソプロポキシド（Ｔｉ［ＯＣＨ（ＣＨ３）２］４）、チタン（ＩＶ）エトキシド（Ｔｉ［Ｏ（Ｃ２Ｈ５）］４）等が挙げられる。
Ａｌを含むプリカーサとしては、例えば、トリメチルアルミニウム（（ＣＨ３）３Ａｌ）等が挙げられる。Ｚｒを含むプリカーサとしては、例えば、ビス（メチル－η５－シクロペンタジエニル）メトキシメチルジルコニウム（Ｚｒ（ＣＨ３Ｃ５Ｈ４）２ＣＨ３ＯＣＨ３）、テトラキス(ジメチルアミド)ジルコニウム（ＩＶ）（［（ＣＨ３）２Ｎ］４Ｚｒ）、テトラキス（エチルメチルアミド）ジルコニウム（ＩＶ）（Ｚｒ（ＮＣＨ３Ｃ２Ｈ５）４）、ジルコニウム（ＩＶ）ｔ－ブトキシド（Ｚｒ［ＯＣ（ＣＨ３）３］４）等が挙げられる。Ｎｂを含むプリカーサとしては、例えば、ニオブ（Ｖ）エトキシド（Ｎｂ（ＯＣＨ２ＣＨ３）５ ）、トリス（ジエチルアミド）（ｔ－ブチルイミド）ニオブ（Ｖ）（Ｃ１６Ｈ３９Ｎ４Ｎｂ）等が挙げられる。
Ｓｉを含むプリカーサとしては、例えば、Ｎ－ｓｅｃ－ブチル（トリメチルシリル）アミン（Ｃ７Ｈ１９ＮＳｉ）、１，３－ジエチル－１，１，３，３－テトラメチルジシラザン（Ｃ８Ｈ２３ＮＳｉ２）、２，４，６，８，１０－ペンタメチルシクロペンタシロキサン（（ＣＨ３ＳｉＨＯ）５）、ペンタメチルジシラン（（ＣＨ３）３ＳｉＳｉ（ＣＨ３）２Ｈ）、トリス（イソプロポキシ）シラノール（［（Ｈ３Ｃ）２ＣＨＯ］３ＳｉＯＨ）、クロロペンタンメチルジシラン（（ＣＨ３）３ＳｉＳｉ（ＣＨ３）２Ｃｌ）、ジクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２）、トリジメチルアミノシラン（Ｓｉ［Ｎ（ＣＨ３）２］４）、テトラエチルシラン（Ｓｉ（Ｃ２Ｈ５）４）、テトラメチルシラン（Ｓｉ（ＣＨ３）４）、テトラエトキシシラン（Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）４）、ドデカメチルシクロヘキサシラン（（Ｓｉ（ＣＨ３）２）６）、四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ４）、四臭化ケイ素（ＳｉＢｒ４）等が挙げられる。
Ｔａを含むプリカーサとしては、例えば、トリス（エチルメチルアミド）（ｔ－ブチルアミド）タンタル（Ｖ）（Ｃ１３Ｈ３３Ｎ４Ｔａ）、タンタル（Ｖ）ペンタエトキシド（Ｔａ（ＯＣ２Ｈ５）５）、トリス（ジエチルアミド）（ｔ－ブチルイミド）タンタル（Ｖ）（（ＣＨ３）３ＣＮＴａ（Ｎ（Ｃ２Ｈ５）２）３）、ペンタキス(ジメチルアミノ)タンタル（Ｖ）（Ｔａ（Ｎ（ＣＨ３）２）５）等が挙げられる。
Ｈｆを含むプリカーサとしては、例えば、ハフニウムテトラクロライド（ＨｆＣｌ４）、テトラキスジメチルアミノハフニウム（Ｈｆ［Ｎ（ＣＨ３）２］４）、テトラキスエチルメチルアミノハフニウム（Ｈｆ［Ｎ（Ｃ２Ｈ５）（ＣＨ３）］４）、テトラキスジエチルアミノハフニウム（Ｈｆ［Ｎ（Ｃ２Ｈ５）２］４）、ハフニウム－ｔ－ブトキシド（Ｈｆ［ＯＣ（ＣＨ３）３］４）等が挙げられる。
（４）第１誘電体層を形成する工程（第４工程）
続いて、第２誘電体層が形成された金属箔を化成する。これにより、例えば図１に示すように、金属箔１１と第２誘電体層１２２との間に、金属箔１１を構成する第１金属の酸化物を含む第１誘電体層１２１が形成される。第１誘電体層１２１は、金属箔１１を化成することによって形成されるため、ピット１１ａの最深部の表面にまで形成される。
ＡＬＤ法によれば、薄く均一な第２誘電体層１２２が形成され得る。しかし、実際にはピット１１ａの内部（特に最深部）の表面において、ピンホール等の欠陥を有する場合がある。そこで、第２誘電体層１２２が形成された金属箔１１を化成処理する。これにより、イオン化した第１金属が第２誘電体層１２２にまで拡散する。第２誘電体層１２２に拡散した第１金属によって、第２誘電体層１２２の欠陥が修復される。その結果、誘電体層１２全体として、ピンホールのない均一な厚みを備える層が形成される。よって、電解コンデンサの容量が増大するとともに、金属箔１１の自然電位が上がって、耐電圧性が向上する。第１誘電体層１２１の厚みは特に限定されない。
化成処理により、第２誘電体層１２２の欠陥が修復されることは、化成処理後の第２誘電体層１２２が、第２金属に加えて第１金属を含むとともに、形成される第１誘電体層１２１の厚みが薄くなることからわかる。例えば、第１誘電体層１２１の厚みは、第２誘電体層１２２を有しない金属箔１１を同じ条件で化成した場合と比較して、薄くなる。さらに、第２誘電体層１２２が厚くなるほど、第１誘電体層１２１の厚みは薄くなる。厚い第２誘電体層１２２によって、化成処理の際の第１金属の溶出が抑制されるとともに、第１金属によって修復されるべき第２誘電体層１２２の欠陥が多くなるためであると考えられる。そのため、第１金属の酸化物よりも高い比誘電率を有する第２金属の酸化物を含む第２誘電体層１２２を形成し、その後、金属箔１１を化成して第１誘電体層１２１を形成する場合、得られる電解コンデンサの容量をさらに増大させることができる。比誘電率の低い第１金属を含む第１誘電体層１２１が、薄くなるためである。
金属箔１１を化成する方法は特に限定されず、例えば、金属箔１１をアジピン酸アンモニウム溶液などの化成液に浸漬して、電圧を印加すること（陽極酸化）により行われる。第１誘電体層１２１の厚みは、陽極酸化の際の印加電圧に応じて変化する。
このようにして得られる第２誘電体層１２２の厚みＴ２と第１誘電体層１２１の厚みＴ１との比は特に限定されず、用途および所望の効果等に応じて適宜設定すればよい。例えば、厚みの比：Ｔ１／Ｔ２は、０．０１程度であってもよいし、３０以上であってもよい。第２誘電体層１２２と第１誘電体層１２１との合計の厚みは、第２誘電体層１２２を有しない金属箔１１を同じ条件で化成して形成される第１金属を含む誘電体層の厚みと同程度になる場合もある。なお、第１金属と第２金属とは、これらの複合酸化物として第２誘電体層１２２に含まれ得る。換言すれば、第２誘電体層１２２に第１金属と第２金属との複合酸化物が含まれる場合、金属箔１１に対して、上記の第３工程および第４工程がこの順に行われたといえる。
［電解コンデンサ］
電極箔１０を陽極体として備える電解コンデンサは、例えば、上記の第１工程～第４工程により製造される電極箔１０に、電解液を含浸させる工程および／または第２誘電体層１２２の表面に固体電解質層を形成する第５工程を行うことにより製造される。
（５）電極箔に電解液を含浸させる工程および／または第２誘電体層の表面に固体電解質層を形成する工程（第５工程）
第５工程では、電極箔１０に電解液を含浸させるか、または、電極箔１０の第２誘電体層１２２の表面に固体電解質層を形成する。電解液の含浸工程および固体電解質層の形成工程の両方を行う場合、固体電解質層の形成工程の後、電解液の含浸工程を行う。
電極箔１０に含浸させる電解液としては、非水溶媒であってもよく、非水溶媒とこれに溶解させたイオン性物質（溶質、例えば、有機塩）との混合物であってもよい。非水溶媒は、有機溶媒でもよく、イオン性液体でもよい。非水溶媒としては、高沸点溶媒が好ましい。例えば、エチレングリコール、プロピレングリコールなとの多価アルコール類、スルホランなどの環状スルホン類、γ－ブチロラクトンなどのラクトン類、Ｎ－メチルアセトアミド、Ｎ，Ｎ－ジメチルホルムアミド、Ｎ－メチル－２－ピロリドンなどのアミド類、酢酸メチルなどのエステル類、炭酸プロピレンなどのカーボネート化合物、１，４－ジオキサンなどのエーテル類、メチルエチルケトンなどのケトン類、ホルムアルデヒドなどを用いることができる。有機塩とは、アニオンおよびカチオンの少なくとも一方が有機物を含む塩である。有機塩としては、例えば、マレイン酸トリメチルアミン、ボロジサリチル酸トリエチルアミン、フタル酸エチルジメチルアミン、フタル酸モノ１，２，３，４－テトラメチルイミダゾリニウム、フタル酸モノ１，３－ジメチル－２－エチルイミダゾリニウムなどを用いてもよい。
固体電解質層は、例えば、マンガン化合物や導電性高分子を含む。すなわち、電極箔１０に接触させる電解質は、マンガン化合物や導電性高分子を含む。導電性高分子として、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアニリンおよびこれらの誘導体などを用いることができる。導電性高分子を含む固体電解質層は、例えば、原料モノマーを第２誘電体層１２２上で化学重合および／または電解重合することにより、形成することができる。あるいは、導電性高分子が溶解した溶液、または、導電性高分子が分散した分散液を、第２誘電体層１２２に塗布することにより、形成することができる。
第５工程は、図２に示すような捲回体１００を作製した後、行ってもよい。図２は、捲回体１００の構成を説明するための展開図である。
捲回体１００の作製に際して、まず、陰極体２０を準備する。
陰極体２０にも、電極箔１０（陽極体）と同様、金属箔を用いることができる。金属の種類は特に限定されないが、Ａｌ、Ｔａ、Ｎｂなどの弁作用金属または弁作用金属を含む合金を用いることが好ましい。必要に応じて、陰極体２０の表面を粗面化してもよい。また、陰極体２０の表面は、化成皮膜が設けられていてもよく、陰極体２０を構成する金属とは異なる金属（異種金属）や非金属の被膜が設けられていてもよい。異種金属や非金属としては、例えば、Ｔｉのような金属やカーボンのような非金属などを挙げることができる。
次に、電極箔１０と陰極体２０とを、セパレータ３０を介して捲回する。このとき、各電極には、リードタブ５０Ａまたは５０Ｂの一方の端部がそれぞれ接続しており、リードタブ５０Ａおよび５０Ｂを巻き込みながら、各電極は捲回される。リードタブ５０Ａおよび５０Ｂの他方の端部には、リード線６０Ａおよび６０Ｂがそれぞれ接続している。リード線６０Ａおよび６０Ｂの材料についても特に限定されず、導電性材料であればよい。
セパレータ３０は特に限定されず、例えば、セルロース、ポリエチレンテレフタレート、ビニロン、アラミド繊維などを主成分とする不織布を用いることができる。リードタブ５０Ａおよび５０Ｂの材料も特に限定されず、導電性材料であればよい。リードタブ５０Ａおよび５０Ｂは、その表面が化成処理されていてもよい。また、リードタブ５０Ａおよび５０Ｂの封止部材２１２（図３参照）と接触する部分や、リード線６０Ａまたは６０Ｂとの接続部分は、樹脂材料で覆われていてもよい。
次に、巻回された電極箔１０、陰極体２０およびセパレータ３０のうち、最外層に位置する陰極体２０の外側表面に、巻止めテープ４０を配置し、陰極体２０の端部を巻止めテープ４０で固定する。なお、電極箔１０を大判の金属箔１１を裁断することによって準備した場合には、電極箔１０の裁断面に誘電体層を設けるために、得られた捲回体１００に対し、さらに化成処理を行ってもよい。
捲回体１００に電解質を接触させる方法は、特に限定されない。例えば、容器に収容された電解質に、捲回体１００を浸漬させる方法や、電解質を捲回体１００に滴下する方法などを用いることができる。含浸は、減圧下、例えば１０ｋＰａ～１００ｋＰａ、好ましくは４０ｋＰａ～１００ｋＰａの雰囲気で行ってもよい。
次に、捲回体１００を封止することにより、図３に示すような電解コンデンサ２００が得られる。図３は、本実施形態に係る製造方法により得られる電解コンデンサ２００の断面模式図である。電解コンデンサ２００は、例えば、以下のようにして製造される。まず、リード線６０Ａ、６０Ｂが有底ケース２１１の開口する上面に位置するように、捲回体１００を有底ケース２１１に収納する。有底ケース２１１の材料としては、アルミニウム、ステンレス鋼、銅、鉄、真鍮などの金属あるいはこれらの合金を用いることができる。
次に、リード線６０Ａ、６０Ｂが貫通するように形成された封止部材２１２を、捲回体１００の上方に配置し、捲回体１００を有底ケース２１１内に封止する。封止部材２１２は、絶縁性物質であればよい。絶縁性物質としては弾性体が好ましく、なかでも耐熱性の高いシリコーンゴム、フッ素ゴム、エチレンプロピレンゴム、ハイパロンゴム、ブチルゴム、イソプレンゴムなどが好ましい。
次に、有底ケース２１１の開口端近傍に、横絞り加工を施し、開口端を封止部材２１２にかしめてカール加工する。最後に、カール部分に座板２１３を配置することによって、封止が完了する。その後、定格電圧を印加しながら、エージング処理を行ってもよい。
上記の実施形態では、捲回型の電解コンデンサについて説明したが、本発明の適用範囲は上記に限定されず、他の電解コンデンサ、例えば、積層型の電解コンデンサにも適用することができる。
以下、実施例に基づいて、本発明をより詳細に説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。
《実施例１》
本実施例では、定格電圧２．０Ｖの巻回型の電解コンデンサ（Φ（直径）６．３ｍｍ×Ｌ（長さ）９．９ｍｍ）を作製した。以下に、電解コンデンサの具体的な製造方法について説明する。
（電極箔の作製）
厚さ１２０μｍのＡｌ箔を準備した。このＡｌ箔に直流エッチング処理を行い、表面を粗面化した。Ａｌ箔の表面には、厚み４０μｍのエッチング領域が形成されており、そのピットの孔径は１００～２００ｎｍであった。
次いで、ＡＬＤ法（温度：２００℃、プリカーサ：ＴＤＭＡＴ、酸化剤：Ｈ２Ｏ、圧力：１０Ｐａ、６０サイクル）により、Ａｌ箔の表面に第２誘電体層を形成した。続いて、Ａｌ箔に化成処理を施して第１誘電体層を形成し、電極箔を得た。化成処理は、アジピン酸アンモニウム溶液にＡｌ箔を浸漬し、これに４Ｖの電圧を印加することにより行った。その後、電極箔を裁断して、陽極体を準備した。
ＥＤＸによる元素分析の結果、第２誘電体層（厚み：２．５ｎｍ）には、ＴｉＯ２およびＴｉとＡｌとの複合酸化物が含まれており、第１誘電体層（厚み：約１１ｎｍ）にはＡｌ２Ｏ３が含まれていた。また、Ｔｉの濃度Ｃ１と濃度Ｃ２との比：Ｃ２／Ｃ１は１．０であった。
（陰極体の準備）
厚さ５０μｍのＡｌ箔にエッチング処理を行い、Ａｌ箔の表面を粗面化した。その後、Ａｌ箔を裁断して、陰極体を準備した。
（捲回体の作製）
陽極体および陰極体に陽極リードタブおよび陰極リードタブを接続し、陽極体と陰極体とを、リードタブを巻き込みながら、セパレータを介して捲回した。捲回体から突出する各リードタブの端部には、陽極リード線および陰極リード線をそれぞれ接続した。そして、作製された捲回体に対して、再度化成処理を行い、陽極体の切断された端部に誘電体層を形成した。次に、捲回体の外側表面の端部を巻止めテープで固定した。
（導電性高分子分散液の調製）
３，４－エチレンジオキシチオフェンと、ドーパントとしてのポリスチレンスルホン酸とを、イオン交換水に溶かした混合溶液を調製した。得られた混合溶液を撹拌しながら、イオン交換水に溶かした硫酸鉄（III）（酸化剤）を添加し、重合反応を行った。反応後、得られた反応液を透析して、未反応モノマーおよび過剰な酸化剤を除去し、約５質量％のポリスチレンスルホン酸がドープされたポリエチレンジオキシチオフェンを含む導電性高分子分散液を得た。
（固体電解質層の形成）
減圧雰囲気（４０ｋＰａ）中で、所定容器に収容された導電性高分子分散液に捲回体を５分間浸漬し、その後、導電性高分子分散液から巻回体を引き上げた。次に、導電性高分子分散液を含浸した捲回体を、１５０℃の乾燥炉内で２０分間乾燥させ、導電性高分子を含む固体電解質層を陽極体と陰極体との間に形成した。
（捲回体の封止）
固体電解質層を具備する捲回体を封止して、図３に示す電解コンデンサを完成させた。その後、定格電圧を印加しながら、１３０℃で２時間エージング処理を行った。
得られた電解コンデンサについて、静電容量および漏れ電流を測定した。また、１．０Ｖ／秒のレートで昇圧しながら電圧を印加し、０．５Ａの過電流が流れる破壊耐電圧を測定した。静電容量および破壊耐電圧の評価結果を表１に、漏れ電流の測定結果を図４に示す。表１には、比較例１の結果を１００とした場合の、各相対値も合わせて示した。
《実施例２》
ＡＬＤ法のサイクル数を１００回にしたこと以外は、実施例１と同様にして電解コンデンサを作製し、評価した。結果を表１および図４に示す。化成処理後の第２誘電体層（厚み：約４．４ｎｍ）には、ＴｉＯ２およびＴｉとＡｌとの複合酸化物が含まれており、第１誘電体層（厚み：約８．７ｎｍ）にはＡｌ２Ｏ３が含まれていた。また、Ｔｉの濃度Ｃ１と濃度Ｃ２との比：Ｃ２／Ｃ１は１．０であった。
《実施例３》
ＡＬＤ法のサイクル数を１８０回にしたこと以外は、実施例１と同様にして電解コンデンサを作製し、評価した。結果を表１および図４に示す。化成処理後の第２誘電体層（厚み：約７．０ｎｍ）には、ＴｉＯ２およびＴｉとＡｌとの複合酸化物が含まれており、第１誘電体層（厚み：約７．１ｎｍ）にはＡｌ２Ｏ３が含まれていた。また、Ｔｉ濃度Ｃ１と濃度Ｃ２との比：Ｃ２／Ｃ１は１．０であった。
《比較例１》
第２誘電体層を形成しなかった（化成処理のみを行った）こと以外は、実施例１と同様にして電解コンデンサを作製し、評価した。陽極体のＡｌ箔の表面には、厚み約１４ｎｍのＡｌ２Ｏ３を含む層が形成されていた。結果を表１および図４に示す。
《比較例２》
第１誘電体層を形成しなかった（化成処理を行わなかった）こと以外は、実施例１と同様にして電解コンデンサを作製した。陽極体のＡｌ箔の表面には、厚み約２．５ｎｍのＴｉＯ２を含む層が形成されていた。しかし、漏れ電流が大きく、静電容量は測定できなかった。また、破壊耐電圧も、安定して測定することはできなかった。
《比較例３》
ＡＬＤ法に替えて、ＣＶＤ法を用いたこと以外は、実施例１と同様にして電解コンデンサを作製し、静電容量および破壊耐電圧を評価した。結果を表１に示す。第２誘電体層には、ＴｉＯ２およびＴｉとＡｌとの複合酸化物が含まれていたものの、第２誘電体層は、ピットの深部の表面には形成されていなかった。そのため、Ｔｉの濃度Ｃ１と濃度Ｃ２との比：Ｃ２／Ｃ１は０．２であった。形成されている化成処理後の第２誘電体層の厚みは、約２．５ｎｍであった。第１誘電体層（厚み：約１２ｎｍ）にはＡｌ２Ｏ３が含まれていた。
Figure 0007029675000001
実施例１～３では、比較例１と比較して、耐電圧および容量ともに向上していた。また、実施例１～３では、比較例１との間で漏れ電流値に大きな変化はなく、第２誘電体層の厚みの違いが漏れ電流に与える影響はほとんどないと考えられる。
本発明に係る方法により製造される電極箔は、容量および耐電圧性を向上させるため、様々な用途のコンデンサに利用できる。
１０：電極箔、１１：金属箔、１１ａ：ピット、１２：誘電体層、１２１：第１誘電体層、１２２：第２誘電体層、２０：陰極体、３０：セパレータ、４０：巻止めテープ、５０Ａ、５０Ｂ：リードタブ、６０Ａ、６０Ｂ：リード線、１００：捲回体、２００：電解コンデンサ、２１１：有底ケース、２１２：封止部材、２１３：座板

Claims (6)

  1. 第１金属を含む金属箔と、前記金属箔上に配置された第１誘電体層と、前記第１誘電体層上に配置された第２誘電体層を備えた電極箔の製造方法であって、
    前記金属箔を所定の条件でエッチング処理することによって粗面化して、深さＤの粗面化領域を形成する工程と、
    前記粗面化した前記金属箔上に、原子層堆積法により、第２金属の酸化物を含む前記第２誘電体層を形成する工程と、
    前記金属箔を化成して、前記金属箔と前記第２誘電体層との間に、前記第１金属の酸化物を含む前記第１誘電体層を形成する工程と、
    を備え、
    前記第２誘電体層を形成する工程において、前記粗面化領域のうち、前記金属箔の表面から０．５Ｄの深さまでの表面領域における前記第２金属の濃度Ｃ１と、前記粗面化領域の残部である深部領域における前記第２金属の濃度Ｃ２との比：Ｃ２／Ｃ１が、０．５～１．２になるように、前記第２誘電体層を形成する、
    電極箔の製造方法。
  2. 前記第２誘電体層は、前記第１金属と前記第２金属との複合酸化物を含む、請求項１に記載の電極箔の製造方法。
  3. 前記第１誘電体層を形成する工程において、前記複合酸化物が形成される、請求項２に記載の電極箔の製造方法。
  4. 前記第１金属はアルミニウムであり、前記第２金属はチタンである、請求項１または２に記載の電極箔の製造方法。
  5. 前記金属箔を粗面化する工程において、前記金属箔は、直流エッチングまたは交流エッチングにより粗面化される、請求項１～３のいずれか一項に記載の電極箔の製造方法。
  6. 第１金属を含む金属箔と、前記金属箔上に配置された第１誘電体層と、前記第１誘電体層上に配置された第２誘電体層を備えた電極箔を含む電解コンデンサの製造方法であって、
    前記金属箔を所定の条件でエッチング処理することによって粗面化して、深さＤの粗面化領域を形成する工程と、
    前記粗面化した前記金属箔上に、原子層堆積法により、第２金属の酸化物を含む前記第２誘電体層を形成する工程と、
    前記金属箔を化成して、前記金属箔と前記第２誘電体層との間に、前記第１金属の酸化物を含む前記第１誘電体層を形成し、前記電極箔を得る工程と、
    前記電極箔に電解液を含浸させる工程および前記第２誘電体層上に固体電解質層を形成する工程の少なくとも一方の工程と、を備え、
    前記第２誘電体層を形成する工程において、前記粗面化領域のうち、前記金属箔の表面から０．５Ｄの深さまでの表面領域における前記第２金属の濃度Ｃ１と、前記粗面化領域の残部である深部領域における前記第２金属の濃度Ｃ２との比：Ｃ２／Ｃ１が、０．５～１．２になるように、前記第２誘電体層を形成する、
    電解コンデンサの製造方法。
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