JPH032333B2 - - Google Patents

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JPH032333B2
JPH032333B2 JP20278282A JP20278282A JPH032333B2 JP H032333 B2 JPH032333 B2 JP H032333B2 JP 20278282 A JP20278282 A JP 20278282A JP 20278282 A JP20278282 A JP 20278282A JP H032333 B2 JPH032333 B2 JP H032333B2
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JP
Japan
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aluminum
etching
foil
surface area
aluminum foil
Prior art date
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JP20278282A
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Japanese (ja)
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JPS5991608A (en
Inventor
Katsuhiko Honjo
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

産業上の利用分野 本発明は電解コンデンサ用アルミニウム電極箔
の製造方法に関するものである。 従来例の構成とその問題点 一般に、電解コンデンサ用アルミニウム電極箔
は、圧延加工した硬質アルミニウム箔や焼鈍処理
した軟質アルミニウム箔を、塩化ナトリウムや塩
酸などの塩素イオンを含む水溶液中で、化学的ま
たは電気化学的なエツチングを行い、アルミニウ
ム箔の表面積拡大をはかつた後、化成処理を施こ
し、表面に誘電体酸化皮膜を形成して製造され
る。 電解コンデンサ用アルミニウム電極箔の静電容
量は、ほぼアルミニウム箔の表面積に比例してい
るので、この表面積拡大率が大きい程望ましい。
このエツチングによるアルミニウム箔の表面積拡
大率はエツチング量に比例して増大するが、ある
限度を越えると増加が鈍化し、やがて逆に減少の
傾向を示す。また、このエツチング量とともにア
ルミニウム箔の機械的強度が低下するので、アル
ミニウム箔を過度にエツチングした場合にはエツ
チング、化成、組立などの電解コンデンサ製造工
程で切断などの事態が起る危険性がある。このよ
うなことから、アルミニウム箔が電解コンデンサ
製造工程で切断などの事態の起らない程度の機械
的強度を持ち、できるだけ大きな表面積拡大率を
持つように、最適エツチング量が決められてい
る。 一方、アルミニウム電解コンデンサに対して、
より小型化、大容量化が望まれており、充分な機
械的強度を持つエツチング量で、現在よりさらに
大きな表面積拡大率を有するアルミニウム電極箔
が切望され、多くの研究が行なわれている。 発明の目的 本発明はこのような状況に鑑みてなされたもの
で、従来より高い表面積拡大率を有する電解コン
デンサ用アルミニウム箔の製造方法を提供しよう
とするものである。 発明の構成 本発明の電解コンデンサ用アルミニウム箔の製
造方法は、エツチング前のアルミニウム箔に、電
気化学的にアルミニウムよりも貴で、その原子半
径がアルミニウムより大きい原子を1013〜5×
1016ケ/cm2イオン注入した後、200〜500℃の温度
範囲で熱処理し、その後、塩素イオンを含む水溶
液中で化学的あるいは電気化学的にエツチングす
るものである。すなわち、上記のエツチングを施
した後、さらに化成処理によつて誘電体化成皮膜
を形成することにより、充分な機械的強度を有
し、単位面積当りの静電容量が従来より大きな電
解コンデンサ用アルミニウム電極箔を製造するこ
とができる。 上述したように電解コンデンサ陽極用のアルミ
ニウム箔は、塩素イオンを含む水溶液中で化学的
あるいは電気化学的にエツチングすることによつ
て表面積拡大をはかり、化成して使用に供される
が、この表面積拡大率はアルミニウム箔の圧延加
工、焼鈍、アルミニウム箔中の不純物量、エツチ
ング液組成、電解条件などの多くの要因によつて
左右される。 アルミニウムの塩素イオンを含む水溶液中での
エツチングは塩素イオンが表面吸着したエツチピ
ツト該に始まり、エツチングの進行とともにアル
ミニウム箔の腐食は内部へ孔食の形で行なわれ、
次第に表面積が拡大していく。この塩素イオンの
吸着は不純物あるいは圧延加工などによつて生じ
た転位による表面の酸化皮膜の弱点部分に優先的
に行なわれてエツチピツト核となり、さらにエツ
チングは転位にそつて進行し、表面積の拡大が行
われる。したがつて、より大きな表面積拡大には
この転位がより多く、均一に分散していることが
必要である。 アルミニウム箔に金属原子をイオン注入する
と、結晶格子にひずみを与え、転位の増大と均一
化が起るが、原子半径がアルミニウムより大きい
原子をイオン注入することは、この転位の増大、
均一化が顕著になる。一般に、電解コンデンサ用
アルミニウム箔は、アルミニウムに少量の数種の
不純物を混入し、溶解、鋳造、圧延、焼鈍などの
工程によつて製造される。含有された不純物は主
に表面近傍に析出してくるが、偏析が起り易く、
均一な分散は得られにくい。このため転位も不均
一な分散となつている。このことはエツチングに
よるエツチピツトの過密過疎部分の存在で判る。 本発明のイオン注入によつて、アルミニウム箔
中の転位がより多くかつ均一に分散するため、エ
ツチピツトを均一に発生させ、表面積の拡大が計
れる。このイオン注入する原子はアルミニウムよ
り原子半径の大きなものであるほど結晶格子に大
きなひずみを与え、転位の増大、均一化に効果が
ある。また、イオン注入する金属が電気化学的に
アルミニウムよりも貴であると、イオン注入した
金属あるいは金属間化合物とアルミニウムマトリ
ツクス間での電位差によるアルミニウムのエツチ
ング促進効果によつて、エツチピツトをより均一
に発生させ、表面積の拡大が計れる。本発明のイ
オン注入する金属はアルミニウムより電気化学的
に貴で、その原子半径がアルミニウムより大きい
ものであるが、好ましくは、Sn、In、Cd、Pb、
Bi、Ag、Auから選ばれた1種である。 イオン注入量はエツチングによる表面積拡大の
効果の認められる最小量がその下限であり、上限
はエツチング量過大による表面積拡大効果への悪
影響により限定される最大量である。すなわち、
イオン注入量が下限未満の場合にはエツチングに
対する影響が認められず、上限を越えた場合には
アルミニウム箔表面のエツチングが過大となり、
表面積拡大はむしろ減少を示し、またエツチング
後に多くの注入金属が残存した場合には、もれ電
流などの化成皮膜特性を劣化させる。このイオン
注入量は1012〜1018ケ/cm2で表面積拡大の効果を
示すが、より好ましくは1013〜5×1016ケ/cm2
範囲である。 イオン注入後は200〜500℃の温度で熱処理す
る。これは、イオン注入量が1013ケ/cm2以上にな
ると注入量の非晶質化が起こり、表面が均一にエ
ツチングされる傾向になり、特に5×1014ケ/cm2
を越えると、エツチングによる表面積拡大率が減
少するため、熱処理によつて結晶化させる必要が
あるためである。この熱処理温度は下限未満では
効果がなく、また上限を越えるとAl箔自体の再
結晶が起り、表面積拡大率が大巾に下る。 その後のエツチングは従来と同様、塩素イオン
を含む水溶液中で行なわれ、通常は塩酸、食塩な
どの水溶液中で0.1〜1A/cm2の電流密度で50〜90
℃の温度で所定量エツチングされる。また化成処
理も従来と同様な方法で行なわれる。なお、この
熱処理とその後のエツチングの間に箔の種類、箔
の状態に応じて、圧延、引張等の機械的加工処理
を行うことがある。 本発明によつて得られた電解コンデンサ用アル
ミニウム電極箔は、機械的強度tanδもれ電流は従
来のものに比べそん色なく、単位面積当りの静電
容量を大きくすることができるもので、アルミニ
ウム電解コンデンサの小型、大容量化が可能にな
る。 実施例の説明 以下本発明を実施例にもとづき説明する。 純度99.99%、厚さ100μの高純度アルミニウム
箔試料の両面にアルミニウムより電気化学的に貴
で、その原子半径がアルミニウムより大きい金属
のうち、Sn、In、Cd、Pb、Bi、Ag、Auを1010
〜1019ケ/cm2イオン注入した。次にこの試料を常
温〜550℃の温度範囲で30分間熱処理した後、3
重量%の塩素水溶液中で温度80℃、電流密度
0.15A/cm2で8分間エツチンし(エツチング部分
1cm×1cm)、さらに硼酸100g/の水溶液中で
温度80℃、化成電圧260Vの条件で化成した。得
られた化成箔について、静電量、tanδを測定し
た。 次表にエツチング時のエツチング量、化成後の
静電容量およびtanδを示した。なお測定は5wt%
の硼酸アンモニウム水溶液中で錫箔を陰極とし、
30℃の温度で交流ブリツジにより120Hzで行なつ
た、また、エツチング量は、表面積拡大率、機械
的強度と密接な相関があるので、一定のエツチン
グ量での比較をするための参考データとして示し
た。
INDUSTRIAL APPLICATION FIELD The present invention relates to a method for manufacturing aluminum electrode foil for electrolytic capacitors. Conventional configurations and their problems In general, aluminum electrode foils for electrolytic capacitors are made by processing rolled hard aluminum foil or annealed soft aluminum foil in a chemical solution containing chlorine ions such as sodium chloride or hydrochloric acid. After electrochemical etching is performed to expand the surface area of the aluminum foil, a chemical conversion treatment is performed to form a dielectric oxide film on the surface. Since the capacitance of an aluminum electrode foil for an electrolytic capacitor is approximately proportional to the surface area of the aluminum foil, the larger the surface area expansion rate, the more desirable.
The surface area expansion rate of the aluminum foil due to this etching increases in proportion to the amount of etching, but beyond a certain limit, the increase slows down and eventually shows a tendency to decrease. In addition, the mechanical strength of the aluminum foil decreases with the amount of etching, so if the aluminum foil is excessively etched, there is a risk of breakage during electrolytic capacitor manufacturing processes such as etching, chemical formation, and assembly. . For these reasons, the optimum amount of etching is determined so that the aluminum foil has enough mechanical strength to prevent breakage during the manufacturing process of electrolytic capacitors and has as large a surface area expansion ratio as possible. On the other hand, for aluminum electrolytic capacitors,
There is a desire for smaller size and larger capacity, and an aluminum electrode foil with sufficient mechanical strength, an etched amount, and a larger surface area expansion ratio than the present one is desired, and much research is being carried out. OBJECTS OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and it is an object of the present invention to provide a method for manufacturing aluminum foil for electrolytic capacitors having a higher surface area expansion ratio than conventional ones. Structure of the Invention The method of manufacturing an aluminum foil for an electrolytic capacitor of the present invention includes adding atoms electrochemically more noble than aluminum and having an atomic radius larger than that of aluminum to the aluminum foil before etching in an amount of 10 13 to 5×.
After implanting 10 16 ions/cm 2 ions, heat treatment is performed at a temperature range of 200 to 500° C., and then chemical or electrochemical etching is performed in an aqueous solution containing chlorine ions. In other words, by applying the above etching and then forming a dielectric conversion film through chemical conversion treatment, aluminum for electrolytic capacitors has sufficient mechanical strength and has a larger capacitance per unit area than conventional ones. Electrode foil can be manufactured. As mentioned above, aluminum foil for electrolytic capacitor anodes is chemically or electrochemically etched in an aqueous solution containing chlorine ions to increase its surface area and is chemically converted before use. The magnification rate depends on many factors such as the rolling process and annealing of the aluminum foil, the amount of impurities in the aluminum foil, the composition of the etching solution, and the electrolytic conditions. Etching of aluminum in an aqueous solution containing chlorine ions begins with the etching pit adsorbed on the surface of the chlorine ions, and as etching progresses, corrosion of the aluminum foil occurs internally in the form of pitting corrosion.
The surface area gradually expands. The adsorption of chlorine ions is preferentially carried out on weak points in the surface oxide film caused by impurities or dislocations caused by rolling, etc., forming etched pit nuclei. Etching then proceeds along the dislocations, increasing the surface area. It will be done. Therefore, larger surface area expansion requires more and more uniformly distributed dislocations. When metal atoms are ion-implanted into aluminum foil, the crystal lattice is strained, causing an increase and uniformization of dislocations. However, ion-implanting atoms with a larger atomic radius than aluminum causes an increase in dislocations,
Uniformity becomes noticeable. Generally, aluminum foil for electrolytic capacitors is manufactured by mixing a small amount of several types of impurities into aluminum and performing processes such as melting, casting, rolling, and annealing. The contained impurities mainly precipitate near the surface, but segregation is likely to occur.
Uniform dispersion is difficult to obtain. For this reason, dislocations are also non-uniformly distributed. This can be seen from the existence of overcrowded and depopulated areas in the etching pit due to etching. By the ion implantation of the present invention, dislocations in the aluminum foil are dispersed more and more uniformly, so that etch pits are uniformly generated and the surface area can be expanded. The larger the atomic radius of the ion-implanted atoms is than that of aluminum, the greater the strain on the crystal lattice, which is effective in increasing and uniformizing dislocations. In addition, if the metal to be ion-implanted is electrochemically more noble than aluminum, the etching pit can be made more uniform due to the effect of accelerating the etching of aluminum due to the potential difference between the ion-implanted metal or intermetallic compound and the aluminum matrix. can be generated and the surface area can be expanded. The metal to be ion-implanted in the present invention is electrochemically nobler than aluminum and has a larger atomic radius than aluminum, but preferably Sn, In, Cd, Pb,
One type selected from Bi, Ag, and Au. The lower limit of the ion implantation amount is the minimum amount at which the effect of enlarging the surface area by etching is recognized, and the upper limit is the maximum amount limited by the adverse effect on the surface area enlarging effect due to excessive etching amount. That is,
If the ion implantation amount is less than the lower limit, no effect on etching will be observed, and if it exceeds the upper limit, the etching of the aluminum foil surface will be excessive.
The surface area expansion actually shows a decrease, and if a large amount of implanted metal remains after etching, it deteriorates the conversion coating properties such as leakage current. The ion implantation amount exhibits the effect of increasing the surface area when it is 10 12 to 10 18 ions/cm 2 , but is more preferably in the range of 10 13 to 5×10 16 ions/cm 2 . After ion implantation, heat treatment is performed at a temperature of 200 to 500°C. This is because when the ion implantation amount exceeds 10 13 ions/cm 2 , the implantation amount becomes amorphous and the surface tends to be uniformly etched, especially at 5×10 14 ions/cm 2
This is because, if it exceeds this, the rate of surface area expansion by etching decreases, so it is necessary to crystallize it by heat treatment. If the heat treatment temperature is below the lower limit, it will not be effective, and if it exceeds the upper limit, recrystallization of the Al foil itself will occur, and the surface area expansion rate will drop significantly. The subsequent etching is carried out in an aqueous solution containing chlorine ions, as in the past, and is usually carried out in an aqueous solution such as hydrochloric acid or common salt at a current density of 0.1 to 1 A/cm 2 at a current density of 50 to 90%.
It is etched by a predetermined amount at a temperature of ℃. Further, the chemical conversion treatment is also performed in the same manner as in the conventional method. Note that, depending on the type of foil and the condition of the foil, mechanical processing such as rolling or stretching may be performed between this heat treatment and the subsequent etching. The aluminum electrode foil for electrolytic capacitors obtained by the present invention has mechanical strength tanδ leakage current comparable to that of conventional ones, and can increase capacitance per unit area. It becomes possible to make electrolytic capacitors smaller and larger in capacity. Description of Examples The present invention will be described below based on Examples. Metals that are electrochemically more noble than aluminum and have larger atomic radii than aluminum, such as Sn, In, Cd, Pb, Bi, Ag, and Au, were placed on both sides of a high-purity aluminum foil sample with a purity of 99.99% and a thickness of 100μ. 10 10
~10 19 ions/ cm2 ions were implanted. Next, this sample was heat-treated for 30 minutes in the temperature range of room temperature to 550℃, and then
Temperature 80℃, current density in wt% chlorine aqueous solution
Etching was carried out at 0.15 A/cm 2 for 8 minutes (etched area 1 cm x 1 cm), and further chemical formation was carried out in an aqueous solution containing 100 g of boric acid at a temperature of 80° C. and a formation voltage of 260 V. The electrostatic capacity and tan δ of the obtained chemically formed foil were measured. The following table shows the etching amount during etching, the capacitance after chemical formation, and tan δ. The measurement is 5wt%
Using tin foil as a cathode in an aqueous ammonium borate solution,
The etching was performed at 120Hz using an AC bridge at a temperature of 30°C.The etching amount is closely correlated with the surface area expansion rate and mechanical strength, so this data is shown as reference data for comparison at a constant etching amount. Ta.

【表】【table】

【表】 上記表から明らかなように、アルミニウム箔に
アルミニウムより電気化学的に貴で、その原子半
径がアルミニウムより大きな金属をイオン注入す
ることによつて、エツチング時のアルミニウム箔
の有効表面積拡大率が向上し、単位面積当りの静
電容量が大きく、しかもアルミニウム箔の機械的
強度も従来と同等の電解コンデンサ用アルミニウ
ム電極箔が得られる。なお実施例では陽極箔を示
したが、陰極箔についても適用できる。 発明の効果 以上のように、本発明による電解コンデンサ用
アルミニウム電極箔の製造方法は、エツチング前
のアルミニウム箔に電気化学的にアルミニウムよ
り貴で、その原子半径がアルミニウムより大きな
金属をイオン注入し、その後、塩素イオンを含む
水溶液中で化学的あるいは電気化学的にエツチン
グすることを特徴とするものであり、この方法に
よつて得た電解コンデンサ用アルミニウム箔は、
機械的強度、tanδ、もれ電流は従来のものに比べ
そん色なく、単位面積当りの静電容量を従来のも
のより大きくすることができるので、アルミニウ
ム電解コンデンサの小型大容量化が可能になり、
実用上きわめて有効なものである。
[Table] As is clear from the table above, by ion-implanting a metal that is electrochemically nobler than aluminum and has a larger atomic radius than aluminum into aluminum foil, the effective surface area expansion rate of aluminum foil during etching can be improved. It is possible to obtain an aluminum electrode foil for an electrolytic capacitor, which has an improved capacitance per unit area and a mechanical strength equivalent to that of a conventional aluminum foil. Note that although an anode foil is shown in the embodiment, the present invention can also be applied to a cathode foil. Effects of the Invention As described above, the method of manufacturing an aluminum electrode foil for an electrolytic capacitor according to the present invention includes ion-implanting a metal that is electrochemically nobler than aluminum and has a larger atomic radius than aluminum into an aluminum foil before etching. This method is then chemically or electrochemically etched in an aqueous solution containing chlorine ions, and the aluminum foil for electrolytic capacitors obtained by this method is
The mechanical strength, tanδ, and leakage current are comparable to conventional capacitors, and the capacitance per unit area can be increased compared to conventional capacitors, making it possible to make aluminum electrolytic capacitors smaller and larger in capacity. ,
This is extremely effective in practice.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 アルミニウム箔に電気化学的にアルミニウム
より貴で、その原子半径がアルミニウムより大き
い金属を1013〜5×1016ケ/cm2イオン注入した
後、200〜500℃の温度範囲で熱処理し、その後塩
素イオンを含む水溶液中で化学的あるいは電気化
学的にエツチングすることを特徴とする電解コン
デンサ用アルミニウム電極箔の製造方法。 2 電気化学的にアルミニウムより貴で、その原
子半径がアルミニウムより大きい金属が、Sn、
In、Cd、Pb、Bi、Ag、Auのうちから選ばれた
1種である特許請求の範囲第1項記載の電解コン
デンサ用アルミニウム電極箔の製造方法。
[Claims] 1. After electrochemically implanting 10 13 to 5×10 16 ions/cm 2 of a metal that is more noble than aluminum and whose atomic radius is larger than aluminum into aluminum foil, at a temperature of 200 to 500°C. 1. A method for producing an aluminum electrode foil for an electrolytic capacitor, the method comprising heat-treating the foil at a temperature within a range and then chemically or electrochemically etching it in an aqueous solution containing chlorine ions. 2 Metals that are electrochemically more noble than aluminum and whose atomic radius is larger than aluminum are Sn,
The method for manufacturing an aluminum electrode foil for an electrolytic capacitor according to claim 1, wherein the aluminum electrode foil is one selected from In, Cd, Pb, Bi, Ag, and Au.
JP20278282A 1982-11-17 1982-11-17 Method of producing aluminum electrode foil for electrolyticcondenser Granted JPS5991608A (en)

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