JPH0336288B2 - - Google Patents

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JPH0336288B2
JPH0336288B2 JP20297382A JP20297382A JPH0336288B2 JP H0336288 B2 JPH0336288 B2 JP H0336288B2 JP 20297382 A JP20297382 A JP 20297382A JP 20297382 A JP20297382 A JP 20297382A JP H0336288 B2 JPH0336288 B2 JP H0336288B2
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JP
Japan
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aluminum
etching
foil
surface area
larger
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JP20297382A
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Japanese (ja)
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JPS5992516A (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、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成されたもの
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5×1011〜5×
1013ケ/cm2イオン注入した後、常温以上200℃以
下の温度範囲に一定時間放置し、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
エツチングを施こした後、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
ツト核に始まり、エツチングの進行とともにアル
ミニウム箔の腐蝕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、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、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されるため、
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、
本発明はイオン注入量が5×1011〜5×1013ケ/
cm2の範囲で表面積拡大の効果を示すものであり、
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、上限を越えたイオン注
入量で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す。 イオン注入後は常温以上200℃以下の温度に一
定時間放置するが、この放置温度が200℃を越え
ると表面積拡大率が低下し好ましくない。 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、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、上記
のイオン注入後の放置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
り等の機械的加工処理を行なうことがある。 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
〜1016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60分間放置した後、20重
量%の食塩水溶液中で温度90℃、電流密度
0.35A/cm2で4分間エツチングし(エツチング部
分1cm×1cm)、さらに硼酸1重量%の水溶液中
で温度80℃、化成電圧23Vの条件で化成した。得
られた化成箔について、静電容量、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5重
量%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. Structure of conventional examples and their problems In general, aluminum electrode foils for electrolytic capacitors are manufactured by subjecting rolled hard aluminum foil or annealed soft aluminum foil to chemical or electrical After chemically etching and expanding the surface area of the aluminum foil, a chemical conversion treatment is applied.
Manufactured by forming 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 that it will break 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 rate than conventional methods. 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 a larger atomic radius than aluminum to the aluminum foil before etching in an amount of 5×10 11 to 5×
After implanting 10 13 ions/cm 2 ions, it is left for a certain period of time in a temperature range from room temperature to 200°C, and then chemically or electrochemically etched in an aqueous solution containing chlorine ions. In other words, after performing the above etching, a dielectric conversion film is further formed through a chemical conversion treatment to create an electrolytic capacitor with sufficient mechanical strength and a larger capacitance per unit area than conventional capacitors. Aluminum 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 etch pit core where chlorine ions are adsorbed on the surface, and as the etching progresses, corrosion of the aluminum foil takes place in the form of pitting corrosion.
The surface area gradually expands. The adsorption of chlorine ions is preferentially carried out at weak points in the oxide film on the surface due to impurities or dislocations caused by rolling, etc., forming etch pit nuclei, and further etching progresses along the dislocations, expanding the surface area. will be held. 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 kinds of impurities into aluminum and performing processes such as melting, casting, and annealing. The contained impurities mainly precipitate near the surface, but segregation is likely to occur and uniform dispersion is difficult to obtain. Therefore, 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
Generates etching pits uniformly and expands the surface area. 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,
In the present invention, the ion implantation amount is 5×10 11 to 5×10 13 ions/
It shows the effect of increasing surface area in the range of cm2 ,
When the ion implantation amount is less than the lower limit, no effect on etching is observed, and when the ion implantation amount exceeds the upper limit, the etching of the aluminum foil surface becomes excessive, and the surface area expansion actually decreases. After ion implantation, the material is left at a temperature between room temperature and 200° C. for a certain period of time; however, if this temperature exceeds 200° C., the surface area expansion rate decreases, which is not preferable. 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 and a current density of 50 to 90%.
It is etched by a predetermined amount at a temperature of °C. 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 the above-mentioned leaving treatment after ion implantation and subsequent etching. The aluminum electrode foil for electrolytic capacitors obtained by the present invention has mechanical strength, tan δ, and leakage current comparable to conventional ones, and can increase capacitance per unit area. This makes it possible to make aluminum electrolytic capacitors smaller and larger in capacity. Description of Examples Hereinafter, the present invention will be described based on Examples. Metals that are electrochemically more noble than aluminum and have a larger atomic radius 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 16 ions/ cm2 ions were implanted. Next, this sample was left for 60 minutes at a temperature range of room temperature to 550℃, and then placed in a 20% by weight saline solution at a temperature of 90℃ and a current density of
Etching was performed for 4 minutes at 0.35 A/cm 2 (etched area 1 cm x 1 cm), and further chemical conversion was performed in an aqueous solution containing 1% by weight of boric acid at a temperature of 80° C. and a formation voltage of 23 V. The capacitance and tan δ of the obtained chemically formed foil were measured. The following table shows the amount of etching during etching, the capacitance after chemical formation, and tan δ. The measurement was carried out in a 5% by weight ammonium borate aqueous solution using a tin foil as a cathode at a temperature of 30° C. with an AC bridge at 120 Hz. Furthermore, since the amount of etching has a close correlation with the surface area expansion rate and mechanical strength, it is shown as reference data for comparison at a constant amount of etching.

【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 has good mechanical strength, tanδ, and leakage current. Since the electrostatic capacitance per unit area can be made larger than that of the conventional one, it is possible to make the aluminum electrolytic capacitor smaller and larger in capacity, making it 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5×1011〜5×1013ケ/cm2イオン注入し
た後、常温以上200℃以下の温度に一定時間放置
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 5×10 11 to 5×10 13 ions/cm 2 of a metal that is more noble than aluminum and whose atomic radius is larger than aluminum into aluminum foil, the metal is heated at room temperature or above 200°C. 1. A method for manufacturing an aluminum electrode foil for an electrolytic capacitor, which comprises leaving it at the following temperature for a certain period of time, 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, In,
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 Cd, Pb, Bi, Ag, and Au.
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