TW527243B - Niobium powder and anode for solid electrolytic capacitors made therefrom - Google Patents

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Description

527243 五、發明說明（1) 發Bl背景 發明領域 本發明係關於一種鈮粉末之顆粒大小和形狀，以及關於 一種由此製得之固體電解電容器用陽極。 相關治L藝說^ 於近幾年’銳粉末在用於具有高靜電容量的固體電解電 容器之陽極材料上引起注意。 在先則技藝裡，供固體電解電容器使用之鈮粉末具有平 均初級粒徑為0 · 0 11至0 · 0 2 5微米以及狹窄的顆粒大小分
布。例如’於日本專利公開案昭6 4 - 7 3 0 0 9揭示一種製造用 於固體電解電容器的高純度Ta或仙粉末的方法。在此方法 f，Ta或Nb藉由鹵素氣體轉換成金屬鹵化物，並藉由氫氣 還原此金屬鹵化物以在8 0 0至1〇〇〇 r的還原溫度獲得一種 金屬粉末。所使用的氫氣量以莫耳比例計算為以或仆量的 3 0至5 0 0倍。在具體例裡，對於所得到的鈮顆粒只有揭示 到初級粒徑為〇· 0109至〇· 0 249微米（1〇· 9至24· 9奈米）。若 使=此種超細微鈮顆粒於固體電解電容器的陽極，鈮將會 在陽極氧化步驟中耗盡，其中一作為電介質的氧化物膜在 鈮上形成。於某些部分的鈮裡，所有鈮將會轉換成氧化
，。因此，有效電極表面積減少，且其變得難以獲得一超 高容量的電容器。 ’為了避免此問題，日本專利公開案200 0-22 6 6 07提出一 種鈕或鈮粉末，其中初級顆粒的平均粒徑為5〇奈米至15〇 奈米（0. 0 5 0至〇· 150微米），顆粒大小分布為對數常態分
527243 五、發明說明（2) 布，且其幾何標準差為！.4以了。在此技術裡 _裝置’组粉末或銳粉末係藉由將组或銳之齒化物（通 式.TaX5或NbX5 ’其中X為南元素）或者组或鈮之院氧化物 (通式：Ta(OR)^或Nb(OR)5，其中⑽為烷氧基）以及氫氣透 過多：電漿J官之第二或第三喷嘴而導入至電漿弧光。從 而鈕或鈮之鹵化物因氫氣而還原成金屬组或鈮粉末。利用 此技術，在陽S氧化步，驟裡的銳消耗被抑 粒平均粒徑的增加之量。然"著使用一種具有：窄1 ，因燒結鈮粉末所形成之多孔體的孔洞 增加，且堆豐密度變得比較小。 若使用一種顆粒大小分布廣泛以及初級顆粒平 為0.050至0.150微米的粉末，多孔體的堆疊密度將 ^ ▲。然後多孔體裡的孔洞變小，固體電解質進入孔洞的穿 透能力不佳，且靜電容量降低。 在根據相關技藝的鈮粉末冷里，初級顆粒的平均粒徑 0例二’：二50奈米(〇.050微米）或為50至150奈米(°· 〇50至 w 150被米）。若燒結此種細微鈮粉末形成陽極，一些鈮會 3 物膜並在陽極氧化步驟裡耗盡’ 1未被氧：的： 起：二ί此，有效電極的表面積減少，❿無法得到 ^间谷篁的電容器。亦即，這些細微顆粒太小了而益法使 用於燒結粉粒體。 …、
Ijg概述 本J明解決了上述之問題’其目的在於提供一種鈮粉 、於製造一種具有高靜電容量和小電介質損失正切
9ll〇〇925.ptd 第6頁 527243 五、發明說明（3) (dielectric l〇ss tangent)的電解電容器，以及一種用 於使用此鈮粉末之固體電解電容器（condenser)的陽極。 自施加電壓，在電介質裡的電流之進行角度可以表示為 (^^^^。電介質損失正切為士⑽占’且占和七扣占二 者都是小數值。由於電介質損失的大小與tan 5成比例， 此值作為一個表示介電物質之特徵的數值係為重要的。 本發明係為了解決上述問題而構想出來，其係關於一種 鈮粉末，其中對於初級顆粒，平均粒徑為0· 10至2微米， 顆粒大小分布的幾何標準差超過丨· 4，且球形度為/以下。 沖j本發明裡，初級顆粒意指在SEM顯微鏡觀察下被視為 皁一顆粒且並未聚集。平均粒徑為顆粒總數5〇%的粒徑: ϊ Ϊ徑係以顆粒的代表直徑表示。幾何標準差（數目基準） ”、、：以代表粒徑表示之顆粒數目5 0 %的粒徑之值除以 的等：：之值所侍到之值。此處，代表粒徑為投影圓形 彳^ H (具有與顆粒之投影面積相同面積的圓形的直 佐），且亦指夏烏（Heywood)直徑。 直
Che^i'cai 1 ^ ^ #，J ^ ^ ^ ^ ^ ^lP^l〇〇〇PC(Asahi ν/ΠΘίπι C3，l inciiiQ 十 yir p _ 之顆粒的影像。Υ 〇·，Ltd·)找到藉由電子顯微鏡觀察 影：：^ 7 2粒投影面積之圓形的直徑)/(顆粒之投 的最小外接圓的直徑）.........（1) 小於之米數時值Λ制^理由如下。當初級顆粒的平均粒徑 哭。另二 …、法獲得高靜電容量的固體電解電容 口口为一方面，♦正 田十句粒徑超過2微米時，顆粒大小過大
91100925.ptd 第7頁 527243 五、發明說明（4) 且：、、Ό不此良好進行，故當進行粉末壓縮時，無法獲得高 強度的燒結粉粒體。 j何t準差疋一種表示顆粒大小分布之寬度的指數。當 二起過1 · 4/守’粉末的堆疊密度大，且多孔物質裡的孔洞 增加’此係為人所期望的。幾何標準差係被要求大於1. 4 並丨丨、於2 ’且較佳為大於丨· 5並小於2。 當球形度超過2時，以氧化物膜在化學程序步驟裡消耗 掉的鈮的量在跟當球形度為2或2以下時的情況比較下係增 加。 $發明亦提供一種用於以燒結上述鈮粉末所形成之電解 電容器的陽極。若使用具有上述特性之鈮粉末製造固體電 f電容器時’電極表面會稍微減少，且可獲得具有超高容 量的高效率電容器。 叙佳具體例之詳細説明 如概要顯示於圖1，一固體電解電容器丨〇具有包含燒結 銳11、氧化鈮12、固體電解質13、石墨14以及銀15的積層 結構。此固體電解電容器丨〇係藉由在約丨2 〇 〇的高度真空 下燒結銳粉末以形成一種燒結粒體而製造。接著，經由化 學程序’氧化鈮1 2在燒結鈮11的表面上形成，且之後形成 固體電解質1 3、石墨1 4以及銀1 5。最後，將末端連接到燒 結銳Π (陽極丨8)以及銀15(陰極19)，形成一樹脂鑄模17， 並進行熟化步驟。1 6為導電黏著劑。 多孔體具有其中如圖2所示之分支自主幹延伸的結構。 當狹窄部氧化時，其不再可能形成電容器，因此靜電容量
91100925.ptd 第8頁 527243
減低。 圖2概要性地顯示此點。當在多孔鈮〗丨的分 部21時’如圖2(a)所示’在陽極氧化之後狭7窄1有纟^窄 化銳12並形成氧化部22，其中鈮裡面的連结 吏成氧 2 (b)所示，故有效電極的表面積減少。 、如圖 現在將 利用，例 顆粒大小 條件來製 應停留時 的數份錕 將產物壓 之高度真 著，以習 如靜電容 值。 描述本發明之一具體例。根據本發明 如’電卿法來製造。具有所要之平均、:;产、可 分布以及初級顆粒形狀的鈮粉末可藉由調整二反 造、，諸如氯化鈮和氫氣（還原劑）的供應濃度、
=以及反應溫度。將2 wt%的石蠟加入至所得到 私末裡且在彳政底混合之後，使用市售粒體壓镇 縮至預定容積裡。然後將壓縮產物在溫度12〇〇 t 空下燒結，以製造用於電解電容器的陽極。接 知技藝之方法製造電解電容器的原型，並測量諸 量和電介質損失正切之特性。得到表1所示之數
9ll_25.ptd 第9頁 527243 五、發明說明（6) 粉末特性 電容器特性 初級顆粒 幾何標準 靜電容量 電介質損 的平均粒 差 球形度， (mF) 失正切 徑（微米） (%) 實施例1 2.0 1.5 1.8 12.0 5.3 實施例2 2.0 1.6 1.5 12.3 5.3 實施例3 2.0 1.7 1.2 12.8 5.5 比較實施例1 2.0 1 .5 2.1 10.5 7.3 比較實施例 2 2.0 1.3 1 .8 10.1 6.8 比較實施例 3 2.0 1.3 2.0 9.5 7.1 實施例4 0.2 1.5 1.8 11.5 5.5 實施例5 0.2 1.6 1.5 11.5 5.4 實施例6 0.2 1.7 1.2 11.7 5.5 比較實施例 4 0.2 1.5 2.1 9.8 6.9 比較實施例 5 0.2 1.3 1.8 9.9 6.8 比較實施例6 0.2 1.3 2. 1 9.5 7. 1 比較實施例7 0.09 1 .5 1.8 7.2 8.1 比較實施例8 0.09 1.5 2.1 7.5 7.8 比較實施例 9 0.09 1 .3 1.8 7.4 7.5 比較實施例1 〇 0.09 1.3 2.1 7.4 7.7 比較實施例1 1 3.0 1 .5 1.8 8.1 8. 1 比較實施例 12 3.0 1.5 2.1 7.8 7.5 比較實施例1 3 3.0 1 .3 1.8 7.9' 6.8 比較實施例 14 3.0 1.3 2.1 7.5 7.1 I1IB1I1 \\326\2d-\91-04\91100925.ptd 第 10 頁 527243 五、發明說明（7) 由表1清楚可見，使用具有根據本發明之需求之粒徑和 形狀的鈮粉末所製得之電解電容器具有高靜電容量，且其 電介質損失正切低。此顯示使用根據本發明之鈮粉末所製 造的電解電容器的電極具有非常高的多孔性，其有效表面 積增加，以及電介質、内部電極和鉛的總電阻，亦即，等 效系列電阻，已經降低。 本發明之鈮粉末具有適當的顆粒大小和顆粒大小分布， 以及顯著的形狀特性，故可獲得最適合用於固體電解電容 器之陽極的粉末。 元件編號說明 10 固體電解電容器 11 燒結鈮 12 氧化鈮 13 固體電解質 14 石墨 15 銀 16 導電黏著劑 17 樹脂鑄模 18 陽極 19 陰極 21 狹窄部 22 氧化部
91100925.ptd 第11頁 527243
\\326\2d-\91-04\91100925.ptd 第12頁

Claims (1)

  1. 527243 六、申請專利範圍 1. 一種銳粉末，其中，初級顆粒的平均粒徑為0. 1 0至2 微米，顆粒大小分布的幾何標準差超過1. 4，以及球形度 為2或以下。 2. —種固體電解電容器用陽極，其係藉由燒結如申請專 利範圍第1項之鈮粉末而形成。
    91100925.ptd 第13頁
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