TWI266661B - Niobium powder and solid electrolytic capacitor - Google Patents

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Nobuyuki Sato
Osamu Ebato
Susumu Saitou
Tadasu Kirihara
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Kawatetsu Mining
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Description

1266661 (1) 玖、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關鈮粉末之組成及利用此所形成之固體電 解電容器。 【先前技術】 先行技術中,近年來鈮做爲具有高靜電容量之固體電 解電容器之陽極被重視之。圖1代表固體電解電容器之縱 切面之模式圖者。固體電解電容器10係由鈮11、氧化鈮 1 2、固體電解質1 3、石墨1 4、銀1 5所層合之結構者。此 固體電解電容器 1 〇之製造步驟如下。將鈮粉末以約 1 000〜1 400 °C進行燒結後,製造多孔性之燒結體,進行轉 化處理之後,於鈮1 1之表面形成氧化鈮1 2。再形成固體 電解質1 3、石墨1 4、銀1 5。接著於鈮1 1進行連接陽極 1 8 (外部端子),於銀1 5介著導電性粘著劑1 6連接陰極 1 9 (外部端子)。最後,進行樹脂塑模後,經陳化步驟製 造之。 先行做爲固體電解電容器用所使用之鈮粉末於特開昭 64-73 009號公報,特開平6-25 70 1號公報中被要求爲高純 度者。一般被認爲純度愈高愈佳者。特開昭64-73 009號 公報中未揭示有關純度之具體數値。特開平6-25 70 1號公 報中記載氧爲lOOppm以下、或5000ppm以下者、非氧化 物不純物之總數爲200ppm以下、或5 000ppm以下者。惟 ,有關具體之非氧化物不純物名稱,含量並未記載之。 -6- (2) 1266661 另外,特開2〇〇〇_226607號公報中揭示於鈮粉末中添 加特定元素後,陰極之容量提昇。亦即「添加1種以上選 自氮、燐、硼、硫黃、矽、氟、釔、鎂等公知元素之摻雜 物。此等元素於燒結鈮粉末之過程中做爲阻化劑作用,提 高陰極容量之作用者,更有改善轉化氧化膜膜質之效果。 此等元素以氬氣或氫氣做爲擔載氣體,藉由單體或氫做爲 被還原化合物進行添加之。添加量一般爲鈮之lOOOppm 以下之量者。」。惟,添加物種類,量及其具體效果於定 量上並未顯示。 【發明內容】 本發明係以提供一種於鈮粉末中含有適量氫、碳、或 鎳後適用於泄漏電流小,且,靜電容量大之固體電解電容 器之製造的鈮粉末與使用此之固體電解電容器爲其目的者 〇 先行鈮粉末中含有氫、碳、或鎳者完全未被揭示。本 發明者藉由含適量氫、碳、或鎳於鈮粉末後,發現可達成 該目的,進而完成本發明。亦即,本發明第丨發明特徵爲 含有氫Ippm以上、600ppm以下、殘餘部份實質上爲鈮之 銳粉末者。當含氫量不足1 p p m則泄漏電流變多,且,靜 電容量無法充份變大,因此,限定爲lppm以上者。 1〜6〇Oppm之範圍內時,泄漏電流少、靜電容量亦呈最大 値,g氫白里超出600ppm時,反而增加泄漏電流、靜電 容量亦減少,因此,上限爲6〇0ppm。 (3) 1266661 本發明第2發明之特徵爲含有碳Ippm以上、2〇〇ppm 以下,殘餘部份實質上爲鈮之鈮粉末者。碳含量不足 1 p p m時則泄漏電流變多,靜電容量不足,反之,碳含量 超出200ppm則泄漏電流增加,靜電容量亦減少,因此, 上限爲200ppm者。 本發明第3發明之特徵爲含有鎳lppm以上,50Ppm 以下,殘餘部份實質上爲鈮之鈮粉末者。當鎳含量不足 1 p p m則泄漏電流變多,靜電容量不足,反之,鎳含量超 出50ppm則泄漏電流增加,靜電容量亦減少,因此,上 限爲50ppm者。 本發明第4發明之特徵爲含有2種以上選自氫: lppm以上、600ppm以下,碳:lppm以上、200ppm以下 ,鎳:1 p p m以上、5 0 p p m以下者,殘餘部份實質上爲鈮 之鈮粉末者。 又,本發明第5發明之特徵爲以含有2種以上選自含 有該氫lppm以上、600ppm以下之鈮粉末,含有碳lppin 以上、200ppm以下之鈮粉末,含有鎳lppm以上、50ppm 以下之鈮粉末,或氫:lppm以上、600ppm以下,碳: lppm以上、200ppm以下,鎳:lppm以上、50ppm以下 ,殘餘部份貫質上爲鈮之鈮粉末之任意做爲原料者,於電 容器內部使燒結體做爲陽極被形成之結構者爲其特徵之固 體電解電容器者。 先行公知之鈮粉末其1次粒子之平均粒徑小,如: 5 Onm ( 0 . 〇 5 0 // m )以下,或 5 0〜1 5 Onm ( 0.0 5 0〜〇 . 1 5 0// m (4) 1266661 )者,燒結此微細鈮粉末後形成陽極之後,做爲燒結體用 時,其粒子太小爲其缺點者,轉化處理步驟中鈮呈氧化膜 被消耗而減少未氧化鈮之量。因此,電極面積減少,無法 取得超高容量之電容器。本發明第1至第3之發明其1次 粒子之平均粒徑爲超出0.150//m、2//m以下者極爲理想 。當鈮粒子太大時,做爲燒結體時,則不易燒結。又,1 次粒子係指於SEM顯微鏡觀察下做爲單體粒子者被收集 未凝聚之粒子者。平均粒徑係指粒度分佈圖中個數累積 5 0%之粒徑者。 【實施方式】 〔發明實施之最佳形態〕 以下,說明本發明之實施形態。 利用鎳粉末,藉由以下方法製作固體電解電容器後, 測定其泄漏電流及靜電容量。於〇 . 2g之鈮粉末埋入用於 陽極之0 0.5 m m鈮線材料加壓成型後做成顆粒。加壓時 之荷重爲50〜150MN/m2,加壓體容積密度爲2800〜3 200 kg/m2者。將所製成之顆粒於爐內壓力lx 10_3Pa以下,溫 度1000〜140(TC下進行燒成。燒成後之樣品浸漬於0.8質量 %磷酸水溶液中進行外加電壓20V 6小時,於顆粒表面生成 轉化被膜。之後於40質量%硫酸水溶液中,測定鈮電容器 之泄漏電流及靜電容量。泄漏電流係測定於測定電壓14 V 5 分鐘後之電流値者。又,靜電容量係於偏壓電壓1.5V之條 件下進行測定者。 (5) 1266661 做爲固體電解電容器用鈮粉末之製造方法者可藉由五氯 化鈮之鎂、鈉、或氫之還原、藉由氟化鈮之鈉還原、藉由氧 化鈮之碳或鋁之還原等進行製造之。 以下,例舉實施例進行本發明具體例之說明。 (實施例1〜3、比較例1〜2) 藉由五氯化鈮之氫還原後製作鈮粉末。將此鈮粉末於氫 氣氣氛中,溫度1100°c下隨時間變化進行加熱處理後,調 整往鈮粉末之導入氫量。氫量係利用導熱方式氣體分析計進 行測定之。之後,作成上述之電容器,測定泄漏電流及靜電 容量之値。結果示於表1。氫含量爲lppm〜600ppm之範圍時 ,泄漏電流少、靜電容量大。不在此範圍時則不盡理想。 (實施例4〜5、比較例3〜4) 藉由氧化鈮之鋁還原製作鈮粉末。往此鈮粉末進行萘之 添加量呈各種變化後,於溫度1100°C下進行所定時間加熱 處理後,調整對於鈮粉末之碳導入量。碳量以燃燒紅外吸收 分析裝置進行測定之。之後,製作上述電容器後,測定泄漏 電流及靜電容量之値。結果示於表 2。碳含量爲 lppm〜200ppm之範圍時,泄漏電流少、靜電容量大。不足 lppm及超出200ppm時,則泄漏電流變多、靜電容量變少。 (實施例6〜7、比較例5〜6) 藉由氧化鈮之鋁還原後,製作鈮粉末。對於此鈮粉末之 -10- (6) 、 1266661 添加鎳羰基之量呈各種變化後,於溫度1100°C下進行所定 - 時間加熱處理後,調整對於鈮粉末之導入鎳之量。鎳量以等 離子體勃起質量分析裝置進行測定之。之後,製成如上述之 、 電容器,測定泄漏電流及靜電容量之値。結果示於表3。鎳 、 含量爲lppm〜50ppm時,其泄漏電流少、靜電容量大爲理想 者。此範圍以外者,則性能降低。 〔產業上可利用性〕 · 本發明可藉由含所定量之特定成份於鈮粉末後,取得泄 漏電流小、靜電容量大之固體電解電容器者。
表1 氫含有率 (ppm ) 泄漏電流 (μA/gF ) 靜電容量 (KFV/g) 1次粒子之 平均粒徑 (μηι ) 比較例1 0.5 0.015 70,500 0.5 實施例1 5 0.0088 75,〇〇〇 0.7 實施例2 200 0.0083 76,000 0.5 實施例3 550 0.0087 75,500 0.6 比較例2 700 0.018 69,000 0.6 -11 - (7) 1266661 表2 碳含有率 (ppm ) 泄漏電流 (μΑ/μΐ) 靜電容量 (μΡν/g ) 1次粒子之 平均粒徑 (μιη ) 比較例3 0.5 0.015 70,500 0.3 實施例4 3 0.0080 77,000 0.4 實施例5 180 0.0087 78,000 0.4 比較例4 250 0.020 73,500 0.4
表3 鎳含有率 (ppm ) 泄漏電流 (μΑ/μΡ) 靜電容量 (μΡν/g) 1次粒子之 平均粒徑 (μπι ) 比較例5 0.5 0.012 70,000 0.4 實施例6 2 0.0088 75,000 0.4 實施例7 40 0.0086 75,000 0.4 比較例6 60 0.028 65,000 0.5
【圖式簡單說明】 圖1代表固體電解電容器之模式截面圖者。 〔主要元件對照表〕 -12- (8) (8)1266661 17 :樹脂塑模 1 6 :導電性粘著劑 10 :固體電解電容器 1 2 :氧化鈮 11 :鈮 1 8 :陽極 1 3 :固體電解質 14 :石墨 15 :銀 19 :陰極
-13-

Claims (1)

  1. (1) 1266661 拾、申請專利範圍 1. 一種鈮粉末,其特徵爲含有1PPm以上、600pPm^ 下之氫,殘餘部份實質上爲鈮者。 2· 一種鈮粉末,其特徵係含有1PPm以上、200pPm以 下之碳,殘餘部份實質上爲鈮者。 3· —種鈮粉末,其特徵係含有Ippm以上、5〇ppm^T 之鎳,殘餘部份實質上爲鈮者。 4. 一種鈮粉末,其特徵係含有2種以上選自 g 氫:lppm以上、600ppm以下, 碳:lppm以上、200ppm以下, 鎳:lppm以上、5〇ppm以下, 者’殘餘部份實質上爲鈮者。 · 5 . —種固體電解電容器,其特徵係以如申請專利範 · 圍第1項、第2項、第3項或第4項之鈮粉末做爲原料之燒結 體於電容器內部做成陽極而形成者。 -14-
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