一种用于阳极极化金属的电解质溶液和包括所述阳极极化金属的电容器。所述电解液包括按重量计大于约５％并小于约３０％的水，和按重量计约０．１％至２０％的电离质以及非质子极性溶剂。所述电离质包括磷酸和一种链烷醇胺，其量和比例足以保持ｐＨ值为大约４至大约９。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】阳极极化阀金属形成阳极体的方法及其所用的电解液专利技术背景[0001]本专利技术涉及一种用于阳极极化阀金属的电解液(electrolyte)及其使用方法。[0002]自从20世纪40年代开始出现钽“湿块(wet slug)”电容器以来，在80-90℃下，使用含水的磷酸阳极极化溶液迅速成为了工业标准。这类溶液特别适用于阳极极化钽粉末冶金阳极体，这些阳极体构成了电容器的基本组成部分。磷酸阳极极化给电介质膜带来了良好的性能。熟知的是，来自于阳极极化溶液中的磷酸酯在阳极氧化物电介质中的存在，极大地降低了氧气穿过氧化物的迁移率。迁移率的降低使氧气进入基材的迁移最小化，结果电介质比磷酸酯不存在的条件下得到的更稳定。大约在1960年以前，含有10-60％乙二醇的稀磷酸含水乙二醇溶液，已经取代了含水的磷酸用来阳极极化钽粉末冶金电容器阳极体，在较高的阳极极化电压下更是如此。介电性能的提高可通过在阳极极化溶液中有乙二醇存在来实现。[0003]乙二醇对产生优良介电性能所起的作用似乎是相当复杂的。乙二醇的存在可以改变电解液的沸点、电解液的电阻率对温度变化的响应、以及电解液的极限火花放电电压(ultimate sparking voltage)。在含水的乙二醇/稀磷酸中，钽上生成阳极氧化物膜的二次离子质谱(即“SIMS”分析法)分析结果表明这些膜中有碳存在。目前为止，对阳极氧化物膜的分析过程中遇到的困难已经阻止了对存在于二醇/磷酸酯形成的膜中碳种类的鉴别。该碳种类可能以乙二醇磷酸酯、诸如草酸酯、甲酸酯或碳酸酯等乙二醇氧化产物、或一些还未想到的形式存在。混入的碳种类在大约250℃至大约450℃温度下的热处理过程中表现出的强稳定性有力地说明了混入的种类是碳酸酯。要得到更确切的结果则需要利用更灵敏的方法对氧化物膜进行分析。阳极极化的第二步一般在热处理之后以便进一步增强氧化物的稳定性。[0004]美国专利5,716,511描述了一种在钽和其它阀金属体上生成阳极-->膜的方法和所用的电解液，其目的是使所得电介质膜中的缺陷数目降到最低。这些电解液通常用在低于约50℃下。为了在钽粉末冶金致密体(compacts)整个表面形成相当均匀的阳极氧化物，该电解液需要的最低含水量约为30％。这与含有乙二醇的电解液是一致的。当含水量小于约30％时，发现阳极极化过程主要发生在阳极体外表面附近，而阳极体的内部大部分未被阳极化，除非在某一电压下保持极其长的时间(+48小时)。[0005]美国专利6,480,371描述了一种含有链烷醇胺和磷酸的阳极极化溶液的用途，其目的是使可能的阳极极化电压最大化以及使阳极体中聚磷酸酯的沉积最小化。如在美国专利5,716,511中描述的那样，已经发现链烷醇胺/磷酸混合物与含水的聚乙烯乙二醇二甲醚一起使用时会产生特别稳定的电介质膜。美国专利No.5,716,511中的溶剂与美国专利No.6,480,371中的电离质(ionogens)结合起来得到的电解液仍然要求其最低含水量大约为30％，以使粉末冶金阳极体内阳极极化适宜、均匀。[0006]英国专利申请GB 2,168,383描述了一种用于阳极极化多种阀金属的方法，该方法采用了磷酸、或电解液和水可溶性磷酸盐的极性非质子溶剂的溶液，其含有小于2％水。对许多阀金属来说，在电流密度约1毫安培/平方厘米或更低，且低于约30℃下使用这些电解液会获得最好的效果。美国专利5,185,075中增加了GB 2,168,383所述溶液的含水量，工作温度达50℃或更低，以阳极极化99.997％纯钛。一般说来，GB 2,168,383中描述的溶剂和美国专利5,185,075中所做的改变都不适用于阳极极化粉末冶金阳极。这些专利中的电解液的含水量低，阳极的内部不能均匀地被磷酸/非质子极性溶剂溶液阳极极化。[0007]已知某些极性非质子溶剂倾向于和质子化的胺形成复合体(complexes)。所述复合体产生非水溶液，该非水溶液跟含有相同的胺和酸但不与质子化的胺形成强复合体的非水溶剂中形成的溶液相比导电性更好。与质子化胺形成复合体的极性非质子溶剂的例子包括N-烷基胺，例如二甲基甲酰胺。与质子化胺形成复合体的倾向较低的极性非质子溶剂的例子包括N-甲基-2-吡咯烷酮、N-乙基-2-吡咯烷酮、4-丁内酯(butylrolactone)、丙烯碳酸酯、四甲基脲、和环丁砜(四亚甲基砜)。二甲基亚砜是与质子化-->胺形成复合体的溶剂组中的其中一种。二甲基亚砜与质子化胺形成复合体的倾向相当大以至于二甲基亚砜已经用做电解电容器工作或填充电解液的一个组分。美国专利4,812,951描述了25％二甲基亚砜取代了等量的电容器原始溶剂后带来的效果。结果是低温电阻率降低以及使电解液电阻率随温度改变的变化值最小化。专利技术概要[0008]本专利技术的一个目的是提供一种用于阳极极化阀金属的电解液及其使用方法。[0009]本专利技术的另一个目的是提供一种含水电解液，其适合于阳极极化阀金属而未使阳极内部的阳极极化最小化。[00010]一个特殊的特征是在高pH下阳极极化且未降低其效果而在氧化物层中仍然混有磷酸酯的能力[00011]另一个特殊的特征是在氧化物层中混有磷酸酯且无多余的磷酸酯沉积的能力。[00012]正如本领域普通技术人员所了解的那样，一种用于阳极极化金属的电解质溶液和包括所述阳极极化金属的电容器具备这些和其它优势。所述电解液包括按重量计大于约5％并小于约30％的水，按重量计约0.1％至20％电离质以及非质子极性溶剂。所述电离质包括磷酸和一种链烷醇胺，其量和比例足以保持pH值为大约4至大约9。[00013]另一个实施例提供了一种阳极极化阳极的方法，其包括步骤：a)提供一种阀金属；b)将所述阀金属放进电解液，所述电解液包括按重量计大于约5％并小于约30％的水；按重量计约0.1％至20％的电离质；及非质子极性溶剂；所述电离质包括：磷酸；以及一种链烷醇胺，其中电离质的量和比例足以保持pH值为大约4至大约9；以及c)对所述阀金属施加阳极极化电压。[00014]另一个实施例提供了制造电容器的方法：-->a)提供一种阀金属；b)将所述阀金属放进电解液，所述电解液包括：按重量计大于约5％并小于约30％的水；按重量计约0.1％至20％的电离质；及非质子极性溶剂；所述电离质包括：磷酸；以及一种链烷醇胺，其中电离质的量和比例足以保持pH值为大约4至大约9；c)对所述阀金属施加阳极极化电压，以一阳极极化的阳极；以及d)制造包含所述阳极极化的阳极的电容器。专利技术详述[00015]经过辛勤的研究，本申请的专利技术人已经研发出一种适用于pH值为4-9的含水阳极极化溶液，该溶液包括链烷醇胺和非质子极性溶剂。本专利技术人也研发出一种改进的方法，该方法利用本专利技术的阳极极化溶液来阳极极化阳极。[00016]在特定的阳极极化的应用中，期望使用含水量小于约30％的阳极极化溶液。当在较高电压下阳极极化铌或铌的低价氧化物粉末冶金阳极或在较高电压下阳极极化由精细钽粉末制成的粉末冶金钽阳极时尤需如此。对于在粉末冶金阳极的间隙中生成均匀的阳极氧化物，在阳极极化电解液中使用常规有机溶剂时，较高的水含量是必须的，所述的有机溶剂诸如乙二醇、二甘醇、聚乙二醇300、四甘醇二甲醚等。在上述阳极极化的应用本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于阳极极化金属的电解质溶液，其包括：按重量计大于约５％并小于约３０％的水； 按重量计约０．１％至２０％的电离质，其包括：磷酸；和链烷醇胺，其中电离质的量足以保持ｐＨ值为大约４至大约９；以及非质子 极性溶剂。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2003-6-17 10/462,9731.一种用于阳极极化金属的电解质溶液，其包括：按重量计大于约5％并小于约30％的水；按重量计约0.1％至20％的电离质，其包括：磷酸；和链烷醇胺，其中电离质的量足以保持pH值为大约4至大约9；以及非质子极性溶剂。2.权利要求1的电解液，其中所述的链烷醇胺选自单乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、乙基二乙醇胺、二乙基乙醇胺、二甲基乙醇胺和二甲基乙氧基乙醇胺。3.权利要求2的电解液，其中所述的链烷醇胺选自二甲基乙醇胺和二甲基乙氧基乙醇胺。4.权利要求1的电解液，其中所述的非质子极性溶剂包括N-烷基酰胺。5.权利要求4的电解质，其中所述的N-烷基酰胺选自二甲基甲酰胺和二甲基乙酰胺。6.权利要求1的电解液，其中所述的非质子极性溶剂包括二甲基亚砜。7.权利要求1的电解液包括按重量计约0.1％至约15％的所述电离质。8.权利要求7的电解液包括按重量计约0.5％至约5％的磷酸。9.权利要求7的电解液包括按重量计约0.5％至约7％的链烷醇胺。10.一种由权利要求1中的电解液阳极极化的阳极。11.权利要求10的阳极包括阀金属，所述阀金属选自钛、钨、铬、铝、锆、铪、锌、钒、铌、钽、铋、锑及其混合物、合金和金属玻璃组合物。12.权利要求11的阳极，其中所述的阳极包括钽。13.一种电容器，其包括权利要求12所述的阳极。14.一种阳极极化阳极的方法，其包括以下步骤：提供一种阀金属；将所述阀金属放进电解液，所述电解液包括：按重量计大于约5％并小于约30％的水；按重量计约0.1％至20％的电离质，所述电离质包括：磷酸；和链烷醇胺，其中电离质量足以保持pH值为大约4至大约9；以及非质子极性溶剂；以及对所述阀金属施加阳极极化电压。15.权利要求14所述的阳极极化阳极的方法，其中所述的链烷醇胺选自单乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、乙基二乙醇胺、二乙基乙醇胺、二甲基乙醇胺和二甲基乙氧基乙醇胺。16.权利要求15所述的阳极极化阳极的方法，其中所述的链烷醇胺选自二甲基乙醇胺和二甲基乙氧基乙醇胺。17.权利要求14所述的阳极极化阳极的方法，其中所述的非质子极性溶剂包括N-烷基酰胺。18.权利要求17所述的阳极极化阳极的方法，其中...
【专利技术属性】
技术研发人员：布莱恩约翰麦乐迪，约翰托尼凯纳德，大卫亚历山大惠勒，
申请(专利权)人：凯米特电子公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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