高比容、超薄型负极箔及液态铝电解电容器制造技术

本发明专利技术涉及高比容、超薄型负极箔及液态铝电解电容器，该负极箔包括铝基材和电介质层，铝基材的表面蚀刻形成孔洞，电介质层为轧制在孔洞和铝基材表面的涂层，涂层的浆料选取阀金属的氧化物电介质颗粒、有机树脂、分散剂及溶剂并按质量比为1∶0.1～1∶0.0001～0.01∶5～50，浆料涂覆在具有孔洞的铝基材表面，并在100～300℃的高温炉中干燥，接着在隔绝氧气且温度控制在400～600℃下进行碳化形成轧制之前涂层。本发明专利技术通过蚀刻和轧制工艺所获得的负极箔，不仅减小了涂层的电阻、增加电容的容量，而且厚度薄，导电性、密合性和安全性强。

High specific capacity, ultra-thin negative foil and liquid aluminum electrolytic capacitor

【技术实现步骤摘要】
高比容、超薄型负极箔及液态铝电解电容器本申请是申请日为2019年03月20日、申请号为201910214466.4、名称为一种负极箔的生产工艺及负极箔和液态铝电解电容器的分案申请。
本专利技术属于电容器
，特别涉及一种高比容、超薄型负极箔，同时还涉及液态铝电解电容器。
技术介绍
众所周知，电子元器件小型化一直以来都是行业热点。近年来，无论在民用的消费类电子、工业制造、汽车电子，还是军事通信等领域，各种智能终端的迅速发展。这些终端功能的实现，无不需要小型化的元器件支持，在有限的空间实现更多的功能已成为必然趋势，对元器件小型化的需求将持续不断。电容作为基础元器件在电子线路中是一种必不可少的器件，一般用来作为通交阻直、滤波、旁路、耦合和快速充放电功能来使用，可用来减少纹波并吸收开关稳压器产生的噪声，还可以用于后级稳压，提高设备的稳定性和瞬态响应能力。电源输出中不应出现任何纹波噪声或残留抖动。而在各种类型的电容器中，液态铝电解电容器从容量体积比，容量价格比上来说，仍然是最具性价比的选择，广泛应用于消费电子产品、通信产品、自动化控制、汽车工业、光电产品、高速铁路与航空及军事装备等。根据电容的容量计算公式C=εS/d，其中C为电容容量，ε为电介质的介电常数，S为电容器正负电极板的正对面积，d为正负电极板间的距离，可以看出，电容的容量与电介质的介电常数成正比，电极板的面积成正比，电极间的距离成反比。实际在液态铝电解电容的结构存在两个电容，其中正极箔与电解液构成一个电容器C1，电解液与负极箔构成一个电容器C2，两个电容器呈串联连接，总容量C=（C1×C2）/（C1+C2），为使总容量大，正极及负极箔的容量均需要增大。容量增大的第一个方法是提高电介质的介电常数，选用氧化物介电常数高的阀金属，比如：钽，铌等，但是这些金属属于稀有金属,在地球上的资源量相对较少，价格昂贵，与铝相比性价比降低；第二个方法是降低电极间的距离，在液态铝电解电容器中电介质是铝的氧化物Al203膜层，电极间的距离就是这层氧化膜的厚度，正极箔膜层与电容耐压成正比例相关，因此在同耐压水平上，无法降低氧化膜的厚度。而负极箔的氧化膜是为稳定特性，在其表面形成极薄的氧化层仅比自然氧化膜略厚也已经无法再降低；第三种方法是提高电极箔面积是提高容量，使电容同容量小型化的常规手段。长期以来液态铝电解电容器的小型化依靠的是铝箔的扩面腐蚀技术，即通过电化学腐蚀法，将铝箔表面腐蚀出海绵状空洞，扩大其面积。随着这个技术的不断进步，扩面倍数逐年增加。但目前已基本达到其物理的极限，增加速度极其缓慢，以负极箔为例，以目前技术，比容500uF/cm2左右已经是最大程度，但和正箔电容串联后，仍然较大地影响了整体电容容量，阻止了液态铝电解电容器的进一步小型化。业界对提高负极箔比容，降低对正箔容量的损耗也进行了多年的研究，其中较有进展的方案是在铝基材上附上介电常数高的物质，提高ε的方法来提高电容。其中日本蓄电器株式会社开发出在铝基材上通过蒸镀的方法镀上一层钛，钛表面呈现高低不平的角锥状，一定程度提高其表面积，再将其钝化，表面形成TiO2薄膜，由于TiO2具有比Al203高得多的介电常数，用此方法做成的负极箔比容有较大幅度的提高，但由于其表面积不够理想，比容只能达到1000uF/cm2的程度，在低压大容量电容器中，仍会对正极箔的容量有所损耗。然而，为了增加电容器的静电容量，中国专利201080013193.4其涉及了一种电极结构体、电容器、电池及电极结构体的制造方法，该电极结构体，具有：铝材；在该铝材的表面上形成的电介质层；以及在铝材与电介质层之间且在铝材表面的至少一部分区域形成的含有铝和碳的中间层，其中电介质层含有包含阀金属的电介质粒子，在该电介质粒子的至少部分表面上形成有有机物层。同时，电极结构体的制造方法是：1）、混合物层形成工序，在铝材的表面上形成含有阀金属的电介质粒子与粘合剂的混合物层；2）、加热工序，在将形成了混合物层的铝材置于含有含烃物质的空间中的状态下进行加热。虽然，上述的电极结构体通过在铝箔附着阀金属的电介质粒子层，以提高了电极的比容，但是电介质粒子通过铝的碳化物和铝箔密实结合，需要在含有烃物质的空间下进行加热，其安全性和经济性均不佳，同时，在比容越大，其电介质粒子层越厚，显然也无法实现电容同容量的小型化难题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种改进的高比容、超薄型负极箔。同时还涉及一种采用该负极箔所制成的液态铝电解电容器，其主要利用高温后粘结剂的收缩，形成空洞，使电解液可以通过这些空洞进入到涂层内部二氧化钛颗粒的表面，因此，使电解液与负箔电极之间的距离仅为二氧化钛颗粒的直径，从而大幅降低正负电极板之间的距离，同时结合介电常数增大，电容器正负电极板的正对面积增大，使得电容得到了革命性的提高，而且同容量体积可缩小20%，对电容器的小型化做出了巨大的贡献。为解决以上技术问题，本专利技术采取的一种技术方案是：一种高比容、超薄型负极箔，其包括铝基材和电介质层，铝基材的表面蚀刻形成孔洞，其中孔洞的孔径为50～500nm、孔深为100～1000nm；电介质层为轧制在孔洞和铝基材表面的涂层，且轧制后形成在铝基材表面涂层的厚度为轧制之前形成在铝基材表面涂层厚度50%～80%，涂层的浆料选取阀金属的氧化物电介质颗粒、有机树脂、分散剂及溶剂并按质量比为1∶0.1～1∶0.0001～0.01∶5～50进行配料并搅拌混匀，浆料涂覆在具有孔洞的铝基材表面，并在100～300℃的高温炉中，干燥10～300s，接着在隔绝氧气且温度控制在400～600℃下进行碳化形成轧制之前涂层。优选地，孔洞在铝基材表面上分布的密度为1×103～9×105个/cm2。优选地，孔洞的孔径为100～300nm；孔洞的孔深为400～700nm；孔洞在铝基材表面上分布的密度为1×104～5×104个/cm2。此时，可最佳的实现电介质层和铝基材表面的密实结合。优选地，轧制后形成在铝基材表面涂层的厚度为0.5～5μm。根据本专利技术的一个具体实施和优选方面，阀金属的平均粒径为10～500nm，且为镁、钍、镉、钨、锡、钽、钛、铪、锆及铌中的一种或多种。一般情况下，选取的阀金属的氧化物电介质颗粒平均粒径为40～200nm。在颗粒非球形的情况下，粒径的定义为长轴直径与短轴直径的平均值。同时，本申请中的有机树脂为：羧基改性聚烯烃树脂；醋酸乙烯酯树脂；氯乙烯树脂；氯乙烯-醋酸乙烯酯共聚树脂；乙烯醇树脂；氟化乙烯树脂；丙烯酸树脂；聚酯树脂；氨基甲酸酯树脂；环氧树脂；尿素树脂；酚醛树脂；丙烯腈树脂；硝基纤维素树脂；石蜡；聚乙烯蜡等合成树脂；以及蜡、焦油、胶、漆、松脂、蜂蜡等天然树脂等，其主要的作用是：1.使电介质颗粒间实现物理连接；2.在热处理后碳化，使电介质颗粒和铝基材间形成电气导通。本申请中的溶剂为：酮类、酯类、醇类、芳香族类、脂肪族类、水等，其主要作用是：1.调节浆料粘度，便于涂覆；2.干燥后挥发，留出空隙，便于电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1. 一种高比容、超薄型负极箔，其包括铝基材和电介质层，其特征在于：所述铝基材的表面蚀刻形成孔洞，其中所述孔洞的孔径为50～500nm、孔深为100～1000nm；所述电介质层为轧制在孔洞和铝基材表面的涂层，且轧制后形成在铝基材表面涂层的厚度为轧制之前形成在铝基材表面涂层厚度50%～80%，其中所述涂层的浆料选取阀金属的氧化物电介质颗粒、有机树脂、分散剂及溶剂并按质量比为 1∶0.1 ～1∶0.0001～0.01∶5～50 进行配料并搅拌混匀，所述浆料涂覆在具有所述孔洞的铝基材表面，并在100～300℃的高温炉中，干燥10～300 s ，接着在隔绝氧气且温度控制在400～600℃下进行碳化形成轧制之前涂层。/n

【技术特征摘要】
1.一种高比容、超薄型负极箔，其包括铝基材和电介质层，其特征在于：所述铝基材的表面蚀刻形成孔洞，其中所述孔洞的孔径为50～500nm、孔深为100～1000nm；所述电介质层为轧制在孔洞和铝基材表面的涂层，且轧制后形成在铝基材表面涂层的厚度为轧制之前形成在铝基材表面涂层厚度50%～80%，其中所述涂层的浆料选取阀金属的氧化物电介质颗粒、有机树脂、分散剂及溶剂并按质量比为1∶0.1～1∶0.0001～0.01∶5～50进行配料并搅拌混匀，所述浆料涂覆在具有所述孔洞的铝基材表面，并在100～300℃的高温炉中，干燥10～300s，接着在隔绝氧气且温度控制在400～600℃下进行碳化形成轧制之前涂层。


2.根据权利要求1所述的高比容、超薄型负极箔，其特征在于：所述孔洞在所述铝基材表面上分布的密度为1×103～9×105个/cm2。


3.根据权利要求1或2所述的高比容、超薄型负极箔，其特征在于：所述孔洞的孔径为100～300nm；所述孔洞的孔深为400～700nm。


4.根据权利要求1所述的高比容、超薄型负极箔，其特征在于：轧制后形成在铝基材表面涂层的厚度为0.5～5μm。


5.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕上，朱金勇，蒋武斌，
申请(专利权)人：安徽纳诺箔材有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34