具有超高电容密度的箔式钽电解电容器阳极及其制备方法技术

本发明专利技术公开具有超高电容密度的箔式钽电解电容器阳极及其制备方法，以脉冲直流电源为能量源，以预处理后的钽箔作为阳极，以石墨电极或惰性金属作为阴极，阳极与阴极均与脉冲直流电源相连接，置于腐蚀液中，进行电化学腐蚀；将刻蚀箔在磷酸水溶液中进行阳极氧化，得到腐蚀钽箔。本发明专利技术所提出的电化学刻蚀工艺真正实现了高比容刻蚀钽阳极箔的制备。对于耐压为8.3V的阳极箔，其比容高达570nF/mm2，厚度不到30μm，仅为传统烧结钽电容的1/10，若以片式化封装，其尺寸甚至可以降低到100μm以下，几乎能够满足技术上最严格的埋入式电容器的要求。若以卷绕式封装，其最大容量完全可以满足90％以上的电力系统的需求。以上的电力系统的需求。以上的电力系统的需求。

【技术实现步骤摘要】
具有超高电容密度的箔式钽电解电容器阳极及其制备方法


[0001]本专利技术属于电子元器件的钽电解电容器制备领域，具体涉及一种具有超高电容密度的箔式钽电解电容器阳极及其制备方法。

技术介绍

[0002]钽电解电容器因其具有高比容，小体积，可靠性高和频率特性好等优点成为在严苛环境中无法被替代的一类电子元器件。与此同时，钽电容的劣势也非常明显，综合表现为以下两点。其一，价格昂贵，钽电解电容器的成本除了来源于钽材料本身外与其阳极块复杂的制造工艺也密切相关；其二，尽管钽电容的电容密度远远高于铝电解电容器，但由于受到烧结工艺的限制，其阳极块无法得到更大的尺寸，这就导致钽电容器的容量受到限制，无法像铝电解电容器那样广泛应用于电力电子领域。
[0003]事实上，如果利用刻蚀钽箔作为钽电解电容器的阳极，则一切问题都可以迎刃而解。一方面，刻蚀箔的制备只需要经过电化学刻蚀，其工艺过程非常简单，可以大大降低钽电容的生产成本。另外，箔式电容器的封装方式一般为卷绕式，可以制备很大体积的电容器，这也就解决了钽电容器容量较小的问题。
[0004]然而，钽在室温下具有极其稳定的化学特性，可以抵抗除氢氟酸以外的几乎所有酸的腐蚀。更重要的是，即使是能够蚀刻钽的腐蚀剂也不一定会有效增加其比表面积。因此，尽管自20世纪50年代以来对钽的电化学蚀刻进行了一些研究，但钽箔的蚀刻比(腐蚀后的比容/腐蚀前的比容)从未被报道超过15。于是，一些学者转向了相对容易被蚀刻的铌箔，但迄今为止报告的铌刻蚀箔的比表面积提升也不过30倍。显然，这么小的电容密度显然不能满足箔式电容器的实际要求。因此，有必要提出新的电化学刻蚀工艺，以实现制备具有超高电容密度的钽电容器阳极。

技术实现思路

[0005]为了解决现有技术中的问题，本专利技术的目的是提供一种具有超高电容密度的箔式钽电解电容器阳极及其制备方法，该方法能够提高蚀刻比，制备具有超高电容密度的钽电容器阳极，能够实现降低钽电容的生产成本并拓展其应用范围。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]一种具有超高电容密度的箔式钽电解电容器阳极的制备方法，包括以下步骤：
[0008]以脉冲直流电源为能量源，以预处理后的钽箔作为阳极，以石墨电极或惰性金属作为阴极，阳极与阴极均与脉冲直流电源相连接，置于腐蚀液中，进行电化学腐蚀；
[0009]将刻蚀箔在磷酸水溶液中进行阳极氧化，得到腐蚀钽箔。
[0010]进一步的，钽箔预处理的过程如下：将厚度为20
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200μm的高纯钽箔裁剪，超声清洗，烘干后在氢氟酸
‑
HNO3混酸中化学抛光，烘干。
[0011]进一步的，氢氟酸
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HNO3的体积比为20：55；抛光时间为30
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120s。
[0012]进一步的，腐蚀液为0.01
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0.04mol/L溴化盐的甲醇溶液。
[0013]进一步的，溴化盐为溴化钾、溴化钠、溴化铵、溴化四乙基铵或溴代乙酸钠。
[0014]进一步的，脉冲直流电源的电流密度为10
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30mA/cm2，频率为20
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100Hz，占空比为20％
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40％，电化学腐蚀时间为10
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40min。
[0015]进一步的，磷酸水溶液的质量浓度为0.01％
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0.1％。
[0016]进一步的，阳极氧化的电流密度为1
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5mA/cm2，电压为3
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100V，温度为80
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90℃。
[0017]一种根据权如上所述方法制备的具有超高电容密度的箔式钽电解电容器阳极，该阳极厚度小于200μm，在8.3V的耐压下电容密度能够达570nF/mm2。
[0018]与现有技术相比，本专利技术具有的有益效果：
[0019]从产品性能上来说，本专利技术所提出的电化学刻蚀工艺真正实现了高比容刻蚀钽阳极箔的制备。CV值是评价电容器综合性能的重要指标，若从CV值来看，是现有刻蚀技术制备的钽阳极的5倍多。对于耐压为8.3V的阳极箔，其比容高达570nF/mm2，厚度不到30μm，仅为传统烧结钽电容的1/10。若以片式化封装，其尺寸甚至可以降低到100μm以下，几乎能够满足技术上最严格的埋入式电容器的要求。若以卷绕式封装，其最大容量完全可以满足90％以上的电力系统的需求。
[0020]从生产成本来说，本专利技术所使用的直流脉冲刻蚀技术，具有操作简单，设备价格低廉和可重复性好等优点。避免了传统繁琐的烧结过程，也不要购买昂贵的烧结设备，极大地节约了生产成本。更重要是，用于生产刻蚀箔的产线稍加改进就可以直接用来生产刻蚀钽箔，为企业新项目的开发节约了大量的人力和财力。
[0021]从技术优势上来说，本专利技术中将钽箔实现在混合酸中进行化学抛光，一方面去除了表面粗大的轧痕，另一方面有利于形成更加均匀的钝化膜。这样做的好处在于，消除钽箔表面的高能量区域，钽箔表面的发孔会更加均匀，有利于减少“并孔”并增大比容。
[0022]进一步地，本专利技术使用直流脉冲作为能量源，脉冲电流有三点优势。第一，可以增加表面的发孔几率，提高孔洞密度，增大比容；第二，可以减弱钽箔的极化状态，减缓钽箔的腐蚀，有效减少“并孔”，增大比容；第三，可以在零电流时间内增大氧在孔洞壁上的吸附，减缓对腐蚀坑“壁”的刻蚀，有利于增加腐蚀孔的深度，进一步提升比容。
[0023]进一步的，本专利技术的刻蚀剂只局限于溴盐，比氟盐和氯更容易得到高的比容，本专利技术对比了使用NH4F，NaBr和NaCl作为腐蚀剂后的刻蚀效果。
[0024]本专利技术所制备的钽阳极箔的比容在以往同类工作中是最高的，其CV值也是同类型工作中最高的，有力地推动了钽电解电容器应用在更加丰富的场景中。
附图说明
[0025]图1为实施例5得到的刻蚀箔的截面图。
[0026]图2为经过化学抛光和未经过化学抛光的刻蚀钽箔微观图，其中，图(a)为未经过化学抛光的刻蚀钽箔微观图，图(b)为图(a)中方框处局部放大图；图(c)为经过化学抛光后的刻蚀钽箔的微观图，图(d)为图(c)中方框处局部放大图。
[0027]图3为对应的以恒流直流电源为能量源得到的刻蚀钽箔的微观图和实施例5得到的赋能前的刻蚀箔的微观图，其中，(a)为对应的以恒流直流电源为能量源得到的刻蚀钽箔的微观图，(b)为实施例5得到的赋能前的刻蚀箔的微观图。
[0028]图4为以NH4F，NaCl和NaBr为刻蚀剂得到的刻蚀箔的微观形貌；其中，(a)为NH4F，
(b)为NaCl，(c)为NaBr。
具体实施方式
[0029]下面通过实施例对本专利技术进行详细说明。
[0030]本专利技术的一种具有超高电容密度的箔式钽电解电容器阳极的制备方法，包括以下步骤：
[0031]步骤一：将厚度为20
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200μm的高纯钽箔裁剪本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有超高电容密度的箔式钽电解电容器阳极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：以脉冲直流电源为能量源，以预处理后的钽箔作为阳极，以石墨电极或惰性金属作为阴极，阳极与阴极均与脉冲直流电源相连接，置于腐蚀液中，进行电化学腐蚀；将刻蚀箔在磷酸水溶液中进行阳极氧化，得到腐蚀钽箔。2.根据权利要求1所述的一种具有超高电容密度的箔式钽电解电容器阳极的制备方法，其特征在于，钽箔预处理的过程如下：将厚度为20
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200μm的高纯钽箔裁剪，超声清洗，烘干后在氢氟酸
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HNO3混酸中化学抛光，烘干。3.根据权利要求2所述的一种具有超高电容密度的箔式钽电解电容器阳极的制备方法，其特征在于，氢氟酸
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HNO3的体积比为20：55；抛光时间为30
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120s。4.根据权利要求1所述的一种具有超高电容密度的箔式钽电解电容器阳极的制备方法，其特征在于，腐蚀液为0.01
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0.04mol/L溴化盐的甲醇溶液。5.根据权利要求4所述的一种具有超高电容密度的箔式钽电解电容器阳极的制备方法，其特征在于，溴化盐...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐友龙，赵吉平，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：