一种超高比电容三元复合阳极氧化箔的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种超高比电容三元复合铝电极箔的制备方法，包括如下步骤：步骤一：利用高温煅烧法制备钛酸钡纳米粒子；步骤二：将硝酸钡纳米粒子和钛酸四丁酯分散液均匀喷涂到碱处理的铝箔表面并进行固化；步骤三：采用恒电流阳极氧化方法对修饰的氧化铝箔进行化成处理；步骤四：经过退火和耐水合处理得到超高的比电容钛酸钡

【技术实现步骤摘要】
一种超高比电容三元复合阳极氧化箔的制备方法


[0001]本专利技术涉及铝电解电容
，具体为一种超高比电容三元复合阳极氧化箔的制备方法
。

技术介绍

[0002]随着社会的进步，节能工业设备
、
信息终端设备及电子设备对大容量
、
高性能电容器的需求日益增加
。
铝电解电容器因具有高电容量
、
低失耗
、
长寿命
、
耐高温和高频特性良好等特点，已占全球全部电容器
1/3
的市场份额
。
可以预见，随着小型和微型电子产业的迅猛发展，铝电解电容器将具有更广阔的发展空间和更大的增长速度
。
[0003]2022
年，我国铝电解电容器的产量达到近千亿只，市场规模为
293.25
亿元，平均一个电容器的价钱不足4毛钱
。
这说明我国大部分电解电容器企业以生产中低端产品为主
。
其主要原因是组成电解电容器关键部件的铝电极箔比容量较低
。
当前，国产铝电极箔平均比容量较世界最先进产品的比容量低约
30
％，不能满足国内小型和微型高端电解电容器的生产需要
。
我国每年进口高端铝电解电容器金额达近
200
亿之多，使得我国企业在附加值高的微型智能电子产品，如智能手机
、
智能手表
、
平板电脑等的市场成长大大受限
。/>为了提升我国电解电容器的整体性能，关键是要在提升铝电极箔比电容的技术壁垒上有所突破
。
[0004]提升铝电极箔比电容途径有三个：
(1)
扩大电极箔面积；
(2)
提高介电质的相对介电常数；
(3)
减小介电质层的厚度
。
其中，微型电极箔的表面积增加受限，当前铝电极箔的介电质厚度已经很小
(
约2纳米
)。
因此，开发高介电常数的介电质层成为提升铝电极箔比电容的唯一有效途径
。
当前铝电极箔的介电质层是原位电氧化高纯铝形成的氧化铝薄膜，其介电常数约7‑
10
，显然具有巨大的提升空间
。
查询常见化合物介电常表可知，廉价
、
低毒的二氧化钛介电常数为
30
‑
100
，制备氧化铝和二氧化钛复合介电质层是提升铝电极箔比电容的有效策略
。
已有较多研究报道，利用溶胶
‑
凝胶法
、
水解共沉淀法以及电化学沉淀法制备复合膜铝电极箔
。
结果表明，受工艺影响，这种复合膜的介电常数也仅达到
25
左右，远远没有解决铝电极箔比电容低的根本问题
。
[0005]近年来纳米材料及其合成技术快速发展，一些新型材料像雨后春笋般涌现到科技前沿
。
超高介电常数的纳米材料，如钛酸锶
、
钛酸钡
、
铁电材料等相继被报道
。
其中，纳米钛酸钡由于其强介电性能和稳定
、
容易合成的特点，被誉为是“电子陶瓷工业的支柱”，在工业微电子领域已被广泛研究
。
但是，纳米钛酸钡与氧化铝的晶型差异大，使得他们直接复合的作用力较弱，直接复合得到的铝电极箔柔性较差，容易断裂，就会引起铝电解电容器的漏电流较大，因此，亟待一种改进的技术来解决现有技术中所存在的这一问题
。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种超高比电容三元复合阳极氧化箔的制备方法，利用超强介电常数的纳米钛酸钡和二氧化硅，原位电化学氧化制备三元复合铝电极箔，可显著提升铝电极箔的比电容量
。
另外，本专利技术方法制备过程简单
、
原料低廉
、
所用试剂环保低毒，同
时制备流程便于自动化和大规模生产，以解决上述
技术介绍
中提出的问题
。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：包括如下步骤：
[0008]步骤一：铝箔预处理：对高纯铝箔进行清洗，之后在
0.1
摩尔每升的氢氧化钠溶液中进行预处理，增加其铝箔表面的粗糙度，便于后续修饰；
[0009]步骤二：钛酸钡纳米粒子的制备：将二氧化钛和硝酸钡按照摩尔比1：1分散到水溶液中，磁力搅拌
10
分钟后，加热蒸发和干燥得到混合均匀的二氧化钛和硝酸钡固体，之后进行球磨得到粉末状二氧化钛和硝酸钡固体，最后，将混合固体在马弗炉中进行高温煅烧，得到钛酸钡纳米颗粒；
[0010]步骤三：铝箔表面修饰：将钛酸钡纳米粒子分散到无水乙醇中超声1小时，得到均匀的分散液，之后加入一定量钛酸四丁酯，磁力搅拌
10
分钟，再加入一定的蒸馏水，持续搅拌
30
分钟，利用高压喷枪将分散液均匀喷涂到铝箔表面，待表面干燥后，将铝箔置于烘箱
350
度固化2小时，得到钛酸钡纳米粒子和二氧化钛修饰的铝箔；
[0011]步骤四：电化学氧化过程：在两电极体系中，以修饰的铝箔为阳极，铂片为对电极，乙二酸铵为电解液，采用恒电流模式进行氧化处理，得到三元复合铝电极箔；
[0012]步骤五：退火过程：为了增加铝电极中氧化铝和二氧化硅的结晶性，提介电层的介电常数，将三元复合铝电极箔置于马弗炉中进行退火处理；
[0013]步骤六：耐水合处理：退火处理后的电极箔置于磷酸二氢铵溶液中浸泡2小时，提升电极箔的耐水合能力，最后，蒸馏水冲洗，
60
度中干燥，得到高性能钛酸钡
、
二氧化钛和氧化铝组成的三元复合铝电极箔
。
[0014]优选的，本专利技术提供的一种超高比电容三元复合阳极氧化箔的制备方法，其中，所述步骤一中的高纯铝箔进行清洗是在丙酮
、
乙醇和蒸馏水中各超声
15
分钟；在
0.1
摩尔每升的氢氧化钠中预处理时间为1‑5分钟
。
[0015]优选的，本专利技术提供的一种超高比电容三元复合阳极氧化箔的制备方法，其中，所述步骤二中的二氧化钛和硝酸钡分散液质量分数是5％
‑
15
％；将二氧化钛和硝酸钡混合固体球磨成1‑2微米尺寸粉末；混合固体在马弗炉中以
10
度每分钟进行
1000
‑
1100
度高温煅烧1‑2小时
。
[0016]优选的，本专利技术提供的一种超高比电容三元复合阳极氧化箔的制备方法，其中，所述步骤三中的钛酸钡纳米粒子分散液浓度
0.1
‑1克每升；加入钛酸四丁酯的浓度为1％
‑5％；蒸馏水和乙醇体积1：1；钛酸钡纳米粒子和二氧化钛在铝箔表面的修饰量为1‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种超高比电容三元复合阳极氧化箔的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤一：铝箔预处理：对高纯铝箔进行清洗，之后在
0.1
摩尔每升的氢氧化钠溶液中进行预处理，增加其铝箔表面的粗糙度，便于后续修饰；步骤二：钛酸钡纳米粒子的制备：将二氧化钛和硝酸钡按照摩尔比1：1分散到水溶液中，磁力搅拌
10
分钟后，加热蒸发和干燥得到混合均匀的二氧化钛和硝酸钡固体，之后进行球磨得到粉末状二氧化钛和硝酸钡固体，最后，将混合固体在马弗炉中进行高温煅烧，得到钛酸钡纳米颗粒；步骤三：铝箔表面修饰：将钛酸钡纳米粒子分散到无水乙醇中超声1小时，得到均匀的分散液，之后加入一定量钛酸四丁酯，磁力搅拌
10
分钟，再加入一定的蒸馏水，持续搅拌
30
分钟，利用高压喷枪将分散液均匀喷涂到铝箔表面，待表面干燥后，将铝箔置于烘箱
350
度固化2小时，得到钛酸钡纳米粒子和二氧化钛修饰的铝箔；步骤四：电化学氧化过程：在两电极体系中，以修饰的铝箔为阳极，铂片为对电极，乙二酸铵为电解液，采用恒电流模式进行氧化处理，得到三元复合铝电极箔；步骤五：退火过程：为了增加铝电极中氧化铝和二氧化硅的结晶性，提介电层的介电常数，将三元复合铝电极箔置于马弗炉中进行退火处理；步骤六：耐水合处理：退火处理后的电极箔置于磷酸二氢铵溶液中浸泡2小时，提升电极箔的耐水合能力，最后，蒸馏水冲洗，
60
度中干燥，得到高性能钛酸钡
、
二氧化钛和氧化铝组成的三元复合铝电极箔
。2.
根据权利要求1所述的一种超高比电容三元复合阳极氧化箔的制备方法，其特征在于：所述步骤一中的高纯铝箔进行清洗是在丙酮
、
乙醇和蒸馏水中各超声
15
分钟；在
0.1
摩尔每升的氢氧化钠中预处理时间为1‑5分钟
...

【专利技术属性】
技术研发人员：上官莉，袁欣欣，
申请(专利权)人：江苏理工学院，
类型：发明
国别省市：