本发明专利技术提供了一种固态电解电容器，包括由导电性粉末制成的阳极体和涂布在阳极体上部和/或内部的电介质。本发明专利技术人发现了一种方法，认为可以极大改善锰氧化物层的均匀性和一致性。这部分是通过在前体溶液中使用分散剂来完成的，分散剂有助于最小化锰氧化物前体接触电介质表面时形成液滴的可能性。相反，前体溶液可以更好地分散开，因而得到的锰氧化物具有“膜样”结构，并以基本均匀的方式覆盖至少一部分阳极。这改善了得到的氧化物的质量及其表面覆盖度，并因而增强了电容器的电性能。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种固态电解电容器，尤其涉及一种固态电解电容器在高压应用方面的用途。
技术介绍
已知二氧化锰广泛用作电解质电容器中的固态电解质。这种电容器通常通过首先将阀金属阳极(例如钽)阳极化形成电介质氧化物涂层，以及随后将涂布了氧化物的阳极浸渍到硝酸锰水溶液中制成。在放置一段足够的时间后，加热湿润的阳极，使硝酸锰发生热解反应产生二氧化锰。为了获得预期厚度的固态电解质，常重复多次浸渍和加热的步骤。然而，传统的渗锰工艺存在一个问题，即得到的二氧化锰的厚度通常在阳极的某些位置 (例如边缘)较大，这将导致电性能差。人们已经采用多种方法来尝试解决这些问题。例如，在硝酸锰溶液中加入表面活性剂来极大幅降低其表面张力并改善涂布了氧化物的阳极表面的润湿性。此类表面活性剂中的一种是Erktantol NR(Tanatex Chemicals BV)，属于非离子脂肪醇聚乙二醇醚。类似地，Tierman的美国专利号4，302，301描述了其它的一些可用于渗锰溶液中的非离子表面活性剂，诸如壬基酚聚氧乙烯醚(Ig印al C0-630)、聚乙二醇辛基苯基醚(Triton X-100)、苄醚辛基酚-环氧乙烷缩合物(Triton CF-10)和3，6-二甲基-4-辛炔基-3，6- 二醇(Surfynol 82)。虽然加入表面活性剂可以带来一些益处，但仍然无法解决关键的问题。例如，高压配电系统将赋予电容器高电压，这将导致涌入或“浪涌”电流，尤其在迅速开启期间或运行电流尖脉冲期间。电容器不出现故障而能承受的浪涌电流峰值被认为与二氧化锰层的质量部分相关。更具体地，低质量的层可能包含峰和谷，其中较薄的区域与较厚的区域相邻。由于较薄区域具有比其相邻的较厚区域较小的电阻，消耗在较薄区域的功率通常更大。因而， 当出现浪涌电流时，这些较薄区域可能发展成不牢固的“热点”，最终导致电介质的劣化和故障。除了上述的问题之外，常规的电容器还可能出现其它问题，诸如当湿润时出现较大的电容损失以及高的泄漏电流。因而，目前需要一种经改良的包含锰氧化物固态电解质的电解电容器。
技术实现思路
依据本专利技术的一个实施方案，公开了一种固态电解电容器，包括由导电性粉末制成的阳极体，其中该粉末具有小于约70，000 μ F*V/g的荷质比(specific charge) 0电介质覆盖阳极体。此外，固态电解质覆盖电介质，其中固态电解质包括以基本均勻的方式涂覆至少一部分电介质的锰氧化物膜。依据本专利技术的一个实施方案，公开了一种包括由钽粉制成的阳极体的固态电解电容器。电介质覆盖阳极体。此外，固态电解质覆盖电介质，其中固态电解质包括以基本均勻的方式涂覆至少一部分电介质的锰氧化物膜。电容器具有大约40安培或更大的浪涌电流峰值。依据本专利技术的另一个实施方案，公开了一种制作固态电解电容器的方法。该方法包括阳极化氧化(anodically oxidize)阳极体以形成电介质涂层，其中阳极体由具有小于约70，000 μ F*V/g的荷质比的粉末制成。涂有电介质的阳极体与包含分散剂的锰氧化物前体溶液接触。在一个实施方案中，分散剂包括具有亲水基团和疏水基团的有机化合物，该化合物是具有6-14个碳原子的芳香环或杂原子环系统。在另一个实施方案中，水(20°C时) 的表面张力与分散剂(水中浓度是lwt.%以及在20°C时)的表面张力的比例是大约0.8至大约1. 2。前体将热解地转化为锰氧化物固态电解质。接下来将更详细地描述本专利技术的其它特征和方面。附图说明参看以下附图，在说明书的剩余部分将更详细地描述对于本领域技术人员来说更为完整和详细的本专利技术的内容，包括其最佳实施方式，附图是图1是依据本专利技术可制得的电容器的一个实施方案的示意图； 图2-3是如实施例1所示的实施例的样品的FESEM图，其中图2是样品1的图，图3是样品2的图4示出了实施例2中形成的溶液的粒度分布(颗粒数目与水动力直径的比值)； 图5示出了浪涌检测电路图。本说明书和附图中重复出现的附图标记通常代表本专利技术的相同或类似的特征或元件。具体实施例方式对于本领域技术人员来说应能理解，本说明书仅仅描述了示例性实施方案，并不意味着将对从示例性结构能够衍生出的本专利技术的更宽泛的方面做出限制。通常来说，本专利技术公开了一种固态电解电容器，包含由导电性粉末制得的阳极体和涂布在阳极体上方和/或内部的电介质。本专利技术的专利技术人已发现一种被认为大幅改进锰氧化物层的均勻性和一致性的技术。这部分是通过在前体溶液中使用分散剂来实现的，分散剂有助于最小化锰氧化物前体接触电介质表面时形成液滴的可能性。相反，前体溶液可以更好地分散开，因而得到的锰氧化物具有“膜样”结构，并以基本均勻的方式涂布至少一部分阳极。这改善了得到的氧化物的质量及其表面覆盖度，并因而增强了电容器的电性能。电容器，例如，可显示较高的“击穿电压”(使电容器故障的电压)，诸如大约30伏或更大，在一些实施方案中是大约50伏或更大，在一些实施方案中是大约60伏或更大，在一些实施方案中是大约60伏至大约100伏，这可通过由以3伏的增量逐步增大施加电压直至泄漏电流达到ImA的方法来测得。类似地，电容器还可承受较高的浪涌电流，这在高压应用中是也是普遍的。浪涌电流峰值可以是，例如，大约2倍于额定电压或更大，诸如大约40 安培或更大，在一些实施方案中是大约60安培或更大，在一些实施方案中是大约120安培至大约250安培。此外，电容器还可具有较高湿电容百分比，这将使其在潮湿环境下仅具有小的电容损耗和/或波动。该性能通常用由以下等式确定的“干湿电容百分比(dry to wet capacitance percentage)，，来量化，等式是干湿电容1分饮=(1-([湿-干]/湿))X100例如，本专利技术的电容器的干湿电容百分比是大约80%或更大，在一些实施方案中是大约85%或更大，在一些实施方案中是大约90%或更大，而在一些实施方案中是大约9 至100% ο现在将更详细地描述本专利技术的各种实施方案。I.阳极如上所述，本专利技术的电容器可用于高压应用中。这种高压部分通常需要可在阳极颗粒的空白和孔洞之间增长(grow)的较厚电介质层的形成。为了以这种方式最优化增长此类电介质的能力，阳极可由具有低荷质比的粉末制成。即，粉末的荷质比可小于大约70，000 微法拉*伏/克OF*V/g”)，在一些实施方案中是大约2，00(^F*V/g至大约65，00(^F*V/g， 而在一些实施方案中是大约5，000至大约50，000mF*V/g。粉末可包含单个的颗粒和/或这类颗粒的颗粒团。用于制成粉末的化合物包括阀金属(即，能被氧化的金属)或基于阀金属的化合物，诸如钽、铌、铝、铪、钛、其合金、其氧化物、其氮化物等。例如，阀金属组合物可含有铌的导电性氧化物，如铌和氧的原子比为1:1.0士 1.0的铌氧化物，在一些实施方案中是 1:1. 0士0. 3，在一些实施方案中是1:1. 0士0. 1，以及在一些实施方案中是1:1. 0士0. 05。例如，铌氧化物可以是NbOa ^NbO1.^NbO1.以及Nb02。在Fife的U. S.专利号6, 322, 912、Fife 等人的 6, 391，275.Fife 等人的 6, 416，730.Fife 的 6, 527，937.K本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
2010.06.23 US 61/357,690;2010.07.22 US 61/366,6661.一种固态电解电容器，包括由导电性粉末制成的阳极体，其中所述粉末的荷质比小于大约70，000 μ F*V/g ； 覆盖所述阳极体的电介质；以及覆盖所述电介质的固态电解质，其中固态电解质包括以基本均勻的方式涂覆至少一部分所述电介质的锰氧化物膜。2.根据权利要求1所述的固态电解电容器，其中所述导电性粉末包括钽，电介质包括五氧化钽。3.根据权利要求1或2所述的固态电解电容器，其中所述电容器的浪涌电流峰值是大约40安培或更大。4.一种固态电解电容器，包括 由钽粉末制成的阳极体；覆盖所述阳极体的电介质；以及覆盖所述电介质的固态电解质，其中所述固态电解质包括以基本均勻的方式涂覆至少一部分电介质的锰氧化物膜，其中所述电容器的浪涌电流峰值是大约40安培或更大。5.根据权利要求4所述的固态电解电容器，其中所述粉末的荷质比小于大约70，000μ F>l<V/g。6.根据上述任一项权利要求所述的固态电解电容器，其中所述粉末的荷质比是大约 2, 000 μ F*V/g 至大约 65，000 μ F*V/g。7.根据上述任一项权利要求所述的固态电解电容器，其中碳层、银层，或两者覆盖所述固态电解质。8.根据上述任一项权利要求所述的固态电解电容器，其中电容器的浪涌电流峰值是大约60安培或更大。9.根据上述任一项权利要求所述的固态电解电容器，其中电容器的干/湿电容百分比是大约80%或更大，优选大约90%或更大。10.一种制作固态电解电容器的方法，所述方法包括阳极化氧化处理阳极体，形成电介质涂层，其中阳极体由粉末制成，其中粉末的荷质比小于大约 70，000 μ F*V/g ；将涂有电介质的阳极体与包...
【专利技术属性】
技术研发人员：伊恩·平威尔，戴维·马谢德，希尔维·维尔科瓦，佩特·斯托扬，吉里·赫特，伊凡·霍拉塞克，
申请(专利权)人：AVX公司，
类型：发明
国别省市：
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