超高压固体电解电容器制造技术

本发明专利技术公开了一种用于超高压环境的电容器。在电容器形成期间，阳极氧化时采用的形成电压通常是大约300V或更高，采用的温度是从大约10℃至大约70℃。采用这种条件，可以大幅改善电介质的质量和厚度，而不会对其表面覆盖的均匀性和一致性造成不利影响。此外，固体电解质还采用预成型的导电聚合物颗粒分散体形成。采用这种方式，所述电解质通常不含导致介质降解（尤其是在上述超高电压条件下）的高能自由基（如Fe2+或Fe3+离子）。

【技术实现步骤摘要】
超高压固体电解电容器
本专利技术涉及一种超高压固体电解电容器。
技术介绍
固体电解电容器(如钽电容器)对电子电路的微型化做出了重要贡献，使这种电路可以在极端环境中使用。传统固体电解电容器是通过在金属引线周围压制金属粉末(如钽)、烧结压制部件、对烧结阳极进行阳极氧化，然后涂覆固体电解质而形成。本质上，由于导电聚合物的等效串联电阻(“ESR”)低，以及失效模式是“非燃烧/非点燃”模式，因此，通常被用作固体电解质。这类电解质可以在催化剂和掺杂剂存在下通过单体的原位聚合形成。或者，还可以采用预先制备的导电聚合物浆液。不管导电聚合物电解质是怎样形成的，它们的一个问题是其固有脆弱性，在电容器形成期间或运作期间，这种固有脆弱性有时使导电聚合物电解质与介质剥离。此外，在电压非常高的应用中，介质层的质量可使电容器出现故障。例如，高压配电系统向电容器输送高压，导致出现突入或“浪涌”电流，尤其是在迅速打开电源时或在工作电流尖峰期间。电容器能够耐受峰值浪涌电流且不出现故障可能部分与介质的质量有关。由于较薄处的电阻比附近较厚处的电阻低，较薄处消耗的功率通常更大。因此，当施加浪涌电流时，这些较薄处可能发展成脆弱的“热点”，最终导致介质降解和崩溃。因此，需要一种在电压非常高的环境中具有改善的性能的固体电解电容器。
技术实现思路
根据本专利技术的一个实施例，公开了一种形成超高压固体电解电容器元件的方法。所述方法包括在大约300伏特或更高的形成电压及大约10℃至大约70℃条件下，对烧结多孔阳极体进行阳极氧化，以在所述阳极体上形成包含介质涂层的阳极，其中所述阳极体是由包含钽、铌或它们的导电氧化物的粉末形成的；以及向所述阳极应用导电聚合物颗粒分散体，形成固体电解质，其中所述导电聚合物颗粒包括取代聚噻吩。根据本专利技术的另一个实施例，公开了一种包括一阳极的固体电解电容器，其中所述阳极包括阳极氧化的烧结多孔阳极体。所述阳极体是由包含钽或铌的氧化物的、比电荷是大约3,000至大约40,000μF*V/g的粉末形成的。所述电容器还包括覆盖在所述阳极上的固体电解质，其中所述固体电解质是由包括聚(3,4-乙烯基二氧噻吩)或其衍生物的导电聚合物颗粒分散体形成的。一阳极端子与所述阳极电连接，一阴极端子与所述固体电解质电连接。此外，所述电容器的击穿电压是大约200伏特或更高。本专利技术的其它特点和方面将在下文进行更详细的说明。附图说明本专利技术的完整和具体说明，包括对于本领域技术人员而言的最佳实施例，结合附图和附图标记在具体实施方式中作进一步描述，在附图中，同一附图标记表示相同或者相似部件。附图说明如下：图1是根据本专利技术形成的一个电容器实施例的示意图。具体实施方式应该理解，对于本领域技术人员来说，下面的内容仅作为本专利技术的示范性实施例的描述，并不是对本专利技术保护范围的限制，更广泛的内容在示范性结构中得到体现。一般说来，本专利技术涉及一种用于超高压环境的电容器，如额定电压大约75V或更高，在一些实施例中是大约100V或更高，在一些实施例中，是大约110V至大约200V。本专利技术人发现，通过将与阳极、介质和固体电解质形成有关的各种特点独特且受控的综合，可以实现这种在超高电压环境中使用的电容器。例如，本专利技术人发现，可以在形成电压比传统采用的形成电压更高、温度比传统采用的温度更低的条件下开展阳极氧化。也就是说，阳极氧化期间采用的形成电压通常是大约300V或更高，在一些实施例中是大约320V或更高，在一些实施例中，是大约340V至大约380V，温度是从大约10℃至大约70℃，在一些实施例中，是从大约20℃至大约60℃，在一些实施例中，是从大约25℃至大约50℃。虽然，并不完全了解准确的机理，但是，我们认为，采用这些条件可以大幅改善介质的质量和厚度，同时，不会对其表面覆盖的均匀性和一致性造成不利影响。除采用的阳极氧化条件与传统采用的不同之外，所述固体电解质还是通过预成型的导电聚合物颗粒分散体形成的。采用这种方式，所述电解质通常不含导致介质降解(尤其是在上述超高电压条件下)的高能自由基(如Fe2+或Fe3+离子)。根据本专利技术得到的电容器能够用于超高压应用。例如，电容器可能具有相对较高的“击穿电压”(电容器失效时的电压)，如大约为120V或更高，在一些实施例中，大约为175V或更高，在一些实施例中，大约为200V或更高，在一些实施例中，为大约240V至大约300V。同样，电容器还能够耐受高压应用中常见的相对较高的浪涌电流。例如，浪涌电流峰值可以是大约100A或更高，在一些实施例中可以是大约200A或更高，在一些实施例中，可以是大约300A至大约800A。下面将更为详细地说明本专利技术的各种实施例。I.阳极阳极通常由一种阀金属组合物形成。该组合物的比电荷可能有所不同，例如，为大约2,000μF*V/g到大约70,000μF*V/g，在一些实施例中，从大约3,000μF*V/g到大约40,000μF*V/g或更高，在一些实施例中，从大约4,000到大约20,000μF*V/g。阀金属组合物包含一种阀金属(即能够氧化的金属)或基于阀金属的化合物，如钽、铌、铝、铪、钛及它们的合金、氧化物、氮化物等。例如，阀金属组合物可包含一种铌的导电氧化物，如铌氧原子比为1:1.0±1.0的铌的氧化物，在一些实施例中，铌氧原子比为1:1.0±0.3，在一些实施例中，铌氧原子比为1:1.0±0.1，在一些实施例中，铌氧原子比为1:1.0±0.05。例如，铌的氧化物可能是NbO0.7、NbO1.0、NbO1.1和NbO2。这种阀金属氧化物的实例在Fife的美国专利US6,322,912、Fife等人的美国专利US6,391,275、Fife等人的美国专利US6,416,730、Fife的美国专利US6,527,937、Kimmel等人的美国专利US6,576,099、Fife等人的美国专利US6,592,740、Kimmel等人的美国专利US6,639,787、Kimmel等人的美国专利US7,220,397，及Schnitter公开的美国专利申请2005/0019581、Schnitter等人公开的美国专利申请2005/0103638及Thomas等人公开的美国专利申请2005/0013765均有所描述。为了形成阳极，通常采用阀金属组合物的粉末。粉末可以包含任何形状的颗粒，如结节状、角状、片状等，及这些形状的混合。在具体的实施例中，颗粒为相对扁平或板状，为片状形态。这种颗粒可以在阳极的外表面和内表面之间提供短的传输线，并且提供具有高导电性的高度连续和致密的引线-阳极连接。这些颗粒可以提高击穿电压(电容器失效时的电压)，并且有助于降低等效串联电阻(“ESR”)。这些颗粒在更高电压条件下进行阳极氧化时，还可以提高阳极的比电荷，从而提高能量密度。当采用时，片状颗粒通常是扁的。平整度通常由“纵横比”来定义，即颗粒的平均直径或宽度除以平均厚度(“D/T”)。例如，颗粒的纵横比从大约2至大约100，在一些实施例中从大约3至大约50，在一些实施例中从大约4至大约30。颗粒的比表面积从大约0.5至大约10.0m2/g，在一些实施例中，是大约0.7至大约5.0m2/g，在一些实施例中，是大约1.0至大约4.0m2/g。术语“比表面积”是指本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种形成超高压固体电解电容器元件的方法，所述方法包括：在形成电压是大约300伏特或更高及温度从大约10℃至大约70℃的条件下对烧结的多孔阳极体进行阳极氧化，形成在所述阳极体上包含电介质涂层的阳极，其中所述阳极体是由包含钽、铌或它们的导电氧化物的粉末形成的；及向所述阳极施用导电聚合物颗粒分散体，形成固体电解质，其中所述导电聚合物颗粒包括取代聚噻吩。

【技术特征摘要】
2012.03.01 US 61/605,3061.一种形成超高压固体电解电容器的方法，所述方法包括：在形成电压是300伏特或更高及温度从10℃至70℃的条件下对烧结的多孔阳极体进行阳极氧化，形成在所述阳极体上包含电介质涂层的阳极，其中所述阳极体是由包含钽、铌或它们的导电氧化物的粉末形成的；及向所述阳极施用导电聚合物颗粒分散体，形成固体电解质，其中所述导电聚合物颗粒包括取代聚噻吩；其中所述电容器的额定电压是110V至200V。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述多孔阳极体浸入到含电解质的槽中，其中所述电解质的温度保持在从10℃至70℃。3.根据权利要求2所述的方法，其中在电压300伏特或更高的条件下，电流通过电解质，形成电介质涂层。4.根据权利要求1所述的方法，其中所述形成电压是从340伏特至380伏特。5.根据权利要求1所述的方法，其中所述温度是从25℃至50℃。6.根据权利要求1所述的方法，其中所述多孔阳极体是由包含纵横比从2至100的片状颗粒的钽粉形成的。7.根据权利要求1所述的方法，其中所述多孔阳极体是由比电荷从5000至40,000μF*V/g的粉末形成的。8.根据权利要求1所述的方法，其中所述取代聚噻吩具有下述通式结构：其中，T是O或S；D是任选C1-C5烯烃取代基；R7是线性或支化的任选C1-C18烷基取代基；任选C5-C12环烷基取代基；任选C6-C14芳基取代基；任选C7-C18芳烷基取代基；任选C1-C4羟烷基取代基或羟基取代基；及q是0-8的整数；及n是2-5,000。9.根据权利要求1所述的方法，其中所述取代聚噻吩具有下述通用结构：其中，R7是线性或支化的任选C1-C18烷基取代基；任选C6-C14芳基取代基；任选C1-C4羟烷基取代基或羟基取代基；q是0-8的整数；及n是2-5,0...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·彼得日莱克，M·乌赫尔，T·卡尼克，
申请(专利权)人：AVX公司，
类型：发明
国别省市：