專(zhuān)利名稱(chēng)：固體電解電容器的外殼結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在極端條件下穩(wěn)定的電容器組件。更具體地說(shuō)，所述組件包括位于外殼內(nèi)部空腔內(nèi)的電容器兀件。
背景技術(shù)：
由于電解電容器(如鉭電容器)體積效率、可靠性和エ藝兼容性，其在電路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用日益增長(zhǎng)。例如，已經(jīng)開(kāi)發(fā)的ー類(lèi)電容器是固體電解電容器，包括陽(yáng)極(如鉭)、在陽(yáng)極上形成的介質(zhì)氧化物膜(如五氧化ニ鉭(Ta2O5)).固體電解質(zhì)層及陰扱。固體電解質(zhì)層可由導(dǎo)電聚合物形成，如Sakata等人的美國(guó)專(zhuān)利US5, 457，862>Sakata等人的美國(guó)專(zhuān)利US 5，473，503、Sakata等人的美國(guó)專(zhuān)利US5, 729，428及Kudoh等人的美國(guó)專(zhuān)利US 5，812，367中所述。然而，遺憾的是，由于此類(lèi)固體電解質(zhì)在高溫時(shí)存在從摻雜狀態(tài)向不摻雜狀態(tài)轉(zhuǎn)變的傾向或從不摻雜狀態(tài)向摻雜狀態(tài)轉(zhuǎn)變的傾向，其高溫穩(wěn)定性較差。為了解決這些問(wèn)題和其它問(wèn)題，人們已經(jīng)開(kāi)發(fā)了密封的電容器，以限制使用期間氧氣與導(dǎo)電聚合物接觸。例如，Rawal等人的美國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)US 2009/0244812描述了ー種電容器組件，包括導(dǎo)電聚合物電容器，所述電容器封閉和密封在含惰性氣體的陶瓷外殼內(nèi)。所述外殼包括焊接到基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)側(cè)壁上的蓋子。據(jù)Rawal等人所述，陶瓷外殼限制供應(yīng)給導(dǎo)電聚合物的氧氣量和水分量，因此，降低了在高溫環(huán)境中氧化的可能性，從而提高了電容器組件的熱穩(wěn)定性。然而，不管實(shí)現(xiàn)的好處如何，問(wèn)題卻依然存在。例如，蓋子與側(cè)壁的焊接存在問(wèn)題，導(dǎo)致密封不完全，從而會(huì)透進(jìn)少量水分與/或氧氣。雖然，并非在所有情況下這都是ー個(gè)問(wèn)題，但是，在高溫(如大約超過(guò)175°C )和高壓(如大約超過(guò)35V)極端條件下，密封不完全尤其會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。因此，目前需要ー種密封性得到改善的外殼結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，公開(kāi)了ー種包括外殼的電容器組件。所述外殼包括沿側(cè)向延伸的基板和覆蓋在基板上的蓋子，基板和蓋子之間定義了一內(nèi)部空腔。所述蓋子包含一外壁及ー從外壁向基板沿縱向延伸的側(cè)壁。蓋子從側(cè)壁與縱向呈一定角度延伸，并密封所述基板。蓋子有超出側(cè)壁外圍的圍邊。電容器元件位于內(nèi)部空腔內(nèi)，并與外殼基板連接。電容器元件包括由陽(yáng)極氧化的燒結(jié)多孔體形成的陽(yáng)極及覆蓋在所述陽(yáng)極上的固體電解質(zhì)。所述組件還包括與陽(yáng)極體電連接的陽(yáng)極端子及與固體電解質(zhì)電連接的陰極端子。本發(fā)明的其它特點(diǎn)和方面將在下文進(jìn)行更詳細(xì)的說(shuō)明。


本發(fā)明的完整和具體說(shuō)明，包括對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言的最佳實(shí)施例，結(jié)合附圖和附圖標(biāo)記在具體實(shí)施方式
中作進(jìn)ー步描述，在附圖中，同一附圖標(biāo)記表示相同或者相似部件。

如下
圖I是本發(fā)明電容器組件的一個(gè)實(shí)施例的剖視圖；圖2是圖I蓋子側(cè)壁的分解剖視圖；圖3是本發(fā)明電容器組件另一個(gè)實(shí)施例的剖視圖。
具體實(shí)施例方式對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，下面的內(nèi)容僅作為本發(fā)明的具體實(shí)施例，并不是對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，保護(hù)范圍在示范性結(jié)構(gòu)中得到體現(xiàn)。一般說(shuō)來(lái)，本發(fā)明涉及一種在極端條件下穩(wěn)定的電容器組件。更具體地說(shuō)，所述組件包括位于外殼內(nèi)部空腔內(nèi)的電容器兀件。所述外殼包括與電容器兀件連接的基板。所述 外殼還包括蓋子，所述蓋子包含一外壁，從外壁延伸ー側(cè)壁。蓋子從密封基板的側(cè)壁延伸。蓋子有超出側(cè)壁外圍的圍邊。在某些情況下，蓋子的圍邊還與基板的邊緣共平面。采用這種蓋子能夠使部件之間連接更穩(wěn)定，改善電容器組件的密封效果和機(jī)械穩(wěn)定性，從而使其能夠在極端條件下更好地工作。下面將更為詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明的各種實(shí)施例。
_4] I.電容器元件對(duì)于高壓應(yīng)用來(lái)說(shuō)，通常希望電容器元件的陽(yáng)極是由比電荷相對(duì)較低的粉末形成，例如，大約低于70，000微法拉*伏特/克(“ U F*V/g”)，在一些實(shí)施例中為大約2，000 u F*V/g-大約 65，000 u F*V/g，在一些實(shí)施例中為大約 5，000-大約 50，000 u F*V/g。當(dāng)然，雖然有時(shí)候希望采用比電荷低的粉末，但是，這并不意味著要求采用。也就是說(shuō)，粉末也可以具有相對(duì)較高的大約70，000微法拉*伏特/克(“ U F*V/g”)或更高的比電荷，在一些實(shí)施例中，大約是80，000 u F*V/g或更高，在一些實(shí)施例中，是大約90，000 u F*V/g或更高，在一些實(shí)施例中，是大約100，000 u F*V/g或更高，在一些實(shí)施例中，是大約120，000至大約 250，OOOu F*V/go所述粉末可能包含ー種閥金屬(即能夠氧化的金屬)或基于閥金屬的化合物，如鉭、鈮、鋁、鉿、鈦及其各自的合金、氧化物、氮化物等。例如，閥金屬組合物可能包含ー種鈮的導(dǎo)電氧化物，如鈮氧原子比為I : I. 0±1. 0的鈮的氧化物，在一些實(shí)施例中，鈮氧原子比為I : I. 0±0. 3，在一些實(shí)施例中，鈮氧原子比為I : I. 0±0. 1，在一些實(shí)施例中，鈮氧原子比為I 1.0±0.05。例如，鈮的氧化物可能是NbOa^NbO1.^NbO1-JPNbO2tj這種閥金屬氧化物的實(shí)例在Fife的美國(guó)專(zhuān)利專(zhuān)利US 6,322,912、Fife等人的美國(guó)專(zhuān)利US 6，391，275、El包等人的美國(guó)專(zhuān)利US 6，416，730、Ei包的美國(guó)專(zhuān)利US 6,527,937、Kimmel等人的美國(guó)專(zhuān)利US 6，576，099、Ei包等人的美國(guó)專(zhuān)利US 6. 592. 740、Kimmel等人的美國(guó)專(zhuān)利US6，639，787、Kimmel等人的美國(guó)專(zhuān)利US 7，220, 397，及Schnitter公開(kāi)的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)US2005/0019581、. Schnitter等人公開(kāi)的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)US 2005/0103638及Thomas等人公開(kāi)的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)US 2005/0013765中均有所描述，以上專(zhuān)利以全文的形式引入到本專(zhuān)利中。例如，顆粒可以是片狀、角狀、節(jié)狀及上述混合體或者變體。顆粒的篩分粒度分布至少大約為60目，在一些實(shí)施例中為大約60目到大約325目，一些實(shí)施例中為大約100目到大約200目。此外，比表面積大約是0. I-大約10. 0m2/g，在一些實(shí)施例中，是大約0. 5-大約5. 0m2/g,在一些實(shí)施例中，大約是I. 0-大約2. 0m2/g。術(shù)語(yǔ)“比表面積”是指按照《美國(guó)化學(xué)會(huì)志》(Journal of American Chemical Society) 1938 年第 60 卷 309 頁(yè)上記載的Bruanauer> Emmet和Teller發(fā)表的物理氣體吸附法(B. E. T.)測(cè)定的表面積,吸附氣體為氮?dú)狻Ｍ瑯?，體積(或者斯科特)密度一般為大約O. I-大約5. Og/cm3，在一些實(shí)施例中為大約O. 2-大約4. Og/cm3, 一些實(shí)施例中為大約O. 5-大約3. Og/cm3。在粉末中還可加入其它組分，以促進(jìn)陽(yáng)極體的形成。例如，可采用粘結(jié)劑與/或潤(rùn)滑劑，以保證在壓制成陽(yáng)極體時(shí)各顆粒彼此適當(dāng)?shù)卣辰Y(jié)在一起。合適的粘結(jié)劑包括樟腦、硬脂酸和其它阜質(zhì)脂肪酸、聚乙二醇(Carbowax)(聯(lián)合碳化物公司)、甘酞樹(shù)脂(Glyptal)(美國(guó)通用電氣公司)、聚乙烯醇、萘、植物蠟以及微晶蠟(精制石蠟)。粘結(jié)劑可在溶劑中溶解和分散。溶劑實(shí)例包括水、醇等。使用粘結(jié)劑和/或潤(rùn)滑劑時(shí)，其百分含量是總重量的大約O. 1% -大約8%。然而，應(yīng)該理解的是，本發(fā)明并不要求使用粘結(jié)劑和潤(rùn)滑劑。得到的粉末可以采用任一種常規(guī)的粉末壓模壓緊。例如，壓?？蔀椴捎脝文＞吆鸵粋€(gè)或多個(gè)模沖的一站式壓力機(jī)?；蛘撸€可采用僅使用單模具和單下模沖的砧型壓模。單站壓模有幾種基本類(lèi)型，例如，具有不同生產(chǎn)能力的凸輪壓力機(jī)、肘桿式壓力機(jī)/肘板壓力 機(jī)和偏心壓力機(jī)/曲柄壓力機(jī)，例如可以是單動(dòng)、雙動(dòng)、浮動(dòng)模壓力機(jī)、可移動(dòng)平板壓力機(jī)、對(duì)置柱塞壓力機(jī)、螺旋壓力機(jī)、沖擊式壓力機(jī)、熱壓壓力機(jī)、壓印壓力機(jī)或精整壓力機(jī)。壓制后，所得陽(yáng)極體可以切割為任何要求的形狀，如正方形、長(zhǎng)方形、圓形、橢圓形、三角形、六邊形、八邊形、七邊形、五邊形等。所述陽(yáng)極體還可以具有“槽”形，槽內(nèi)包括一個(gè)或多個(gè)溝槽、凹槽、低洼或者凹陷，以增加表面積-體積比，最大程度地降低ESR并延長(zhǎng)電容的頻率響應(yīng)。然后，陽(yáng)極體將經(jīng)歷一個(gè)加熱步驟，脫除其中大部分粘結(jié)劑/潤(rùn)滑劑，如果不是全部脫除的話。例如，陽(yáng)極體一般采用溫度大約150°C-500°C的烘箱加熱?；蛘?，也可將顆粒與水溶液接觸而脫除粘結(jié)劑/潤(rùn)滑劑，如Bishop等人的美國(guó)專(zhuān)利US 6，197，252所述。陽(yáng)極體一旦形成后，即進(jìn)行燒結(jié)。燒結(jié)溫度、氣氛和時(shí)間取決于多種因素，如陽(yáng)極類(lèi)型、陽(yáng)極尺寸等。一般來(lái)說(shuō)，燒結(jié)在大約800°C -大約1900°C條件下進(jìn)行，在一些實(shí)施例中，在大約1000°C -大約1500°C，在一些實(shí)施例中，在大約1100°C -大約1400°C條件下進(jìn)行，燒結(jié)時(shí)間為大約5分鐘-大約100分鐘,在一些實(shí)施例中，為大約30分鐘-大約60分鐘。如果要求的話，燒結(jié)可在限制氧原子轉(zhuǎn)移到陽(yáng)極的氣氛中進(jìn)行。例如，燒結(jié)可在還原性氣氛中進(jìn)行，如在真空、惰性氣體、氫氣中進(jìn)行。還原性氣氛的壓力大約是10托至大約2000托，在一些實(shí)施例中，大約是100托至大約1000托，在一些實(shí)施例中，大約是100托至大約930托。也可以使用氫氣和其它氣體(如氬氣或氮?dú)?的混合物。陽(yáng)極引線還可與陽(yáng)極體連接，并從陽(yáng)極體沿側(cè)向引出。陽(yáng)極引線可以是線狀、片狀等，可以采用閥金屬化合物，如鉭、鈮、鈮的氧化物等形成。所述引線的連接可采用任何已知的方法完成，例如將引線焊接到陽(yáng)極體上或在形成期間(例如，在壓緊與/或燒結(jié)之前)將引線嵌入陽(yáng)極體內(nèi)。該陽(yáng)極還涂覆介質(zhì)層。介質(zhì)可以這樣形成對(duì)燒結(jié)的陽(yáng)極進(jìn)行陽(yáng)極氧化(“陽(yáng)極氧化”)，在陽(yáng)極上面與/或內(nèi)部形成介質(zhì)層。例如，鉭(Ta)陽(yáng)極可經(jīng)陽(yáng)極氧化變?yōu)槲逖趸g(Ta2O5)。一般說(shuō)來(lái)，陽(yáng)極氧化首先是在陽(yáng)極上涂覆一種溶液，例如將陽(yáng)極浸到電解質(zhì)中。通常采用溶劑，如水(如去離子水)。為了增強(qiáng)離子電導(dǎo)率，可以采用在溶劑中能夠離解而形成離子的化合物。此類(lèi)化合物的實(shí)例包括，例如，酸，如下文電解質(zhì)一節(jié)所述。例如，酸(如磷酸)占陽(yáng)極氧化溶液的含量可能是大約0. OIwt % -大約5wt%，在一些實(shí)施例中是大約O. 05wt% -大約O. 8wt%,在一些實(shí)施例中是大約O. Iwt% -大約O. 5wt%。若需要的話，也可以采用酸的混合物。使電流通過(guò)陽(yáng)極氧化溶液，形成介質(zhì)層。形成電壓值決定介質(zhì)層的厚度。例如，一開(kāi)始以恒電流模式建立電源供應(yīng)，直到達(dá)到要求的電壓。然后，可將電源供應(yīng)切換到恒電位模式，以確保在陽(yáng)極整個(gè)表面形成要求的介質(zhì)層厚度。當(dāng)然，也可以采用人們熟悉的其它方法，如脈沖或階躍恒電位法。陽(yáng)極氧化發(fā)生時(shí)的電壓一般是大約4-大約250V，在一些實(shí)施例中，是大約9-大約200V，在一些實(shí)施例中，是大約20-大約150V。在陽(yáng)極氧化期間，陽(yáng)極氧化溶液可保持在較高溫度，如大約30°C或更高，在一些實(shí)施例中，大約40°C -大約200°C，在一些實(shí)施例中，大約50°C -大約100°C。陽(yáng)極氧化還可在室溫或更低溫度下進(jìn)行。所得到的介質(zhì)層可在陽(yáng)極表面形成或在陽(yáng)極孔內(nèi)形成。電容器元件還包含作為電容器陰極的固體電解質(zhì)。例如，二氧化錳固體電解質(zhì)可通過(guò)硝酸猛(Mn(NO3)2)熱解形成。例如，這種熱解方法在Sturmer等人的美國(guó)專(zhuān)利US4，945，452中進(jìn)行了描述，該專(zhuān)利以全文的形式引入到本專(zhuān)利中。或者，固體電解質(zhì)可由一層或多層導(dǎo)電聚合物層形成。這些層中的導(dǎo)電聚合物通常是η-共軛的，并在氧化或還原后具有導(dǎo)電性，例如，氧化后電導(dǎo)率至少約為lys.cnr1。此類(lèi)η-共軛的導(dǎo)電聚合物的實(shí)例包括，例如，聚雜環(huán)類(lèi)(例如聚吡咯；聚噻吩、聚苯胺等)；聚乙炔；聚-對(duì)苯撐；聚苯酚鹽等。尤其適合的導(dǎo)電聚合物是具有下述結(jié)構(gòu)通式的取代聚噻吩
cAT
其中，T 是 O 或 S ;D是任選C1-C5烯烴取代基(例如，亞甲基、乙烯基、正-丙烯基、正丁烯基、正戊烯基等);R7是線性或支鏈的任選C1-C18烷基取代基(例如，甲基、乙基、正丙基或異丙基、正丁基、異丁基、仲丁基或叔丁基、正戊基、I-甲基丁基、2-甲基丁基、3-甲基丁基、I-乙基丙基、1，I- 二甲基丙基、1，2- 二甲基丙基、2，2- 二甲基丙基、正己基、正庚基、正辛基、2-乙基己基、正壬基、正癸基、正i^一烷基、正十二烷基、正十三烷基、正十四烷基、正十六烷基、正十八烷基等)；任選C5-C12環(huán)烷基取代基(如環(huán)戊基、環(huán)己基、環(huán)庚基、環(huán)辛基、環(huán)壬基、環(huán)癸基等)；任選C6-C14芳基取代基(如苯基、萘基等)；任選C7-C18芳烷基取代基(如芐基，鄰、間、對(duì)-甲苯基、2，3-、2，4-、2，5-、2，6-、3，4-、3，5-二甲苯基、三甲苯基等)；任選C1-C4羥烷基取代基或輕基取代基；及q是0-8的整數(shù)，在一些實(shí)施例中，是0-2的整數(shù)，在一些實(shí)施例中，是O ;及η是2-5，000，在一些實(shí)施例中，η是4-2，000，在一些實(shí)施例中，η是5-1，000 ;“D”或“R7”的取代基實(shí)例包括，例如，燒基、環(huán)燒基、芳基、芳燒基、燒氧基、齒素、釀、硫釀、_■硫化物、亞砜、砜、磺酸酯、氨基、醛、酮、羧酸酯、羧酸、碳酸酯、羧化物、氰基、烷基硅烷和烷氧基硅烷基、羧酰胺基等。尤其適合的噻吩聚合物是“D”為任選取代C2-C3烯烴取代基的噻吩聚合物。例如，聚合物可為具有下述結(jié)構(gòu)通式的任選取代聚(3，4_乙烯基二氧噻吩)
權(quán)利要求
1.ー種電容器組件,包括 外殼，包括沿側(cè)向延伸的基板及覆蓋在基板上的蓋子，基板和蓋子之間定義一內(nèi)部空腔，其中所述蓋子含外壁和從外壁朝基板沿縱向延伸的側(cè)壁，其中一唇部從側(cè)壁與縱向呈一定角度延伸并密封基板，所述唇部有一超出所述側(cè)壁外圍的圍邊； 位于內(nèi)部空腔內(nèi)并與外殼基板連接的電容器元件，所述電容器元件包括一由陽(yáng)極氧化的燒結(jié)多孔體形成的陽(yáng)極及覆蓋在所述陽(yáng)極上的固體電解質(zhì)； 與所述陽(yáng)極體電連接的陽(yáng)極端子；及 與所述固體電解質(zhì)電連接的陰極端子。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電容器組件，其中所述外壁定義蓋子遠(yuǎn)端，所述唇部定義蓋子的近端。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電容器組件，其中所述唇部圍邊通常與基板圍邊共平面。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電容器組件，其中所述唇部圍邊沿通常與基板側(cè)向垂直的方向延伸。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電容器組件，其中所述側(cè)壁沿通常與基板側(cè)向垂直的方向延伸。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電容器組件，其中所述唇部沿通常與基板側(cè)向平行的方向延伸。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電容器組件，其中所述側(cè)壁和唇部之間的角度是大約80°至大約100。。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電容器組件，其中所述密封元件位于唇部和基板之間。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電容器組件，其中相對(duì)的側(cè)壁從蓋子外壁沿縱向向基板延イ申，其中唇部從每個(gè)側(cè)壁相對(duì)縱向呈一定角度延伸并密封基板，每個(gè)唇部有一超出側(cè)壁外圍的圍邊。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電容器組件，其中所述內(nèi)部空腔具有包含惰性氣體的氣氛。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電容器組件，其中所述電容器元件占據(jù)內(nèi)部空腔的大約30vol*%或更多。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電容器組件，其中所述惰性氣體占?xì)怏w氛圍的大約50wt%至 IOOwt %。
13.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電容器組件，其中所述多孔體由鉭的氧化物或鈮的氧化物形成。
14.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電容器組件，其中所述固體電解質(zhì)包括導(dǎo)電聚合物。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的電容器組件，其中所述導(dǎo)電聚合物是顆粒分散體的形式。
16.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電容器組件，其中所述基板和蓋子采用金屬、塑料、陶瓷或它們的組合制造。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的電容器組件，其中所述蓋子由金屬形成。
18.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電容器組件，進(jìn)ー步包括從陽(yáng)極多孔體側(cè)向延伸的引線，其中所述引線位于外殼的內(nèi)部空腔內(nèi)。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的電容器組件，進(jìn)ー步包括連接元件，所述連接元件包含通常與陽(yáng)極引線側(cè)向垂直并與陽(yáng)極引線連接的第一部分。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的電容器組件，其中所述連接元件進(jìn)ー步包含通常與陽(yáng)極引線延伸側(cè)向平行的第二部分。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的電容器組件，其中所述第二部分位于外殼內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種在極端條件下穩(wěn)定的電容器組件。更具體地說(shuō)，所述組件包括位于外殼內(nèi)部空腔內(nèi)的電容器元件。所述外殼包括與電容器元件連接的基板。所述外殼還包括一蓋子，所述蓋子包含一外壁，從外壁延伸一側(cè)壁。側(cè)壁端部由相對(duì)縱向呈一定角度延伸的唇部定義，并具有超出側(cè)壁外圍的圍邊。唇部密封基板。在某些情況下，蓋子的圍邊還與基板的邊共平面。采用這種蓋子能夠使部件之間連接更穩(wěn)定，改善電容器組件的密封效果和機(jī)械穩(wěn)定性，從而使其能夠在極端條件下更好地工作。
文檔編號(hào)H01G9/15GK102737855SQ20121009748
公開(kāi)日2012年10月17日 申請(qǐng)日期2012年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月7日
發(fā)明者I·澤尼科娃, J·彼得日萊克, M·比樂(lè), S·策德尼克 申請(qǐng)人:Avx公司