專利名稱：一種鈮電容器陰極制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電解電容器陰極電解質(zhì)的制備方法，尤其是一種氧化鈮電容器固體陰極電解質(zhì)的制備方法。
背景技術(shù)：
鉭電容器具有體積小、容量大、可靠性高等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)和終端設(shè)備、智能家電、物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域，由于鉭電容器需求不斷增長和鉭資源短缺引發(fā)了鉭電容器制造成本的增加，限制了電子整機(jī)的小型化、集成化和智能化，為此人們加快了鉭替代材料的應(yīng)用研究和新型電解電容器制造技術(shù)的研究。鈮作為與鉭同一族的閥金屬，與鉭具有相同的物理化學(xué)特性，儲(chǔ)量豐富，約為鉭儲(chǔ)量的40倍左右，而且鈮氧化物一五氧化二鈮的介電常數(shù)達(dá)41，是替代鉭的優(yōu)選方案之一，而且用鈮代替鉭，其工藝技術(shù)可以 借鑒鉭電解電容器的工藝技術(shù)，生產(chǎn)設(shè)備可以與鉭電容器生產(chǎn)設(shè)備共用。隨著鈮電解電容器制造技術(shù)的成熟，研究者發(fā)現(xiàn)鈮低價(jià)氧化物一一氧化鈮具有不燃燒、強(qiáng)導(dǎo)電、陶瓷粉末等特性，而且用一氧化鈮制造的電解電容器也具有與鉭電容器相同的優(yōu)點(diǎn)，還具有使用電壓降幅小、不燃燒特點(diǎn)，其工藝技術(shù)、工藝流程與鉭電容器相似。在專利申請?zhí)朇N02807111. 5的“鈮電容器的制備方法”發(fā)明專利公開了一種鈮電容器的制作方法，包括在燒結(jié)體表面形成氧化物膜，在氧化物膜上形成半導(dǎo)體層，再在半導(dǎo)體層上形成導(dǎo)體層的工藝技術(shù)，應(yīng)用該技術(shù)生產(chǎn)的鈮電容器具有優(yōu)良的LC性能以及較小的由DC偏置的應(yīng)用導(dǎo)致的電容量減小，但沒有說明電容器的陰極電解質(zhì)層是如何制備的。在CN200710140391.7 “電解電容器”發(fā)明專利中公開了一種鈮電容器的制造方法，包括陰極、含鈮的陽極、配置于陰極與陽極之間的病含有鈮氧化物的氧化物層以及與陽極連接的導(dǎo)線，其陰極為聚吡咯等導(dǎo)電性高分子層。用該技術(shù)生產(chǎn)能夠抑制鈮電容器漏電流的增加，但該技術(shù)涉及二氧化錳半導(dǎo)體陰極電解質(zhì)制備技術(shù)。在CN1776847 “固體電解電容器陰極制造方法”發(fā)明專利(本公司研究人員提出)中公開了一種造鉭、鈮、鋁等閥金屬芯塊表面制備二氧化錳陰極層的方法，并獲得國家專利權(quán)，該方法采用先反復(fù)浸潰低濃度硝酸錳溶液并熱分解數(shù)次后再反復(fù)浸潰高濃度硝酸錳溶液并熱分解數(shù)次的工藝流程。該發(fā)明技術(shù)在鉭芯塊表面制備二氧化錳陰極層時(shí)，芯塊電容量的引出率、ESR值均有顯著的降低，但該發(fā)明應(yīng)用于鈮電容器的二氧化錳陰極層制備時(shí)，電容量弓I出率較低，芯塊的ESR值也較大。本發(fā)明研究人員通過對上述專利技術(shù)的摸索試驗(yàn)和現(xiàn)有鉭電容器工藝技術(shù)應(yīng)用于一氧化鈮電容器制造時(shí)，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品電容量的引出率只有80%左右，等效串聯(lián)電阻(ESR)測試值也遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于標(biāo)準(zhǔn)值。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)CN1776847 “固體電解電容器陰極制造方法”中存在的上述缺陷，本發(fā)明旨在提供一種氧化鈮電容器固體陰極電解質(zhì)制備方法，本方法以氧化鈮粉為原料，通過陽極塊的擠壓成型、煅燒、介質(zhì)膜形成后，在進(jìn)行固體陰極電解質(zhì)制備時(shí)，采用浸潰濃度低的硝酸錳熱分解與浸潰濃度高的硝酸錳熱分解交替進(jìn)行的方法制備二氧化錳陰極層，解決了電容量引出不完全、ESR值大的難題。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明方法份工藝流程步驟和工藝條件兩部分本發(fā)明一種鈮電容器陰極制造方法，其工藝步驟包括前工序?qū)⒁谎趸壏垡糟g絲為陽極引出線壓制成氧化鈮電容器陽極芯塊，并在高溫真空燒結(jié)成多孔陽極體，并將陽極體在稀磷酸水溶液中進(jìn)行陽極形成，形成介電層，然后按以下工藝在陽極體表面制備二氧化錳陰極層，其特征是在陽極體表面制備二氧化錳陰極層的工藝步驟依次為步驟(I)將形成介電層的氧化鈮陽極芯塊簡稱陽極芯塊，浸潰低濃度硝酸錳溶液，取出加熱分解，重復(fù)步驟
(I)2-4 次；
步驟(2)將經(jīng)步驟(I)處理后的陽極芯塊經(jīng)浸潰高濃度的硝酸錳溶液，取出加熱分解，重復(fù)步驟(2) 2-4次；
步驟(3)將經(jīng)步驟(2)處理后的陽極芯塊進(jìn)行陽極形成處理，取出烘干；
步驟(4)將經(jīng)步驟(3)處理后的陽極芯塊按步驟(I)浸潰加熱分解I次，再按步驟(2)浸潰加熱分解一次； 步驟(5)將經(jīng)步驟(4)處理后的陽極芯塊按步驟(I)浸潰加熱分解I次，再按步驟(2)浸潰加熱分解I次，然后進(jìn)行形成處理，并重復(fù)本步驟數(shù)I次；
步驟(6)將經(jīng)步驟(5)處理后的陽極芯塊浸潰高濃度的硝酸錳溶液，取出加熱分解； 步驟(7)將經(jīng)步驟(6)處理后的陽極芯塊浸潰高濃度的硝酸錳溶液，取出加熱分解； 上述各步驟的工藝條件為
步驟(I)低濃度硝酸錳溶液及熱分解的條件為
硝酸錳溶液比重為I. 05g/cm3 I. 3 g/cm3，浸潰溫度為20°C 60°C，浸潰時(shí)間為5min 7min,熱分解溫度為20CTC 30CTC,分解時(shí)間5min 15min ；
步驟(2)高濃度硝酸錳溶液及熱分解的條件為
硝酸錳溶液比重為1.3g/cm3 1.6 g/cm3，浸潰溫度為20°C 60°C，浸潰時(shí)間為5min 7min,熱分解溫度為20CTC 30CTC,分解時(shí)間5min 15min ；
步驟(3)形成的條件為
形成液為O. 1% 1% (體積比)乙酸水溶液,通電時(shí)間IOmin 60min,通電電壓為額定電壓的2 5倍，
產(chǎn)品形成結(jié)束后放入100°C 150°C的烘箱中烘干；
步驟(4)同步驟(I)、步驟(2)；
步驟(5)同步驟(I)、步驟(2)和步驟(3)；
步驟(6)添加二氧化錳粉的高濃度硝酸錳溶液及熱分解的條件為
在I Kg比重為I. 5g/cm3 2. O g/cm3硝酸猛溶中加入2 Kg 二氧化猛粉,攪拌均勻后使用。陽極塊浸潰后先在20°C 100°C溫度下放置IOmin 30min。各步驟的優(yōu)化工藝條件為
步驟(I)硝酸錳溶液比重為I. 2g/cm3、浸潰溫度55°C、浸潰時(shí)間5min，取出放入210°C分解設(shè)備中5min ；
步驟(2)硝酸錳溶液比重為I. 5g/cm3、浸潰溫度55°C、浸潰時(shí)間5min，取出放到210°C分解設(shè)備中5min ；
步驟(3)將陽極塊放入盛有O. 1% (體積比)醋酸水溶液的電解槽中，施加25V的直流電,保持通電lOmin。通電結(jié)束后，取出陽極塊放入100°C 150°C的烘箱中烘干；步驟(4)同步驟(I)、步驟(2)；
步驟(5)同步驟(I)、步驟(2)和步驟(3)；
步驟(6)將陽極塊浸入添加有二氧化錳粉的硝酸錳溶液5min，然后將陽極塊放入100°C的烘箱中，保溫lOmin。其中添加二氧化錳粉的硝酸錳溶液的配方是將I Kg 二氧化錳加入到2 Kg比重為I. 8g/cm3的硝酸錳溶液中，攪拌均勻即可；
步驟(7)將陽極塊浸入到比重為I. 5g/cm3、溫度55°C硝酸錳溶液中浸潰5min，取出放到210°C分解設(shè)備中5min。經(jīng)過本發(fā)明加工后所得鈮電容器陰極最后在其二氧化錳表面涂覆碳層、銀漿層和裝在金屬外殼內(nèi)過引線框架上進(jìn)行樹脂膜封裝而成氧化鈮固體電解電容器產(chǎn)品。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，由于本發(fā)明技術(shù)采用的是低濃度硝酸錳溶液與高濃度硝酸錳溶液交替浸潰和熱分解的方式，使分解得到的二氧化錳顆粒能夠滲透到陽極塊的微孔中，并與陽極塊緊密接觸，從而實(shí)現(xiàn)電容量的完全引出，降低了二氧化錳陰極層與電介質(zhì)層的接觸電阻，達(dá)到降低產(chǎn)品等效串聯(lián)電阻(ESR)的目的。


本發(fā)明工藝流程為說明書附圖。從圖可知，本發(fā)明工藝流程步驟依次為
步驟(I)將形成介電層的氧化鈮陽極芯塊簡稱陽極芯塊，浸潰低濃度硝酸錳溶液，取出加熱分解，重復(fù)步驟(I) 2-4次；
步驟(2)將經(jīng)步驟(I)處理后的陽極芯塊經(jīng)浸潰高濃度的硝酸錳溶液，取出加熱分解，重復(fù)步驟(2) 2-4次；
步驟(3)將經(jīng)步驟(2)處理后的陽極芯塊進(jìn)行陽極形成處理，取出烘干；
步驟(4)將經(jīng)步驟(3)處理后的陽極芯塊按步驟(I)浸潰加熱分解I次，再按步驟(2)浸潰加熱分解I次；
步驟(5)將經(jīng)步驟(4)處理后的陽極芯塊按步驟(I)浸潰加熱分解I次，再按步驟(2)浸潰加熱分解I次，然后進(jìn)行形成處理，并重復(fù)本步驟數(shù)I次；
步驟(6)將經(jīng)步驟(5)處理后的陽極芯塊浸潰高濃度的硝酸錳溶液，取出加熱分解；步驟(7)將經(jīng)步驟(6)處理后的陽極芯塊浸潰高濃度的硝酸錳溶液，取出加熱分解；本發(fā)明將通過引用以下例子做進(jìn)一步的詳細(xì)說明，這些例子不應(yīng)解釋為以任何方式限制這項(xiàng)發(fā)明。
具體實(shí)施例方式 實(shí)施例I
選取CV值為80，ΟΟΟμ FV/g的一氧化鈮粉，以直徑為Φ0. 29的鉭絲為陽極引出線，壓制規(guī)格為10V220yF的氧化鈮電容器陽極芯塊，并在1290°C下高溫高真空燒結(jié)多孔性陽極體，將燒結(jié)后的陽極體在稀磷酸水溶液中以54V進(jìn)行陽極形成，形成電介質(zhì)層，然后按以下工藝在陽極體表面制備二氧化錳陰極層。步驟(I)將帶有氧化膜的陽極塊在比重為I. 3g/cm3、溫度55°C硝酸錳溶液中浸潰5min，取出放入210°C分解設(shè)備中5min，重復(fù)步驟(I) 2次；
步驟(2)將上述陽極塊放入到比重為I. 6g/cm3、溫度55°C硝酸錳溶液中浸潰5min，取出放到210°C分解設(shè)備中5min，重復(fù)步驟(2) 2次；步驟(3)將陽極塊放入盛有O. 1% (體積比)醋酸水溶液的電解槽中，施加25V的直流電,保持通電lOmin，通電結(jié)束后，取出陽極塊放入100°C 150°C的烘箱中烘干；
步驟(4)將經(jīng)過步驟(3)處理后的陽極芯塊按步驟(I)浸潰加熱分解I次，再按步驟
(2)浸潰加熱分解I次；
步驟(5)將經(jīng)過步驟(4)處理后的陽極芯塊按步驟(I)浸潰加熱分解I次，再按步驟
(2)浸潰加熱分解I次，再按步驟(3)處理I次.步驟(5)重復(fù)3次；
步驟(6)將經(jīng)過步驟(5)的陽極塊浸入添加有二氧化錳粉的硝酸錳溶液5min，然后將陽極塊放入100°C的烘箱中，保溫lOmin。其中添加二氧化錳粉的硝酸錳溶液的配方是將IKg 二氧化錳加入到2 Kg比重為I. 5g/cm3的硝酸錳溶液中，攪拌均勻即可； 步驟(7)將陽極塊浸入到比重為I. 6g/cm3、溫度55°C硝酸錳溶液中浸潰5min，取出放到210°C分解設(shè)備中5min。完成上述固體陰極電解質(zhì)的制備后，抽取5支芯塊涂覆碳層和銀漿層，芯塊的電容量和ESR的測量值見表I。表 I 10V220yF
權(quán)利要求
1.一種鈮電容器陰極制備方法，包括前工序?qū)⒁谎趸壏垡糟g絲為陽極引出線壓制成氧化鈮電容器陽極芯塊，并在高溫真空燒結(jié)成多孔陽極體，并將陽極體在稀磷酸水溶液中進(jìn)行陽極形成，形成介電層，然后按以下工藝在陽極體表面制備二氧化錳陰極層，其特征是在陽極體表面制備二氧化錳陰極層的工藝步驟依次為步驟(I)將形成介電層的氧化鈮陽極芯塊簡稱陽極芯塊，浸潰低濃度硝酸錳溶液，取出加熱分解，重復(fù)步驟(I) 2-4次； 步驟(2)將經(jīng)步驟(I)處理后的陽極芯塊經(jīng)浸潰高濃度的硝酸錳溶液，取出加熱分解，重復(fù)步驟(2) 2-4次； 步驟(3)將經(jīng)步驟(2)處理后的陽極芯塊進(jìn)行陽極形成處理，取出烘干； 步驟(4)將經(jīng)步驟(3)處理后的陽極芯塊按步驟(I)浸潰加熱分解I次，再按步驟(2)浸潰加熱分解I次； 步驟(5)將經(jīng)步驟(4)處理后的陽極芯塊按步驟(I)浸潰加熱分解I次，再按步驟(2)浸潰加熱分解I次，然后進(jìn)行形成處理，并重復(fù)本步驟數(shù)I次； 步驟(6)將經(jīng)步驟(5)處理后的陽極芯塊浸潰高濃度的硝酸錳溶液，取出加熱分解； 步驟(7)將經(jīng)步驟(6)處理后的陽極芯塊浸潰高濃度的硝酸錳溶液，取出加熱分解； 根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種鈮電容器陰極制備方法，其特征是各步驟的工藝條件為 步驟(I)低濃度硝酸錳溶液及熱分解的條件為 硝酸錳溶液比重為I. 05g/cm3 I. 3 g/cm3，浸潰溫度為20°C 60°C，浸潰時(shí)間為5min 7min,熱分解溫度為20CTC 30CTC,分解時(shí)間5min 15min ； 步驟(2)高濃度硝酸錳溶液及熱分解的條件為 硝酸錳溶液比重為1.3g/cm3 1.6 g/cm3，浸潰溫度為20°C 60°C，浸潰時(shí)間為5min 7min,熱分解溫度為20CTC 30CTC,分解時(shí)間5min 15min ； 步驟(3)形成的條件為 形成液為O. 1% 1%ν/ν乙酸水溶液,通電時(shí)間IOmin 60min,通電電壓為額定電壓的2 5倍， 產(chǎn)品形成結(jié)束后放入100°c 150°c的烘箱中烘干； 步驟(4)同步驟(I)、步驟(2)； 步驟(5)同步驟(I)、步驟(2)和步驟(3)； 步驟(6)添加二氧化錳粉的高濃度硝酸錳溶液及熱分解的條件為 在I Kg比重為I. 5g/cm3 2. O g/cm3硝酸猛溶中加入2 Kg 二氧化猛粉,攪拌均勻后使用， 陽極塊浸潰后先在20°C 100°C溫度下放置IOmin 30min。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種鈮電容器陰極制備方法，其特征是各步驟的工藝條件為 步驟(I)硝酸錳溶液比重為I. 3g/cm3、浸潰溫度55°C、浸潰時(shí)間5min，取出放入210°C分解設(shè)備中5min ； 步驟(2)硝酸錳溶液比重為I. 6g/cm3、浸潰溫度55°C、浸潰時(shí)間5min，取出放到210°C分解設(shè)備中5min ； 步驟(3)將陽極塊放入盛有O. 1% (體積比)醋酸水溶液的電解槽中，施加25V的直流電，保持通電IOmin。
3.通電結(jié)束后，取出陽極塊放入100°C 150°C的烘箱中烘干； 步驟(4)同步驟(I)、步驟(2)； 步驟(5)同步驟(I)、步驟(2)和步驟(3)； 步驟(6)將陽極塊浸入添加有二氧化錳粉的硝酸錳溶液5min，然后將陽極塊放入100°C的烘箱中，保溫lOmin，其中添加二氧化錳粉的硝酸錳溶液的配方是將I Kg 二氧化錳加入到2 Kg比重為I. 5g/cm3的硝酸錳溶液中，攪拌均勻即可； 步驟(7)將陽極塊浸入到比重為I. 6g/cm3、溫度55°C硝酸錳溶液中浸潰5min，取出放到210°C分解設(shè)備中5min。
全文摘要
本發(fā)明一種鈮電容器陰極制備方法，涉及一種電解電容器陰極電解質(zhì)的制備方法。本發(fā)明是將氧化鈮粉壓制成氧化鈮電容器陽極芯塊，按傳統(tǒng)工藝經(jīng)燒結(jié)，陽極形成，形成介電層后，將形成介電層的鈮陽極芯塊經(jīng)浸漬低濃度硝酸錳溶液、高濃度硝酸錳溶液、乙酸水溶液中形成處理等7個(gè)步驟完成在含介電層的陽極塊表面制備二氧化錳陰極層。由于本發(fā)明采用浸漬低濃度硝酸錳溶液與高濃度高硝酸錳溶液交替浸漬和熱分解方式，使分解得到的二氧化錳顆粒能夠滲透到陽極塊的微孔中，并與陽極塊緊密接觸，從而實(shí)現(xiàn)電容量的完全引出，降低了二氧化錳陰極層的接觸電阻，達(dá)到降低產(chǎn)品等效串聯(lián)電阻ESR的目的。
文檔編號H01G9/032GK102800480SQ201210303439
公開日2012年11月28日 申請日期2012年8月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月24日
發(fā)明者江平, 王安玖, 趙澤英 申請人:中國振華(集團(tuán))新云電子元器件有限責(zé)任公司