專利名稱：固態(tài)電解質(zhì)電容器制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種卷繞型固態(tài)電解質(zhì)電容器的制造方法，尤其是一種在生產(chǎn)過程中采用多段式原位聚合反應(yīng)生成的導(dǎo)電高分子聚合物作為電解質(zhì)的固態(tài)電解電容器的制造方法。
背景技術(shù)：
電容器是最常見的電子元件之一，廣泛應(yīng)用于各類電子產(chǎn)品之中，作為傳統(tǒng)的主流電容器，電解電容器都是使用鋁等具有閥金屬作用的陽極和陰極箔，在中間插入隔離層，使用電解液作為導(dǎo)電陰極，卷繞封裝在鋁殼中。與其他類型的電容器相比，成本低廉，生產(chǎn)エ藝簡(jiǎn)單，適合大規(guī)模生產(chǎn)，所以占據(jù)了相當(dāng)大的市場(chǎng)份額。固態(tài)電解電容器是由液態(tài)電解電容器發(fā)展而來的ー種新型電容器，相對(duì)于液態(tài)電 解電容器來說，它具有高頻低阻抗、溫度特性優(yōu)良、耐紋波能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，因此，它具有更高 的使用價(jià)值，隨著電子整機(jī)高頻化、小型化的發(fā)展趨勢(shì)，以及固態(tài)電容器制造技術(shù)的成熟和成本的降低，固態(tài)鋁電容其會(huì)逐漸替代鉭電容器和低阻抗液態(tài)電解電容器的趨勢(shì)。生產(chǎn)エ藝對(duì)固態(tài)電解電容器的最終性能有很大的影響，而聚合エ藝對(duì)固態(tài)電解電容器的電性能具有決定性的影響，同時(shí)聚合エ藝對(duì)生產(chǎn)效率也有很大的影響。因此，探索合理的聚合エ藝對(duì)于提高固態(tài)電解電容器的性能和提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本具有重要意義。溫度和時(shí)間是聚合生成導(dǎo)電高分子的兩個(gè)重要影響因素。當(dāng)聚合反應(yīng)在較低的溫度下進(jìn)行時(shí)，反應(yīng)是在一種比較平和的狀態(tài)下進(jìn)行，生成的聚合物分子量大、分子結(jié)構(gòu)單一、規(guī)整性好，這種結(jié)構(gòu)的聚合物具有相對(duì)較高的電導(dǎo)率。而且從宏觀上來看，芯包內(nèi)形成的聚合物膜表面平滑，與介質(zhì)層的表面結(jié)合更加緊密，容量引出率更高，而高溫下的聚合產(chǎn)物則剛好相反。但低溫聚合反應(yīng)需要很長(zhǎng)的時(shí)間才能反應(yīng)完全，并且，原位聚合條件下，低溫聚合時(shí)容易在芯包中殘留未反應(yīng)的單體、氧化劑以及溶剤。陸錫良等人(專利公開號(hào)CN101004974A)提出了先低溫聚合，再高溫?zé)崽幚淼姆椒?，雖然解決了殘留溶劑揮發(fā)的問題，但是聚合反應(yīng)所需時(shí)間很長(zhǎng)，而后處理則増加了生產(chǎn)エ序，對(duì)提高生產(chǎn)效率很不利。而且，高溫?zé)崽幚淼倪^程會(huì)損傷陽極箔的氧化皮膜和導(dǎo)電聚合物陰極層，對(duì)電容器的電性能造成不利影響，比如漏電流不良增多、靜電容量下降和ESR的上升等。因此，有必要尋找ー種合適的聚合エ藝條件，保證固態(tài)鋁電容器具有良好的電性能，又能提高生產(chǎn)效率和降低能耗。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明g在提供ー種以導(dǎo)電高分子聚合物為電解質(zhì)的卷繞型固態(tài)電解電容器的制造方法。本發(fā)明的另一目的是提供一種在芯包內(nèi)生成高分子導(dǎo)電聚合物的聚合エ藝，可以使生成的導(dǎo)電高分子聚合物分子量高、結(jié)構(gòu)規(guī)整性好、電導(dǎo)率高，使電容器具有低等效串聯(lián)電阻、高容量的優(yōu)點(diǎn)。并且聚合エ藝是在較短時(shí)間內(nèi)完成的。本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)
一種固態(tài)電解電容器的制造方法，包括以下步驟
步驟I:在由閥金屬制成、且表面有氧化膜的陽極箔與陰極箔之間介入隔離層，并卷繞成芯包，用膠帶纏繞固定；
步驟2 :將芯包浸入化成液中，施加電壓進(jìn)行化成修復(fù)，并進(jìn)行碳化、清洗、干燥處理。步驟3 :將化成后的芯包浸潰氧化劑和單體溶液，浸潰時(shí)間1-10分鐘；
步驟4 :將含浸了氧化劑和単體的芯包放入控溫裝置中進(jìn)行一定時(shí)間的加熱處理，弓丨發(fā)聚合反應(yīng)，該加熱處理是在不同的溫度段下進(jìn)行多段式聚合，且溫度段呈階梯狀上升，聚合溫度范圍為20-200°C ；
步驟5 :將芯包裝入鋁殼中，并使用橡膠塞進(jìn)行密封； 步驟6 :將密封后的產(chǎn)品在80-180°C下，分別按60%、80%、100%、120%的額定電壓施加直流電壓，進(jìn)行分段老化處理；
步驟7 :將老化后的產(chǎn)品進(jìn)行分選，挑選出合格產(chǎn)品。上述步驟2中的化成液可以是磷酸ニ氫銨溶液或者磷酸氫ニ銨溶液等磷酸鹽溶液，也可以是己ニ酸銨溶液等己ニ酸鹽溶或者硼酸銨等硼酸鹽類溶液。上述步驟2中化成時(shí)間10-60分鐘，優(yōu)選30-60分鐘，化成液溫度20_100°C，優(yōu)選50-90 °C。上述步驟2中，碳化溫度為200-400°C，
上述步驟3中單體是3，4-こ烯ニ氧噻吩，氧化劑是對(duì)甲苯磺酸、對(duì)甲苯磺酸鈉、對(duì)甲苯磺酸鐵或者對(duì)甲苯磺酸銨中的ー種或者它們?nèi)我獯钆涞幕旌弦骸＝⒖梢栽诔夯蛘哒婵障逻M(jìn)行，氧化劑和単體的含浸順序不分先后或是它們的混合溶液。上述步驟4中共分為4個(gè)或者5個(gè)溫度段，溫度范圍20-200°C，各溫度段的溫度按照時(shí)間順序由低向高分布。當(dāng)溫度段為4個(gè)，第一溫區(qū)溫度為20_50°C，時(shí)間0.5-4小吋；第二溫區(qū)溫度為55-80°C，時(shí)間O. 5-3小時(shí)；第三溫區(qū)范圍80-100°C，時(shí)間O. 5-5小時(shí)；第四溫區(qū)范圍100-180°C，時(shí)間 O. 5-4 小時(shí)。當(dāng)溫度段為5個(gè)，第一溫區(qū)溫度為20_50°C，時(shí)間O. 5-4小吋；第二溫區(qū)溫度為50-70°C，時(shí)間O. 5-3小時(shí)；第三溫區(qū)范圍70-90°C，時(shí)間O. 5-5小時(shí)；第四溫區(qū)范圍90-130°C，時(shí)間O. 5-4小時(shí)。第五溫區(qū)范圍130-200°C，時(shí)間O. 5-4小時(shí)。本發(fā)明采用由低溫到高溫的多段聚合方式，首先讓單體在低溫下進(jìn)行聚合，生成分子量大、分子規(guī)整性好的聚合物。根據(jù)聚合反應(yīng)動(dòng)力學(xué)原理，隨著單體濃度減小，反應(yīng)速度逐漸放慢，反應(yīng)趨向于平衡，此時(shí)升高溫度可以加快反應(yīng)速度，使聚合反應(yīng)再次以較快的速度進(jìn)行。通過最初的低溫反應(yīng)，使絕大部分単體在低溫發(fā)生聚合反應(yīng)，然后逐漸升溫，最后使剩余單體反應(yīng)完全，同時(shí)將溶劑完全揮發(fā)。本發(fā)明的一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)是各溫度段的聚合時(shí)間的長(zhǎng)短，過短的聚合時(shí)間使得聚合反應(yīng)在沒有減緩到一定程度的時(shí)候就進(jìn)入下一個(gè)更高的溫度段，使得反應(yīng)過于劇烈，無法有效地生成理想狀態(tài)的聚合物；而過長(zhǎng)的聚合時(shí)間降低了生產(chǎn)效率，増加生產(chǎn)成本。根據(jù)本發(fā)明掲示的制備方法，可以獲得低ESR (等效串聯(lián)電阻)、高容量的固態(tài)鋁電解電容器。
具體實(shí)施例方式下面具體結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做出進(jìn)ー步的闡述。實(shí)施例I
一種固態(tài)電解電容器的制備方法，具體包括以下步驟
步驟I:在由閥金屬制成，且表面有氧化膜的陽極箔和陰極箔之間介入隔離層，并卷繞成芯包，用膠帶纏繞固定；
步驟2 :將芯包浸入化成液中，化成液為己ニ酸銨水溶液,施加電壓進(jìn)行化成修復(fù),化成時(shí)間15分鐘；
步驟3 :將芯包進(jìn)行碳化處理，碳化溫度290°C，碳化時(shí)間30分鐘，然后進(jìn)行清洗、干燥處理；
步驟4 :將干燥后的芯包放入?yún)g體的醇溶液中進(jìn)行含浸，含浸時(shí)間2分鐘，然后干燥處理。再放入對(duì)甲苯磺酸鐵的醇溶液中含浸3分鐘；
步驟5 :將含浸后的芯包放入控溫裝置中進(jìn)行4段式聚合，聚合エ藝為35°C (120分鐘)、55°C (60 分鐘)、90°C (30 分鐘)、175°C (120 分鐘);
步驟6 :聚合完成后，將芯包裝入鋁殼中，并使用橡膠塞進(jìn)行密封處理；
步驟7 :將封ロ后的產(chǎn)品在150°C下，分別按60%、80%、100%、120%的額定電壓施加直流 電壓，進(jìn)行分段老化處理；
步驟8 :將老化后的產(chǎn)品進(jìn)行分選，挑選出合格產(chǎn)品。實(shí)施例2-3以及對(duì)比實(shí)施例I。在實(shí)施例2-3以及對(duì)比實(shí)施例I中，將實(shí)施例I中的步驟5中的聚合エ藝改為如列表I中所示，其余步驟參照實(shí)施例I。表I
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三種實(shí)施例的結(jié)果如表2所示，可以看出，與比較實(shí)施例I相比，實(shí)施例1-3由于采用了多段聚合的エ藝，所制作的電解電容器的容量值更高，ESR值更低。而且，實(shí)施例1-3的比較結(jié)果表明，溫度段分得越多，低溫聚合的時(shí)間越長(zhǎng)，電容器的綜合性能越好。從實(shí)施例以及比較例的比較結(jié)果可以看出，采用本發(fā)明所描述的制造方法，可以得到低ESR，高容量的固態(tài)電解電容器，具有很高的實(shí)用價(jià)值。
權(quán)利要求
1.一種固態(tài)電解質(zhì)電容器制造方法，其特征在于，包括 步驟I:在陽極箔與陰極箔之間介入隔離層，并卷繞成芯包，用膠帶纏繞固定； 步驟2 :將芯包浸入化成液中，在一定的溫度下施加電壓進(jìn)行化成修復(fù)，并進(jìn)行碳化、清洗、干燥處理； 步驟3 :將化成后的芯包浸潰氧化劑和單體溶液； 步驟4 :將含浸了氧化劑和單體的芯包放入控溫裝置中進(jìn)行一定時(shí)間的加熱處理； 步驟5 :將芯包裝入鋁殼中，并使用橡膠塞進(jìn)行密封； 步驟6 :將密封后的產(chǎn)品在80°C -180°C下，分別按60%、80%、100%、120%的額定電壓施加直流電壓，進(jìn)行分段老化處理； 步驟7 :將老化后的產(chǎn)品進(jìn)行分選，挑選出合格產(chǎn)品。
2.如權(quán)利要求I中步驟I所述的固態(tài)電解質(zhì)電容器制造方法，其特征在于，陽極箔由閥金屬制成，且表面有氧化膜。
3.如權(quán)利要求I中步驟2所述的固態(tài)電解質(zhì)電容器制造方法，其特征在于，化成液可以是磷酸二氫銨溶液或者磷酸氫二銨溶液等磷酸鹽溶液液，也可以是己二酸銨溶液等己二酸鹽溶液或者硼酸銨等硼酸鹽類溶液。
4.如權(quán)利要求3所述的固態(tài)電解質(zhì)電容器制造方法，其特征在于，化成液的溫度在200C -100°C，優(yōu)選 50°C -90°C。
5.如權(quán)利要求I中所述的固態(tài)電解質(zhì)電容器制造方法，其特征在于，碳化溫度為200 0C -400。。。
6.如權(quán)利要求I中所述的固態(tài)電解質(zhì)電容器制造方法，其特征在于，浸潰單體和氧化劑時(shí)，可以先浸潰單體，后浸潰氧化劑，或者相反，也可以是浸潰單體和氧化劑的混合溶液。
7.如權(quán)利要求6中所述的固態(tài)電解質(zhì)電容器制造方法，其特征在于，單體溶液是3，4-乙烯二氧噻吩溶液，氧化劑溶液可以是對(duì)甲苯磺酸、對(duì)甲苯磺酸鈉、對(duì)甲苯磺酸鐵或者對(duì)甲苯磺酸銨中的一種或者它們?nèi)我獯钆涞幕旌弦骸?br> 8.如權(quán)利要求I所述的固態(tài)電解質(zhì)電容器制造方法，其特征在于，步驟4中的加熱溫度可分為4或者5個(gè)溫度段，加熱溫度范圍20-200°C，各溫度段的溫度按照時(shí)間順序由低向高分布。
9.如權(quán)利要求8所述的固態(tài)電解質(zhì)電容器制造方法，其特征在于，當(dāng)溫度段為4個(gè)，第一溫區(qū)溫度為20-50°C，時(shí)間O. 5-4小時(shí)；第二溫區(qū)溫度為55-80°C，時(shí)間O. 5-3小時(shí)；第三溫區(qū)范圍80-100°C，時(shí)間O. 5-5小時(shí)；第四溫區(qū)范圍100-180°C，時(shí)間O. 5-4小時(shí)。
10.如權(quán)利要求8所述的固態(tài)電解質(zhì)電容器制造方法，其特征在于，當(dāng)溫度段為5個(gè)，第一溫區(qū)溫度為20-50°C，時(shí)間O. 5-4小時(shí)；第二溫區(qū)溫度為50-70°C，時(shí)間O. 5-3小時(shí)；第三溫區(qū)范圍70-90°C，時(shí)間O. 5-5小時(shí)；第四溫區(qū)范圍90-130°C，時(shí)間O. 5_4小時(shí)，第五溫區(qū)范圍 130-200°C，時(shí)間 O. 5-4 小時(shí)。
全文摘要
一種固態(tài)電解電容器的制造方法，包括以下步驟在由閥金屬制成、且表面有氧化膜的陽極箔與陰極箔之間介入隔離層，并卷繞成芯包，用膠帶纏繞固定；將芯包浸入化成液中，施加電壓進(jìn)行化成修復(fù)，并進(jìn)行碳化、清洗、干燥處理；將化成后的芯包浸漬氧化劑和單體溶液，浸漬時(shí)間1-10分鐘；將含浸了氧化劑和單體的芯包放入控溫裝置中進(jìn)行一定時(shí)間的加熱處理，引發(fā)聚合反應(yīng)，該加熱處理是在不同的溫度段下進(jìn)行多段式聚合，且溫度段呈階梯狀上升。聚合溫度范圍為20-200℃；將芯包裝入鋁殼中，并使用橡膠塞進(jìn)行密封；將密封后的產(chǎn)品在80-180℃下，進(jìn)行分段老化處理。采用本發(fā)明可以使生成的導(dǎo)電高分子材料分子量高、結(jié)構(gòu)規(guī)整性好、電導(dǎo)率高，使電容器具有低等效串聯(lián)電阻、高容量的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H01G9/15GK102856077SQ20121035395
公開日2013年1月2日 申請(qǐng)日期2012年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月21日
發(fā)明者董慧娟 申請(qǐng)人:深圳市柏瑞凱電子科技有限公司