固體電解電容器和其製造方法
2023-09-23 09:16:00
專利名稱：固體電解電容器和其製造方法
技術領域：
本發明涉及在各種電器中使用的固體電解電容器和其製造方法。
背景技術：
隨著電器的高速化、高頻化M，在CPU的電源線路中使用的電解電 容器要求可以除去從低頻區域至1MHz 1GHz左右的高頻區域的寬帶域的 噪音，還要求瞬態響應性優異，希望容量大且具有低阻抗。
與具有層疊的多個電極箔的電容器相比，容易得到更大容量的巻繞形 固體電解電容器逐漸被產品化。巻繞形固體電解電容器通過將隔著隔板而 層疊的陽極箔和陰極箔巻繞起來而製作。這樣的固體電解電容器，除了壽 命、溫度特性優異以外，特別是還具有優異的高頻特性，所以被廣泛用於 個人電腦的電源電路中。
圖4是專利文獻1、2中記載的以往的固體電解電容器501的局部切去 之後的立體圖。由鋁箔形成的陽極箔101經蝕刻處理而具有粗糙化的表面， 在該表面上經化學轉化處理而形成了電介質氧化皮膜層。陰極箔102由鋁 箔構成。通過隔著絕緣性的隔板103而將陽極箔101和陰極箔102疊放在 一起巻繞，由此構成電容器元件105。
固體電解質層104由浸滲到隔板103中的導電性高分子形成。陽極引 線106和陰極引線107分別與陽極箔101和陰極箔102連接，並引到外部。 在外殼108中收納有電容器元件105。外殼108由鋁構成，呈有底的圓筒 形。封裝部件109由樹脂硫化丁基橡膠構成，具有用於分別插入陽極引線 106和陰極引線107的孔109A、 109B,外殼108的開口部被密封。
如果對固體電解電容器501外加電壓，則有時會流通漏電流而發熱，壽命變短。
專利文獻1:特開平10-340829號爿>淨艮專利文獻2:特開2007-103499號>^才艮
發明內容
本發明提供一種固體電解電容器，含有陽極箔、設置在陽極箔表面上的電介質氧化皮膜層、設置在電介質氧化皮膜層上的隔板、由浸滲到隔板中的導電性高分子形成的固體電解質層、隔著固體電解質層面向電介質氧化皮膜層的陰極箔、和設置在陽極箔上的磷酸鹽。
該固體電解電容器可以減小漏電流。
圖l是本發明的實施方式中的固體電解電容器的局部切去之後的立體圖。
圖2是實施方式中的固體電解電容器的剖面圖。圖3A示出了實施方式中的固體電解電容器的評價結果。圖3B示出了實施方式中的固體電解電容器的評價結果。圖4是以往的固體電解電容器的局部切去之後的立體圖。符號說明
1 陽極箔1A表面
1B電介質氧化皮膜層1C電解質
2 陰極箔
3 隔板
4 固體電解質層4A導電性高分子
具體實施例方式
圖1和圖2分別是將本發明的實施方式的固體電解電容器1001切去部分後的立體圖和剖面圖。由鋁等金屬形成的陽極箔1具有經蝕刻處理而粗糙化的表面1A。通過對表面1A進行化學轉化處理，而在表面1A上設置了電介質氧化皮膜層1B。在電介質氧化皮膜層IB上設置有絕緣性的隔板3，在隔板3上設置有由鋁等金屬形成的陰極箔2。即，陰極蕩2隔著隔板3面向電介質氧化皮膜層1B。將這樣層疊的陽極蕩1、電介質氧化皮膜層
IB、 隔板3和陰極箔2纏繞而構成電容器元件5。由浸滲到隔板3中的導電性高分子4A構成固體電解質層4。即，陰極箔2隔著固體電解質層4面向電介質氧化皮膜層1B。在電介質氧化皮膜層1B上設置有磷酸鹽電解質
IC。 陽極引線6與陽極箔1連接，陰極引線7與陰極箔2連接。由鋁構成的外殼8為圓筒狀，該圓筒狀具有底部8A和開口部8B。外殼8以從開口部8B引出引線6、引線7的方式收納電容器元件5。由樹脂硫化丁基橡膠
外殼8的開口部8B被密封。
下面對固體電解電容器1001的製造方法予以i兌明。
首先，通過對陽極箔1的表面1A進行化學轉化處理而在表面1A上形成電介質氧化皮膜層1B。使陽極箔1與陽極引線6連接。使陰極箔2與陰極引線7連接。然後以隔著隔板3使電介質氧化皮膜層1B面向陰極箔2的方式層疊陽極箔l、隔板3和陰極箔2，藉助巻繞機來巻繞，從而製作電容器元件5。在巻繞已層疊的陽極箔l、隔板3和陰極箔2時，有時電介質氧化皮膜層1B出現龜裂和損傷。
然後將電容器元件5浸漬在化學轉化液中，在引線6、 7之間外加電壓，在陽極箔1的端面上形成電介質氧化皮膜層，並對因電介質氧化皮膜層1B龜裂和損傷而露出的表面1A的部分進行化學轉化處理，形成電介質氧化皮膜層，使電介質氧化皮膜層1B得以修復。化學轉化液含有磷酸鹽作為電解質，在本實施方式中，含有磷酸二氯銨作為電解質。然後對電容器元件5加熱並乾燥。然後，將電容器元件5浸漬到聚合液中，向隔板3中浸滲導電性高分子4A而形成固體電解質層4。
然後，將電容器元件5裝入外殼8中，將封裝部件9裝入到開口部8B中，對開口部8B進行拉深加工而密封，從而完成固體電解電容器1001。
在以往的固體電解電容器的製造方法中，將電容器元件5浸漬到化學轉化液中來修復電介質氧化皮膜層1B的龜裂和損傷，然後用水、清洗液來洗淨以除去電容器元件5上的化學轉化液，然後乾燥電容器元件5。而在本實施方式的固體電解電容器1001的製造方法中，將電容器元件5浸漬到化學轉化液中來修復電介質氧化皮膜層1B的龜裂和損傷，然後不洗淨電容器元件5而直接乾燥。由此在電介質氧化皮膜層1B上殘留有化學轉化液的電解質1C(磷酸鹽)。
這樣可以省略固體電解電容器1001的電容器元件5的洗淨工序。另外，在形成固體電解質層4後電容器元件5受到物理應力，也可能使電^h質氧化皮膜層1B出現龜裂和損傷。在完成固體電解電容器1001後，通過在引線6、 7上外加電壓，使殘留在陽極箔1的表面1A上的電解質磷酸鹽對因電介質氧化皮膜層1B出現龜裂和損傷而露出的陽極箔1的表面1A的部分進行化學轉化處理，形成電介質氧化皮膜，從而修復電介質氧化皮膜層1B出現的龜裂和損傷，因此，可以抑制由於電介質氧化皮膜層1B出現龜裂和損傷而導致的漏電流，從而提高固體電解電容器的可靠性。
在本實施方式中，電容器元件5具有巻繞的陽極箔1、陰極箔2和隔板3。實施方式的固體電解電容器可以具有下述電容器元件，所述電容器元件隔著隔板3使陽極箔1面向陰極箔2，並且具有不巻繞的陽極箔1、陰極箔2和隔板3。
固體電解電容器1001的陽極箔1和陰極箔2均由鋁形成。實施方式的電容器元件5的陰極箔2也可以由鎳、鈦、碳等導體形成，也可以得到同樣效果。
實施方式中的化學轉化液的電解質是磷酸鹽，特別是磷酸二氫銨。該化學轉化液具有高耐水性，由於在陽極箔1的表面1A上形成氧化皮膜層IB時也使用該化學轉化液，所以在完成後的固體電解電容器1001中對固體電解質層4沒有不良影響。
電容器元件5優選每平方釐米的陽極箔1上僅殘留有0.5 ~50 n g的磷酸鹽。如果殘留的磷酸鹽少於0.5jag，則不能使陽極箔l的表面1A進行充分的化學轉化處理，不能充分修復電介質氧化皮膜層1B。如果殘留的磷酸鹽多於50jag，則會妨礙固體電解質層4的導電性高分子4A的聚合，有時會難以形成良好的固體電解質層4。
在化學轉化液的磷酸鹽電解質是磷酸二氫銨時，用以下方法來測定殘留在電容器元件5上的磷酸鹽量。首先，預先測定化學轉化液的水溶液濃度和電導率的關係，製作顯示水溶液的電導率和水溶液中的化學轉化液的濃度的關係的標準線。拆開乾燥後的電容器元件5,將陽極箔1;^到規定量的水中，使陽極箔l上附著的化學轉化液溶解在水中而製作提取液。
然後測定該提取液的電導率，根據標準線求出提取液的化學轉化液濃
化液中的磷酸鹽量。
然後根據計算出的磷酸鹽量和陽極箔1的面積來計算出陽極箔1單位面積上的磷酸鹽量。
製作作為實施方式的固體電解電容器的實施例1的樣品。首先，以化學轉化電壓12V對陽極箔1的表面1A進行化學轉化處理，從而形成電介質氧化皮膜層1B。然後使用上述方法製作電容器元件l。接著為了修復電容器元件1內的電介質氧化皮膜層1B的龜裂和損傷，將電容器元件1浸漬在液溫70"C的、1.0重量％的磷酸二氫銨水溶液中，在引線6、 7上外加不超過形成電介質氧化皮膜層1B時的化學轉化電壓(12V)的範圍的電壓(例如IIV)，從而形成電介質氧化皮膜。然後，從磷酸二氫銨水溶液中取出電容器元件l,在100-180"C的溫度下加熱30分鐘左右以乾燥。接著，向電容器元件1中浸滲乙撐二氧瘞吩(EDOT)或EDOT溶液。然後浸滲對甲苯磺酸鐵的丁醇溶液。然後將電容器元件1從丁醇溶液中取出，在20-180"C的溫度下加熱30分鐘以上，從而在隔板3上形成導電性高分子。接著，將電容器元件1裝入到外殼8中，在外殼的開口部8B中裝入封裝部件9。然後通過巻邊處理使外殼8的開口部8B密封。然後，在氣氛溫度105匸下在引線6、 7上連續外加1小時的直流電壓6.3V,以對電容器元件1進行蝕刻，從而製作直徑10mm x高度10mm尺寸的電容器元件1的實施例1的樣品。實施例1的樣品的額定電壓為6.3V。
使用與上述同樣的方法製作固體電解電容器1的額定電壓25V的實施例2的樣品。實施例2的樣品，將用於形成電介質氧化皮膜層1B的化學轉化電壓設定為50V。另外，將在製作電容器元件1之後修復電介質氧化皮膜層1B的電壓設定為48V。另外，將外殼8封裝後的蝕刻電壓設定為25V。
另外分別製作比較例1、 2的樣品，其中，在電介質氧化皮膜層修復後，用水洗淨電容器元件僅僅10分鐘，然後除去磷酸二氬銨水溶液，它們分別具有額定電壓6.3V、 25V，從而製作。另外，不修復電介質氧化皮膜層而製作額定電壓分別為6.3V、 25V的比較例3、 4的樣品。
向實施例1、 2和比較例1~4的樣品外加直流電壓6.3V,測定2分鐘後的漏電流。進而在100kHz下測定這些樣品的等效串聯電阻(ESR)。另夕卜，按照上述方法測定殘留在實施例1、 2的樣品上的磷酸二氬銨的量。圖3A和圖3B示出了實施例1、 2的漏電流和ESR的磷酸二氫銨量的測定結果。圖3B放大了圖3A的橫軸而顯示了測定結果。如圖3A所示，如果陽極箔1的每平方釐米的表面1A上磷酸二氫銨的量多於50 ja g，則漏電流和ESR變大。另外，如圖3B所示，如果陽極箔1的每平方釐米的表面1A上磷酸二氬銨的量少於0.5jag，則漏電流變大。因此，優選陽極箔l的每平方釐米的表面1A上僅殘留存在0.5~50 jLi g的磷酸鹽。
另外，在實施方式中，用於形成固體電解質層4的導電性高分子是使用由過渡金屬鹽形成的氧化劑將鑲吩和其衍生物聚合而形成的，從而可以有效抑制漏電流。
另夕卜，固體電解電容器1001具有用於收納電容器元件5的由鋁製成的外殼8，但也可以具有包覆電容器元件5的外封樹脂來代替外殼8。工業可利用性
由於根據本發明的固體電解電容器可以減小漏電流，所以具有高度的可靠性，對各種電器是有用的。
權利要求
1.一種固體電解電容器，含有具有表面的由金屬形成的陽極箔、設置在所述陽極箔的所述表面上的電介質氧化皮膜層、設置在所述電介質氧化皮膜層上的具有絕緣性的隔板、由浸滲到所述隔板中的導電性高分子形成的固體電解質層、隔著所述固體電解質層面向所述電介質氧化皮膜層的陰極箔、和設置在所述電介質氧化皮膜層上的磷酸鹽。
2. 根據權利要求1所述的固體電解電容器，所述磷酸鹽是磷酸二氬銨。
3. 根據權利要求l所述的固體電解電容器，在每平方釐米的所述陽極 箔上僅存在0.5 /i g 50 jli g的所述磷酸鹽。
4. 根據權利要求l所述的固體電解電容器，所述固體電解質層是使用 由過渡金屬鹽形成的氧化劑使噻吩和其衍生物聚合而得到的導電性高分 子。
5. —種固體電解電容器的製造方法，包含下述步驟 對由金屬形成的陽極箔的表面進行化學轉化處理以形成電介質氧化皮膜層的步驟；以由金屬形成的陰極箔隔著絕緣性的隔板面向所述電介質氧化皮膜層 的方式來層疊所述陽極箔、所述隔板和所述陰極箔的步驟；在層疊所述陽極箔、所述隔板、和所述陰極箔的步驟之後，巻繞所述 陽極箔、所述隔板和所述陰極箔，從而形成電容器元件的步驟；將所述電容器元件浸漬到含有可以對所述陽極箔進行化學轉化處理的 電解質的化學轉化液中，以修復所述電介質氧化皮膜層的步驟；在修復所述電介質氧化皮膜層的步驟之後，乾燥所述電容器元件使所 述電解質殘留在所述陽極箔上的步驟；以及使導電性高分子浸滲到所述隔板中從而形成固體電解質層的步驟。
6. 根據權利要求5所述的固體電解電容器的製造方法，所述電解質是磷酸鹽。
7. 根據權利要求6所述的固體電解電容器的製造方法，所述電解質是 磷酸二氫銨。
8. 根據權利要求5所述的固體電解電容器的製造方法，在乾燥所述電 容器元件使得所述電解質殘留在所述陽極箔上的步驟中包含下述步驟幹 燥所述電容器元件，使所述陽極箔的每平方釐米的所述表面上僅殘留有 0.5 50 ji g的所述電解質。
9. 根據權利要求5所述的固體電解電容器的製造方法，在形成所述固 體電解質層的步驟中包含下述步驟將通過使用由過渡金屬鹽形成的氧化 劑使漆吩和其衍生物聚合而得到的導電性高分子浸滲到所述隔板中。
全文摘要
本發明提供一種固體電解電容器，含有陽極箔、設置在陽極箔表面上的電介質氧化皮膜層、設置在電介質氧化皮膜層上的隔板、由浸滲到隔板中的導電性高分子形成的固體電解質層、隔著固體電解質層面向電介質氧化皮膜層的陰極箔、和設置在陽極箔上的磷酸鹽。該固體電解電容器可以減小漏電流。
文檔編號H01G9/04GK101681725SQ20098000029
公開日2010年3月24日 申請日期2009年3月6日 優先權日2008年3月10日
發明者下山由起也, 古澤茂孝, 松浦裕之, 河內步, 青山達治, 高木誠司 申請人:松下電器產業株式會社