鈮粉末和固體電解電容器用陽極的製作方法
2023-05-13 06:46:41 2
專利名稱：鈮粉末和固體電解電容器用陽極的製作方法
技術領域：
本發明涉及鈮粉末的粒徑、形狀和固體電解電容器用陽極。
背景技術：
近些年來，作為具有高的靜電電容的固體電解電容器的陽極，鈮引起了人們的注意。如在
圖1中模擬地示出的那樣，固體電解電容器10是鈮11、氧化鈮12、固體電解質13、石墨14以及銀15疊層形成的構造。該固體電解電容器10是這樣製造的在大約1200℃下對鈮粉末進行燒結並製造成多孔性的燒結體之後，經過化學轉化處理，在鈮11的表面上形成氧化鈮，其次，在形成固體電解質13、石墨14和銀15之後，最後，在把端子連接到鈮11(陽極18)和銀15(陰極19)上之後，施加樹脂模17，再經過進行老化的工序。16是導電性粘接劑。
以往，用作固體電解電容器用的鈮粉末，一次粒子的平均粒徑為0.011～0.025微米，是一種粒徑分布狹窄的粉末。例如，在特開昭64-73009號公報中就公開了一種高純度鉭粉末或鈮粉末的製造方法在用滷素氣體使Ta或Nb變成為金屬滷化物，用氫氣使該金屬滷化物還原以得到金屬粉之際，使還原溫度為800～1000℃，氫氣的使用量按摩爾比計算為Ta或Nb的30～500倍，進行還原。作為在這裡可以得到的鈮粒子的一次粒子直徑，在實施例中，僅僅列舉出了0.0109～0.0249微米(10.9～24.9nm)。若把這樣的微細的鈮粒子用於固體電解電容器用陽極，則在使之形成氧化膜的化學轉化處理工序中鈮將被消耗，在使用鈮11的場所，鈮已經成為了氧化鈮。因此，由於電極面積減少，因此難以得到超高電容值的電容器。
為了防止這種現象，在特開2000-226607號公報中，提出了一次粒子的平均粒子直徑為從50nm到150nm(0.050～0.150微米)，粒度分布遵從對數正態隨機分布，其標準偏差在1.4以下的鉭粉末或鈮粉末的方案。在該技術的情況下，作為製造方法，公開了這樣的方法在DC等離子體CVD裝置中，從多級等離子體吹管的第2或第3噴嘴，向等離子體弧光燈供給鉭或鈮的滷化物(一般式TaX5或NbX5，X是滷族元素)或者鉭或鈮的醇鹽(一般式Ta(OR)5或Nb(OR)5，OR是烷氧基)和氫氣，用氫氣使鉭或鈮的滷化物還原成鉭或鈮以製造鉭粉末或鈮粉末。使用該技術，比現有技術的一次粒子的平均粒子直徑增大，所以可壓低化學轉化處理階段鈮的消耗。但是，由於使用的是粒度分布狹窄的粉末，故用燒結鈮粉末的辦法製成的多孔質中的空隙變寬，填充密度減小。如圖2所示，在多孔質中雖然變成為樹枝從樹幹上往外伸的那種構造，但是由於填充密度小，故樹枝部分地變細，結果變成為首先不能用該變細且氧化的部分形成電容器。為此，靜電電容降低。
圖2模式性地示出了這種情況，如果在圖2(a)所示的那種多孔質的鈮11的分枝部分處存在著狹窄的部分21，則如圖2(b)所示，在化學轉化處理後，狹窄的部分21會變成為氧化鈮21，變成為鈮的連結被切斷的氧化部分22，電極面積減少。
此外，如果保持一次粒子的平均粒子直徑0.050～0.150微米的原樣不變地展寬粒度分布，則填充密度將變大。為此，多孔質中的空隙就會減小，固體電解質向空隙中進行的浸透會變得不充分，結果將招致靜電電容的降低。
發明所要解決的課題以往所熟知的鈮粉末的一次粒子的平均粒子直徑小，例如，為不到50nm(0.050微米)或50～150nm(0.050～0.150微米)。當燒結這樣的微細的鈮粉末以形成陽極時，在化學轉化處理工序中，由於鈮變成為氧化膜而被消耗，故未氧化的鈮的量會減少。因此，電極面積減少，因而不可能得到超高電容值的電容器。就是說，這樣的微細粒子，作為燒結體用存在著粒子過小的缺點。
本發明的目的在於提供解決上述那些問題，適合於靜電電容大、電介質損耗角正切小的電解電容器製造用的鈮粉末和使用該鈮粉末的固體電解電容器用陽極。在電介質中流動的電流比所施加的電壓超前的角度可以用(π/2)-δ表示，所謂電介質損耗角正切指的就是tanδ，δ和tanδ都是很小的值。由於介電損耗的大小與tanδ成比例，故該值作為表示電介質性質之一的值是一個重要的值。
為解決課題的手段本發明就是為解決上述那些問題而進行的，故涉及一種鈮粉末，其特徵在於一次粒子的平均粒子直徑為0.10～2微米，粒徑分布的幾何標準偏差超過1.4、球形度在2以下。在本發明中，所謂一次粒子，指的是在SEM顯微鏡的觀察下可以作為單個粒子被捕獲的尚未凝集的粒子。此外，所謂平均粒子直徑是粒子數的50％的粒子直徑。該粒子直徑可以用粒子的代表粒子直徑表示。幾何標準偏差(個數基準)是用15.87％粒子直徑(或84.13％粒子直徑)的值除用代表粒子直徑表示的粒子個數的50％粒子直徑的值所得到的值。在這裡，所謂代表粒子直徑是投影圓相當直徑(具有與粒子的投影面積相同的面積的圓的直徑)，也叫做Heywood直徑。
粒子的球形度，是用以下公式定義的，粒子的電子顯微鏡的觀察圖象可以用圖象解析裝置1P-1000(旭化成工業(株)社製造)求得。
球形度＝(與粒子的投影面積相等的圓的直徑)/(與粒子的投影圖像進行外接的最小圓的直徑)………(1)以下，對本發明的數值限定理由進行說明。
若一次粒子的平均粒子直徑不到0.10微米，則不可能得到高的靜電電容的固體電解電容器。另一方面，當一次粒子的平均粒子直徑超過了2微米時，則由於粒度過大而不能充分地進行燒結，故在進行加壓成型之際，就不可能得到有強度的燒結體。
幾何標準偏差是表示粒度分布廣度的一個指數，當超過了1.4時，填充密度大，而且多孔質中的空隙增加，是理想的。理想的幾何標準偏差是超過1.4，2以下，更為理想的是超過1.5，2以下。
如果球形度超過2，與2以下的球形度比較，在化學轉化處理工序中，作為氧化膜而消耗的鈮的量就會增加。
此外，本發明還提供燒結上述鈮粉末形成的電解電容器用陽極。如使用具有上述特性的鈮粉末來製造固體電解電容器用陽極，電極面積的減小，則可以得到具有超高電容值的高性能電容器。
附圖的簡單說明圖1是固體電解電容器的模擬剖面圖。
圖2是鈮的化學轉化處理工序的說明圖。
發明的實施方案以下，說明本發明的實施方案。本發明涉及的鈮粉末例如可以使用等離子體CVD法進行製造，可以通過調節鈮的氯化物或氫氣(還原劑)的供給濃度、滯留時間、溫度等的反應條件，製造具有所希望的一次粒子的平均粒子直徑、粒度分布和形狀的鈮粉末。在向這樣得到的各種鈮粉末中添加2重量％的石蠟，並進行充分地混合之後，用加壓成型機衝壓成型成規定的尺寸。然後，在1200℃的溫度下在真空中進行燒結，製作電解電容器用陽極。以後，用眾所周知的方法試製電解電容器，測定靜電電容和電介質損耗角正切等的特性。結果，得到了表1所示的那樣的值。
表1
如表1所示，使用具有按照本發明要點的粒徑、形狀的鈮粉末製作的電解電容器，靜電電容量高而且電介質損耗角正切低。這表明使用本發明的鈮粉末製作的電解電容器的電極是極多孔質的，有效面積增加，而且電介質和內部電極以及引線所具有的電阻，即等效串聯電阻減少。
發明的效果本發明的鈮粉末，由於具有適宜的粒度和粒度分布，具有優良的形狀特性，故作為固體電解電容器的陽極用可以得到最合適的鈮粉末。
標號的說明10 固體電解電容器11 鈮12 氧化鈮13 固體電解質14 石墨15 銀16 導電性粘接劑17 樹脂鑄模18 陽極19 陰極20 狹窄部分21 氧化部分
權利要求
1.一種鈮粉末，其特徵在於一次粒子的平均粒子直徑為0.10～2微米，粒徑分布的幾何標準偏差超過1.4、球形度是2以下。
2. 一種固體電解電容器用陽極，其特徵在於燒結權利要求1所述的鈮粉末構成的。
全文摘要
一種用來形成固體電解電容器用的陽極的鈮粉末,以改善現有技術的平均粒徑小、在化學轉化處理工序中鈮作為氧化膜而消耗、電極面積減小之類的缺點。改善後的粉末,一次粒子的平均粒子直徑為0.10～2微米,粒徑分布的幾何標準偏差超過1.4、球形度是2以下,可以用該鈮粉末製造適合於超高電容值的固體電解電容器用陽極。
文檔編號B22F1/00GK1367511SQ0210209
公開日2002年9月4日 申請日期2002年1月22日 優先權日2001年1月22日
發明者佐藤信之 申請人:川鐵礦業株式會社