鉭粉及其使用該種鉭粉的電解質電容器的製作方法

2023-07-13 05:39:11

專利名稱：鉭粉及其使用該種鉭粉的電解質電容器的製作方法
技術領域：
本發明涉及鉭粉，特別涉及用作電解質電容器陽極材料的鉭粉末，還涉及使用鉭粉製得的電解質電容器的陽極體，本發明也涉及有使用該種陽極體的電解質電容器。
在鉭固體電容器中使用的鉭粉一般通過用金屬鈉使氟化鉭鉀(K2TaF7)還原產生
將還原製得的刮勺形(spault-like)顆粒的鉭粉加以粉碎，用水洗去些副產物的鹽類，再用酸洗，乾燥，然後熱處理。此後，部分所得的粉末進行去氧處理，如用金屬鎂還原氧組份得到最終產物。
向這樣產生的鉭粉中加入合適的粘合劑，然後壓片，燒結並在燒結體的表面上通過在諸如磷酸水溶液的電解質中的陽極化處理形成五氧化二鉭的陽極化薄膜。
然後，通過硝酸鎂的熱分解，在燒結體表面的陽極化薄膜上形成一層二氧化鎂固體電解質層，在固體電解質層上進一步形成一層石墨層和銀糊層，然後將產物用樹脂封裝得固體電解質電容器。作為引線的鉭電線和燒結體間的連接強度以及燒結體的本身強度都是製備電解質電容器的重要因素。
更特定的是，當將鉭電容器焊接裝到基片上時，樹脂會由於熱應力膨脹和縮小，若鉭引線和燒結體之間的連接強度很低，則樹脂會剝落。這會導致漏洩電流的增加。
此外，燒結體的強度應足夠高，以經受住熱應力和氣態硝酸的作用，氣態硝酸是通過是硝酸鎂的熱分解使二氧化鎂作為固體電解質層沉積時的副產物。
一般來說，通過增加壓片時的密度和增加燒結溫度可保證在鉭引線和燒結體間的強連接，也保證形成有高強度的燒結體。但是，增加壓片的密度和增加燒結溫度也會使電學性質下降，特別CV(電容)的下降，並且還會使燒結體在硝酸鎂溶液中的浸漬發生困難。
因此，本發明的一個目的是提供一種鉭粉，它即使在低密度下壓片並在低溫下燒結也能保證鉭引線與燒結體的高強度連接，而且產生的燒結體有高強度，能經受住硝酸鎂的熱分解溫度，使制出的陽極體有優秀的電學性質，特別除了前述性質外。陽極體還有高的擊穿電壓(B.D.V.)，本發明也提供了一種從鉭粉中製得的電解質電容器的陽極體，以及一種有陽極體的電解質電容器。
本發明提供了用作電解質電容器陽極材料的鉭粉，包括使一般鉭粉(平均粒徑範圍為1.0-5.0μm)並混入有平均粒徑在納米級別的鉭粉(範圍為10-500nm)，每100份(重量)中，後者有約1-25份(重量)。
本發明的另一個方面是提供一種從鉭粉中製得的電解質電容器的陽極體，以及一種使用該陽極體的電解質電容器。
本發明中使用的術語「一般鉭粉」指如下方法製備的鉭粉，即用金屬鈉還原氟化鉭鉀製得刮勺形顆粒狀的鉭粉粉碎。用水除去副產物的鹽，然後用酸洗，乾燥，進行熱處理。最後用，例如金屬鎂，處理除去氧，所得鉭粉的平均粒徑範圍為1.0-5.0μm，它的特定例子有高電壓/低電容的粉，CV範圍為10,000-15,000μFV/g；高電壓/介質電容的粉，CV範圍為15,000-20,000μFV/g；中等電壓/高電容的粉，CV範圍為20,000-30,000μFV/g；以及低電壓/高電容的粉，CV不少於30,000μFV/g。
用作本發明燒結粘合劑的粒徑在毫微米級別的燒結性能很好的鉭粉，可以是平均粒徑不高於500nm，較好地不高於200nm，最好地在10-150nm的鉭粉。這類鉭粉產物可通過前述的氟化鉭鉀用鈉金屬還原或通過五氯化二鉭用氫還原製得。
在本發明中，粒徑在nm級別的鉭粉(下面稱為「納米鉭粉」)的用量範圍是對每100份(重量)一般鉭粉，使用1-25份(重量)，較好的是5-15份(重量)。
這種含有納米鉭粉的粉末，其壓片密度很低，如4.0-6.0/c.c.，較好地4.5-5.0g/cc，而且可在較低的溫度，如1300-1550℃的範圍下燒結15-30分鐘，這樣保證了所得燒結體的充分收縮。另外，所得的燒結體與鉭引線的連接很牢，燒結體本身的強度也很高，能經受硝酸鎂的熱分解溫度，其電學性質又足夠好，能製成有高擊穿電壓的陽極體。
本發明將結合下列實施例作更詳細的敘述。
實施例1向100份用常規方法製得的中等電壓/高電容的粉(CV30000μFV/g)的一般鉭粉中加入5或10份用金屬鈉還原氟化鉭鉀製成的納米鉭粉(130nm)，所得的混合物在下面所列的條件下壓片和燒結，測出所得的陽極體的物理性質和電學性質。
所得的結果綜述於下表1和2。
所加入的納米鉭粉的物理性質和壓片、燒結和形成陽極體的條件，以及測量條件如下納米鉭粉平均粒徑130nm；比表面積(用BET方法測定)2.71m2/g；堆積密度0.68g/cc；氧含量0.9％陽極體—壓片條件表1直徑3mm；片重0.15g；片的生坯初密度5.0g/cc表2直徑3mm；片重0.15g；片的生坯初密度4.5g/cc燒結條件表11350℃燒結30分鐘表21500℃燒結30分鐘形成、測量條件表1CV(電容)、LC(漏洩電流)；0.01％H3PO4，在60℃下形成，在40V形成，在28V測量B.D.V.(擊穿電壓)1.0％H3PO4，在90℃下表2CV(電容)、LC(漏洩電流)；0.01％H3PO4，在60℃下形成，在100V形成，在70V測量B.D.V.(擊穿電壓)1.0％H2PO4，在90℃下表1加入納米鉭 CV LC B.D.V. S.D. 引線拉力燒結體粉的百分數 (V) 強度強度(％) (μFV/g) (μA/g)(g/cc)(kg)(kg)0 48,100 27 107 4.63 4.0 125 49,500 26 114 4.62 4.5 1510 50,500 24 139 4.79 5.0 19表2加入納米鉭 CV LCB.D.V. S.D. 引線拉力 燒結體粉的百分數 (V) 強度 強度(％) (μFV/g) (μA/g) (g/cc) (kg) (kg)0 28,300101525.520 3.5255 8,400 101545.54 4.02510 28,00 111596.15 5.034實施例2向100份用常規方法製得的中等電壓/高電容的粉(CV15000μFV/g)的一般鉭粉中加入5-10份實施例1中相同的納米鉭粉，所得的混合物在下面所列的條件下壓片，燒結，測出所得的陽極體的物理性質和電學性質。所得的結果綜述於下表3。壓出的片直徑3mm；片重0.3g；片的生坯初密度5.0g/cc1500℃燒結30分鐘1.0％H3PO4，在90℃形成；在140V形成；在98V測量B.D.V.1.0％H3PO4，在90℃下表3加入納米鉭 CV LC B.D.V.S.D. 引線拉力 燒結體粉的百分數 (V) 強度 強度(％)(μFV/g) (μA/g)(g/cc)(kg) (kg)0 15,000 4 180 6.08 13.0575 15,100 4 184 6.46 14.07210 14,700 5 190 6.63 15.581從表1-3可見，加入少量納米鉭粉可使燒結密度(S.D.)增加，但不會使CV(電容)和LC(漏洩電流)的值下降，結果，使燒結體和引線間的連接、燒結片的強度和擊穿電壓都有了改進。
權利要求
1.用作電解質電容器陽極材料的鉭粉，包括平均粒徑範圍為1.0-5.0μm的鉭粉，並混有平均粒徑範圍為10-500nm的鉭粉，在前者每100份(重量)中，後者有約1-25份(重量)。
2.根據權利要求1所述的鉭粉，其中平均粒徑範圍為1.0-5.0μm的鉭粉選自高電壓/低電容的粉，CV範圍為10,000-15,000μFV/g；高電壓/介質電容的粉，CV範圍為15,000-20,000μFV/g；中等電壓/高電容的粉，CV範圍為20,000-30,000μFV/g；以及低電壓/高電容的粉，CV不小於30,000μFV/g。
3.一種電解質電容器的陽極體，通過燒結權利要求1的鉭粉製得。
4.一種電解質電容器的陽極體，通過燒結權利要求2的鉭粉製得。
5.一種電解質電容器，其中使用權利要求3的陽極體。
6.一種電解質電容器，其中使用權利要求4的陽極體。
全文摘要
本發明提供了用作電解質電容器陽極材料的鉭粉，包括平均粒徑範圍為1.0-5.0μm的鉭粉，並混有平均粒徑範圍為10-500nm的鉭粉，在前者每100份(重量)中，後者有約1-25份(重量)；一種從鉭粉中製得的電解質電容器的陽極體，以及一種裝有該種陽極體的電解質電容器。這種鉭粉保證即使在低密度下壓片並在低溫下燒結，也能使鉭引線與燒結體的高強度地連接，而且產生的燒結體有高強度，能經受住硝酸鎂的熱分解溫度，使制出的陽極體有優秀的電學性質，特別除了前述性質外還有高的擊穿電擊(B.D.V.)，也提供了一種從鉭粉中製得的陽極體，以及一種使用該陽極體的電解質電容器。
文檔編號C22C1/04GK1131803SQ9511675
公開日1996年9月25日 申請日期1995年9月28日 優先權日1994年9月28日
發明者內藤博夫 申請人:斯塔克維脫有限公司