低壓鋁電解電容器用高性能陽(yáng)極氧化膜研究.pdf

1、鋁電解電容器以其獨(dú)特的性能在電子線路中發(fā)揮著不可替代的作用。隨著電子整機(jī)系統(tǒng)及變頻技術(shù)的發(fā)展，鋁電解電容器在移動(dòng)通訊、信息技術(shù)、消費(fèi)電子及電動(dòng)汽車(chē)領(lǐng)域有著重要和廣闊的應(yīng)用前景。為適應(yīng)電子整機(jī)高密度表面組裝的要求，小型化、大容量、低成本、長(zhǎng)壽命是鋁電解電容器的發(fā)展方向。陽(yáng)極箔是制造鋁電解電容器的關(guān)鍵原材料，其表面陽(yáng)極氧化膜的性能極大地決定了鋁電解電容器的體積與應(yīng)用。本課題圍繞如何提高低壓鋁電解電容器用陽(yáng)極氧化膜的性能展開(kāi)研究，選定軟質(zhì)交流

2、腐蝕箔作為研究的基體材料，通過(guò)兩種技術(shù)途徑來(lái)提高鋁電極箔的比容，研究了制備高性能Al-Ti復(fù)合氧化膜的陽(yáng)極氧化條件，對(duì)氧化膜的耐電壓特性進(jìn)行了探討，并采用新型耐水合劑提高了氧化膜的耐水合性。論文的主要研究?jī)?nèi)容及創(chuàng)新性結(jié)果歸納如下： 1.針對(duì)鋁電極箔的特殊表面形貌，確立了氧化膜的Ⅰ-Ⅴ特性測(cè)試體系及方法，并首次采用氧化膜場(chǎng)助溶解過(guò)程中的耐受電壓測(cè)試法來(lái)表征氧化膜的微觀結(jié)構(gòu)。研究結(jié)果表明，相對(duì)于MIM結(jié)構(gòu)，采用MIE結(jié)構(gòu)進(jìn)行氧化膜的

3、Ⅰ-Ⅴ特性測(cè)試更能反映氧化膜的電導(dǎo)特性，己二酸銨-乙二醇溶液適宜作為MIE測(cè)試體系的接觸電解液；氧化膜溶解過(guò)程中的耐受電壓測(cè)試法簡(jiǎn)捷方便，能很好地反映出氧化膜的膜層結(jié)構(gòu)信息。 2.對(duì)軟質(zhì)交流腐蝕箔、直-交流腐蝕箔及硬質(zhì)交流腐蝕箔進(jìn)行對(duì)比研究，確定腐蝕箔的種類(lèi)以作為本論文研究的基體材料，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)軟質(zhì)交流腐蝕箔在較長(zhǎng)電壓段范圍內(nèi)表現(xiàn)出良好性能。鋁腐蝕箔在磷酸-鉻酸溶液或胺類(lèi)溶液中浸漬，再經(jīng)高溫?zé)崽幚砑瓣?yáng)極氧化后，可提高鋁氧化膜內(nèi)γA

4、l2O3或γ-Al2O3的含量，在合適的工藝條件下，50Vf時(shí)鋁電極箔的比容增長(zhǎng)率約35﹪。 3.首次提出通過(guò)水解沉積-陽(yáng)極氧化方法制備高介電常數(shù)的Al-Ti復(fù)合氧化膜，大幅度地提高了鋁電極箔的比容。目前該技術(shù)已獲國(guó)家發(fā)明專利，并正在向工業(yè)大生產(chǎn)轉(zhuǎn)化。研究了制備TiO2被覆膜的優(yōu)化處理工藝，在合適的工藝條件下，鋁電極箔的比容在50Vf時(shí)可增加約42﹪，鋁電極箔的抗拉強(qiáng)度及耐折彎性能基本保持不變。首次將介電性能優(yōu)良的SiO2引入高

5、介電常數(shù)的Al-Ti復(fù)合氧化膜中，提高了20V耐電壓段鋁電極箔的比容和氧化膜的耐電壓，同時(shí)降低了復(fù)合氧化膜的漏電流。 4.系統(tǒng)地研究了陽(yáng)極氧化電流密度、溫度及電壓對(duì)Al-Ti復(fù)合氧化膜微結(jié)構(gòu)及電性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：隨陽(yáng)極氧化電流密度增大，氧化膜的耐電壓值呈上升趨勢(shì)；采用50mA/cm2的電流所制備的氧化膜介電性能較好，鋁電極箔的比容最大，且氧化膜的漏電流最小。25℃和50℃所形成氧化膜的結(jié)構(gòu)分為兩層，而75℃和85℃所形成

6、的氧化膜由三層構(gòu)成；50℃陽(yáng)極氧化所形成的復(fù)合氧化膜漏電流最小，耐電壓最高；75℃所形成氧化膜的鋁電極箔具有最大比容。當(dāng)陽(yáng)極氧化電壓大于70V時(shí)，Al-Ti復(fù)合氧化膜的介電性能變差；50Vf所形成氧化膜的電導(dǎo)機(jī)制，在低電場(chǎng)強(qiáng)度下表現(xiàn)為歐姆特性，高電場(chǎng)強(qiáng)度下為肖特基發(fā)射，而80Vf所形成的氧化膜在中電場(chǎng)強(qiáng)度區(qū)其電導(dǎo)表現(xiàn)為空間電荷限制電流。 5.首次基于點(diǎn)缺陷模型推導(dǎo)出了氧化膜耐電壓測(cè)試過(guò)程中的生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)方程，并對(duì)耐電壓測(cè)試過(guò)程中所

7、出現(xiàn)的電壓尖峰進(jìn)行了理論解釋。耐電壓測(cè)試過(guò)程作為一個(gè)恒定小電流下的陽(yáng)極氧化過(guò)程，氧化膜的生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)可以用公式V=aln(ct1/2)-b來(lái)表示；耐電壓測(cè)試開(kāi)始后的短時(shí)間內(nèi)為氧化膜的極化過(guò)程，在此過(guò)程中空位點(diǎn)缺陷形成極化電阻，之后隨陽(yáng)極氧化過(guò)程的進(jìn)行空位點(diǎn)缺陷逐漸湮滅，因此在氧化膜耐電壓測(cè)試曲線上出現(xiàn)電壓尖峰 6.研究了ATMP溶液的濃度、溫度以及熱處理溫度對(duì)氧化膜高溫耐水合特性的影響，結(jié)果表明，化成箔在0.25﹪的ATMP溶液中