專利名稱:高電壓鋁陽極箔的電化學(xué)腐蝕的制作方法
本發(fā)明涉及應(yīng)用直流電，在含鹽酸和氯化鋁的腐蝕槽中，對高壓鋁電解電容器用的高立體結(jié)構(gòu)箔進(jìn)行電化學(xué)腐蝕，以制造高電容鋁箔。
在腐蝕電解電容器用鋁箔的典型方法中，一直是采用含氯化鈉或其他鹽和硫酸鹽為主的電解液。但是所得鋁箔的電容不如由本發(fā)明方法制得鋁箔的電容高。
美國專利No.4 213 835報導(dǎo)了一種電解腐蝕再結(jié)晶鋁箔的方法。該法制造出的鋁箔具有規(guī)則園筒形狀的或立體的腐蝕坑洞結(jié)構(gòu)，其箔面坑洞密度大于107/厘米2。此法采用了靜電位法腐蝕技術(shù)。這種技術(shù)存在的問題是不適宜于大規(guī)模地生產(chǎn)腐蝕箔。
用于制造高比電容鋁箔的方法還有一些。本發(fā)明的目的是制造比電容有明顯提高的高壓箔。
本發(fā)明的特點是，將上述鋁箔通過在直流電作用下的電解液槽，以腐蝕鋁電容器用鋁箔。具體來說，就是將高立體結(jié)構(gòu)的鋁箔，在溫度70～85℃和電荷70～110庫侖/厘米2的條件下，通過含1.5～7%的鹽酸和高達(dá)2%的以氯化鋁形式存在的鋁的電解液槽。電流密度為0.13～0.185安/分米2。
提高鋁電解電容器箔的比電容必須考慮幾個因素。一個因素是要大大提高坑洞密度和坑洞結(jié)構(gòu)，實質(zhì)上，直線伸長的坑洞提供許多由腐蝕而產(chǎn)生的表面積。當(dāng)坑洞密度增加時，坑洞的表面積相應(yīng)增大。另一個重要因素是所用鋁的類型。在本發(fā)明中，優(yōu)先采用具有高立體結(jié)構(gòu)的鋁箔，因為這種鋁箔在腐蝕后，坑洞結(jié)構(gòu)均勻，坑洞伸長，隨即提高了坑洞密度?？刂圃黾颖入娙莸挠忠恢匾蛩厥歉g電解液，它控制坑洞產(chǎn)生和腐蝕坑洞的深度和寬度。如表1所示，選擇適當(dāng)?shù)拇g鋁箔與腐蝕電解液進(jìn)行搭配，可以得到比較均勻的坑洞。
表1鋁箔類型 方法類型 260伏下的C，V值伏·微法/厘米2標(biāo)準(zhǔn)非立體結(jié)構(gòu) 普通方法 200標(biāo)準(zhǔn)非立體結(jié)構(gòu) 本發(fā)明方法 210新高立體結(jié)構(gòu) 普通方法 210新高立體結(jié)構(gòu) 本發(fā)明方法 305在本發(fā)明中，腐蝕電解液的化學(xué)性質(zhì)是控制直流腐蝕高壓(大于200伏)陽極鋁箔的腐蝕特點的一個重要因素。在應(yīng)用中，最好是用鹽酸，而不用其他氯化物，因為鹽酸可以防止氫氧化鋁沉淀;氫氧化鋁的沉淀會堵塞用本發(fā)明方法產(chǎn)生的伸長的坑洞。假若讓這種沉淀發(fā)生，就會損害鋁箔的高立體結(jié)構(gòu)性質(zhì)，從而不能充分利用高立體結(jié)構(gòu)鋁箔與腐蝕方法相配合所帶來的好處。
為了降低蒸發(fā)損失，以便使此方法更經(jīng)濟(jì)和更容易控制，應(yīng)該把溫度維持在75℃或75℃左右。
本發(fā)明方法是很簡單的一步腐蝕法。不需對現(xiàn)用生產(chǎn)設(shè)備作大修改就可以生產(chǎn)出電容值相當(dāng)于或明顯高于最好的商品鋁箔。本發(fā)明的優(yōu)點是，可以獲得箔表面的坑洞密度大于107個/厘米2的腐蝕坑洞結(jié)構(gòu)，腐蝕坑洞在鋁箔面上均勻分布。適應(yīng)預(yù)定電壓要求的腐蝕直徑或坑洞直徑，主要決定于電解鋁的腐蝕速度，在本發(fā)明方法中，可以小心地對電解鋁的腐蝕速度進(jìn)行控制。借助本發(fā)明方法，可得到盡可能高的表面積擴(kuò)大和電容增益以及最可能小的鋁箔腐蝕量，同時又保持了足夠的鋁箔強度。
圖1和3是用傳統(tǒng)方法腐蝕的鋁電解電容器用鋁箔橫切面的掃描式電子顯微鏡照片，照片中為坑洞結(jié)構(gòu)。
圖2和4是用本發(fā)明方法腐蝕的鋁電解電容器用鋁箔橫切面的掃描式電子顯微鏡照片，照片中為相對直的伸長的坑洞結(jié)構(gòu)。
圖5表示腐蝕電量(庫侖)對形成鋁箔電容的影響。
鋁電解電容器用鋁箔，最好是將純度大于99.99%、具有高立方結(jié)構(gòu)厚度為100微米的鋁箔在75℃和直流電流的作用下，讓其通過含3%的鹽酸和1%的以氯化物形式存在的鋁的電解液槽進(jìn)行腐蝕。電流密度為0.155安/厘米2，腐蝕電量為80～90庫侖/厘米2。用這種方法得到的腐蝕坑洞結(jié)構(gòu)如圖2和4中的掃描式電子顯微鏡照片所示。
這些圖表示腐蝕鋁箔橫切面的坑洞結(jié)構(gòu)。淺灰色的直線結(jié)構(gòu)，是鋁箔的腐蝕坑洞。在坑洞上下靠近底線處，大致可看清鋁箔的界面。和以圖1說明的先有技術(shù)對照，顯示在圖2和4的掃描式電子顯微鏡照片中重直平面上的，相對而言，是直的伸長的坑洞結(jié)構(gòu)，這是明顯的。淺灰區(qū)(坑洞)進(jìn)一步穿入鋁箔，它們稍具規(guī)則形狀?？佣唇Y(jié)構(gòu)的密度比圖1所示的先有技術(shù)高得多。照片所顯示的重要事實是，許多坑洞不互相交叉。由此可見這種鋁箔不會產(chǎn)生相互交叉坑洞的結(jié)構(gòu)。當(dāng)用立體觀測器檢查圖3和4時，可以清楚地看到，本發(fā)明方法能得到很高的坑洞密度，而且坑洞是均勻地分布在鋁箔上。
在本發(fā)明中，應(yīng)用上述厚度為100微米高立體結(jié)構(gòu)的鋁箔時，被溶解的鋁量為8.46～9.65毫克/厘米2。下表表示在260伏和465伏下形成陽極氧化物時鋁箔的比電容。CV表示電容和電壓的乘積。CV/mg表示電容與電壓的乘積除以每平方厘米鋁箔被溶解的鋁量，其值是衡量腐蝕方法相對效率的尺度。
表Ⅱ被溶解的鋁量 260伏 465伏毫克/厘米2CV CV/mg CV CV/mg8.46 306 36 266 319.65 304 31 271 28本發(fā)明中可有以下參數(shù)變化。所用的鋁箔是具有很高立體結(jié)構(gòu)的鋁箔，即鋁箔在100方向有晶粒的高定向。本發(fā)明發(fā)現(xiàn)，至少70%的晶粒在100方向定向才能獲得所希望得到的結(jié)果，這是本發(fā)明方法的目的。這種鋁箔已由Showa鋁公司、Toyo鋁公司和SCAl(Pechiney鋁公司的子公司)商品供應(yīng)。高立體性鋁箔可使腐蝕得到很直的坑洞，同時保留腐蝕產(chǎn)生的表面積?？佣吹漠a(chǎn)生趨于更加均勻，因而增加了坑洞密度。鋁箔的立體性越強，比電容越大。但是對于生產(chǎn)來說，根據(jù)經(jīng)驗，70%的鋁箔立體性或稍高一點，就足夠了。
本發(fā)明其他參數(shù)范圍的值同樣是可行的。電解液化學(xué)的目的，在于生產(chǎn)具有大量氯化物的酸性介質(zhì)。為了防止有氯化鈉存在時產(chǎn)生沉淀，最好是用鹽酸。加入鋁的目的，是為了減少電解液槽的消耗和盡量減少在過程中更換電解質(zhì)。電解液槽諸參數(shù)值的范圍如下鹽酸濃度的范圍可為1.5～7%;以氯化鋁形式存在的鋁量范圍為0～2%;過程溫度的范圍為70～85℃;電流密度的范圍為0.13～0.185安/厘米2。腐蝕用電量的范圍為70～110庫侖/厘米2根據(jù)經(jīng)驗確定的上述諸參數(shù)的范圍，可用于高壓鋁箔的大規(guī)模生產(chǎn)。應(yīng)用上述參數(shù)范圍內(nèi)之值，可以高速、大量地生產(chǎn)鋁箔，而不用為調(diào)節(jié)這些參數(shù)裝設(shè)精密的調(diào)節(jié)系統(tǒng)，因此為實現(xiàn)本發(fā)明方法所需的裝置費用相當(dāng)?shù)?。在溫度范圍方面，溫度超過85℃時，蒸發(fā)就會變成主要因素。假若溫度低于70℃，結(jié)果是腐蝕過程或者不能進(jìn)行，或者是工作效率低。在電流密度方面，電流密度在范圍值的最低值以下時，坑洞的產(chǎn)生較少，坑洞密度較低。假若電流密度高于上述范圍，那末由于已產(chǎn)生的坑洞的深化與新產(chǎn)生坑洞之間的競爭，使坑洞的大小不一。在任何腐蝕過程中，都要避免產(chǎn)生不均勻的坑洞，因為在高電壓下陽極鋁箔上生成一層氧化物時，許多坑洞實際上被蓋住。
下表列舉了在應(yīng)用本發(fā)明的方法時的一些統(tǒng)計試驗結(jié)果，表示不同腐蝕時間所溶解的鋁箔量，以及被蝕鋁箔所達(dá)到的電容。
表Ⅲ被溶解的鋁量 在260伏下的電容毫克/厘米2微法/厘米2伏-微法/厘米26.54 0.95 2527.73 1.00 2668.81 1.04 2769.97 1.15 30611.17 1.21 321圖5表示在260伏下形成鋁箔時腐蝕電量σ(庫侖/厘米2)對每平方厘米電容電壓積(伏-微法/厘米2)的影響。
實際應(yīng)用的例子表明，本發(fā)明方法制得的電解鋁箔可用作高壓電解電容，其每平方厘米的比電容比舊電解電容顯著增高。這樣得到的電容合乎以下的要求，即用其制成的電容器可能具有較小的體積，或者體積相同而具有較大的電容。雖然熟悉本領(lǐng)域技術(shù)者可提出各種不大的改變，但本人希望包括在專利保護(hù)范圍之內(nèi)，這樣的改變理所當(dāng)然是屬于本發(fā)明權(quán)利要求
范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.在直流電的作用下將鋁箔通過電解液槽腐蝕鋁電解電容器用高電壓箔的方法，其特征是將具有高立體結(jié)構(gòu)的鋁箔，在溫度70-80℃、直流電荷7～10庫侖/厘米2下通過含1.5～7%的鹽酸和高達(dá)2%的以氯化鋁形式存在的鋁的電解液槽。
2.按照權(quán)利要求
1的方法，其中的箔是厚度為100微米和立體性為70%或70%以上的鋁箔。
3.按照權(quán)利要求
1的方法，其中電解槽內(nèi)鹽酸的百分含量為3%。
4.按照權(quán)利要求
1的方法，其中電解槽內(nèi)以氯化鋁形式存在的鋁的百分含量為1%。
5.按照權(quán)利要求
1的方法，其中電解槽的溫度為75℃。
6.按照權(quán)利要求
1的方法，其中電流密度的范圍為0.13～0.185安/厘米2。
7.按照權(quán)利要求
1的方法，其中腐蝕電量的范圍為80～90庫侖/厘米2。
專利摘要
在直流電作用下將鋁箔通過溫度為75℃，含3％的鹽酸和1％的以氯化鋁形式存在的鋁的電解液槽，進(jìn)行腐蝕，可以得到鋁電解電容器用的高立體結(jié)構(gòu)箔。這樣得到的腐蝕箔具有較大的坑洞密度、坑洞伸長和好的直線形的坑洞結(jié)構(gòu)，因而有很高的電容。
文檔編號C25F3/00GK85101992SQ85101992
公開日1987年1月10日 申請日期1985年4月1日
發(fā)明者阿諾雷 申請人:菲利浦光燈制造公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan