專利名稱：一種固體電解電容器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種固體電解電容器，具體涉及一種以固體有機半導(dǎo)體材料作為電解質(zhì)的卷繞型結(jié)構(gòu)固體電解電容器及其制備方法。
背景技術(shù)：
電容器是一類基本的電子元件，廣泛使用在各種電子產(chǎn)品中。鋁固體電解電容器是近幾十年來隨著電子產(chǎn)品對高頻特性要求的不斷提高，而發(fā)展起來的一類新型電解電容器。在現(xiàn)代通信、計算機、高性能民用及軍事電子產(chǎn)品中有著廣泛的應(yīng)用，據(jù)有關(guān)統(tǒng)計推測，在2001年鋁固體電解電容器的產(chǎn)值達5億美元。目前，鋁固體電解電容器的發(fā)展主要體現(xiàn)在其所用電解質(zhì)的演變上。傳統(tǒng)的以二氧化錳為電解質(zhì)的鋁固體電解電容器在制作過程中要經(jīng)過反復(fù)的高溫加熱，對電容器的電介質(zhì)膜極易造成損傷，致使電容器的漏電流較大。隨著人們在有機導(dǎo)電材料研究方面的不斷進展，開發(fā)出了許多適合于鋁固體電解電容器使用的新型電解質(zhì)材料。7，7，8，8-四氰基對苯二醌二甲烷(簡稱TCNQ)是杜邦公司的研究人員于1959年首次合成的，在TCNQ型鋁固體電解電容器的制造中，電容器芯子浸漬TCNQ復(fù)合鹽的過程是重要而關(guān)鍵的。浸漬TCNQ復(fù)合鹽的方法有以下幾種(1)先選擇適當?shù)娜軇┤芙釺CNQ復(fù)合鹽，再把電容器芯子浸入TCNQ復(fù)合鹽溶液。由于TCNQ復(fù)合鹽的溶解度較低，因此，只有將電容器芯子反復(fù)浸漬，TCNQ復(fù)合鹽層才能達到足夠的厚度。該工藝繁瑣且溶劑消耗量大，而且TCNQ復(fù)合鹽與電介質(zhì)膜的粘接性差；(2)采用聚合物型粘接劑，以改善TCNQ復(fù)合鹽與電介質(zhì)膜的粘接性。用此方法制備電容器時，因TCNQ復(fù)合鹽中混有不導(dǎo)電的聚合物粘接劑，會導(dǎo)致電容器的性能下降；(3)采用加熱蒸發(fā)沉積法，將TCNQ復(fù)合鹽沉積到電容器芯子上。該法極易引起TCNQ復(fù)合鹽的熱分解。需要采用離子束輔助加熱蒸發(fā)法，才可改善鋁固體電解電容器的性能。
(4)電化學沉積法，將TCNQ溶在一定的溶劑中，往該溶劑中加入含有正丁基異喹啉陽離子的支持電解質(zhì)。電容器芯子浸在此溶劑中，并施以負電位，正丁基異喹啉陽離子移向陰極，并與TCNQ結(jié)合沉析在電容器芯子上形成電容器的陰極。
(5)加熱熔融TCNQ復(fù)合鹽，將電容器芯子在TCNQ復(fù)合鹽熔體中浸漬，取出后冷卻固化，最后封裝。
以往研究表明，將TCNQ復(fù)合鹽直接加熱熔化、浸漬、冷卻固化的方法是浸漬TCNQ電解質(zhì)較好的方法。TCNQ復(fù)合鹽在熔融狀態(tài)下熱穩(wěn)定性的好壞是該方法能否順利實施的關(guān)鍵所在。這是因為通常的TCNQ復(fù)合鹽的熔融溫度與其分解溫度間的差距不大。隨TCNQ復(fù)合鹽配體烷基鏈的增長，分解溫度與熔融溫度間的距離加大，但即使是己基鏈，兩溫度間的差距也僅為50℃左右。一般說來，正丁基異喹啉TCNQ復(fù)合鹽型電容器的溫度特性較好，其等效串聯(lián)電阻、漏電流和損耗最小。因此，在一般的鋁固體電解電容器的制造中，往往都采用正丁基異喹啉TCNQ復(fù)合鹽作為電解電容器的陰極材料，以滿足鋁固體電解電容器對于性能的要求。
目前總體來說TCNQ復(fù)合鹽型鋁固體電解電容器在制造過程中，對于TCNQ復(fù)合鹽電解質(zhì)加熱熔融溫度及熔化后持續(xù)時間的要求極為嚴格，需要精確地控制。如果加熱溫度、浸漬時間和冷卻固化速度控制不好，就要引起TCNQ復(fù)合鹽的分解，導(dǎo)致TCNQ復(fù)合鹽的電導(dǎo)率下降，從而致使電容器性能劣化。因此，如何避免TCNQ復(fù)合鹽在浸漬過程中的熱分解，并將其更好地浸漬到電容器芯子上，仍是一個難題。另外，TCNQ復(fù)合鹽電解質(zhì)的浸漬效率低，導(dǎo)致了電容器電容量的降低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服上述現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，提供一種具有良好阻抗特性和漏電特性，可降低TCNQ復(fù)合鹽的熔化溫度，從而減少電解質(zhì)發(fā)生劣化的可能，并使電解電容器的性能得到改善的之固體有機導(dǎo)電材料作為電解質(zhì)的卷繞型結(jié)構(gòu)固體電解電容器及其制備方法。
本發(fā)明所提出的技術(shù)方案是一種固體電解電容器，包括鋁殼、焊接于鋁梗上之引出線，所述鋁梗置于陰極箔上，陽極箔和陰極箔通過隔膜隔離后卷繞成芯子置于鋁殼內(nèi)，其特征在于所述陽極箔由閥金屬構(gòu)成且其表面形成有電介質(zhì)氧化膜；所述鋁殼內(nèi)腔空隙內(nèi)填充有固體有機導(dǎo)電材料7，7，8，8-四氰基對苯二醌二甲烷的電荷轉(zhuǎn)移復(fù)合物的至少1種物質(zhì)；所述隔膜為含有馬尼拉麻纖維的電解紙，電解紙密度為0.4～0.7g/cm3，厚度為40～80μm；所述電解紙需要先進行碳化處理，碳化溫度為200℃～300℃；
一種固體電解電容器制造方法，其特征在于，包括以下步驟1)制作陽極箔，并在其表面形成電介質(zhì)氧化膜；2)制作陰極箔，并在其表面包覆氧化膜；3)將隔膜夾于覆蓋有電介質(zhì)氧化物膜的陽極箔與陰極箔之間，引出線由鋁梗包覆，置于陰極箔上，并與陽極箔和陰極箔卷繞一起而制成電容器芯子，然后將電容器芯子浸于液體電解液中，再對芯子進行老化，最后進行碳化處理；4)將7，7，8，8-四氰基對苯二醌二甲烷的電荷轉(zhuǎn)移復(fù)合物，或該7，7，8，8-四氰基對苯二醌二甲烷的電荷轉(zhuǎn)移復(fù)合物與其他不同種類的TCNQ復(fù)合鹽之一種或兩種以上按(0.1-0.9)∶(0.9-0.1)或(0.1-0.9)∶(0.5-0.1)∶(0.4-0.0)比例混合，或兩種或兩種以上不同種類的TCNQ復(fù)合鹽按(0.1-0.9)∶(0.9-0.1)或(0.1-0.9)∶(0.5-0.1)∶(0.4-0.0)比例混合使其成熔融狀態(tài)，然后將電容器芯子在TCNQ復(fù)合鹽熔體中浸漬，取出后冷卻固化；5)用封口材料封裝。
所述氧化膜為Al2O3膜；所述碳化處理中碳化溫度為200℃～300℃；所述芯子老化時間為2-3小時；所述7，7，8，8-四氰基對苯二醌二甲烷的電荷轉(zhuǎn)移復(fù)合物為具有半導(dǎo)體特性之復(fù)合物；所述TCNQ復(fù)合鹽中可加入添加劑，該添加劑為內(nèi)酯化合物。
本發(fā)明通過TCNQ復(fù)鹽的熔融和含浸，使具有高導(dǎo)電性的固體有機導(dǎo)電材料能夠充分填充在陽極槽內(nèi)部，可獲得阻抗特性良好的電解電容器。而且，將隔離層基材夾在陽極箔和陰極箔之間，能夠制成卷繞型的電容器元件，將其浸在經(jīng)過加熱熔融的TCNQ復(fù)鹽中，接著冷卻凝固，能夠容易地顯現(xiàn)導(dǎo)電性。
本發(fā)明芯子在含浸前對芯子進行老化和碳化處理，且通過不同TCNQ復(fù)合鹽混合或加入添加劑，可降低TCNQ復(fù)合鹽的熔化溫度，從而減少電解質(zhì)發(fā)生劣化的可能，提高了固體電解電容器工作的耐壓等級，延長了固體電解電容器的使用壽命。


圖1為本發(fā)明固體電解電容器展開圖；圖2為本發(fā)明固體電解電容器芯子內(nèi)層剖面圖。
圖中
1-引出線，2-鋁梗，3-環(huán)氧樹脂，4-陽極箔，5-陰極箔， 6-TCNQ復(fù)合鹽，7-鋁殼， 8-隔膜， 9-Al2O3膜。
具體實施例方式如圖1、圖2所示，本發(fā)明固體電解電容器，包括引出線1、鋁梗2和鋁殼7，所述引出線1由鋁梗1包覆，置于陰極箔4上，陽極箔5與陰極箔4交錯疊合，其外表面包覆有Al2O3膜9，通過隔膜8隔離后卷繞成芯子置于鋁殼7內(nèi)，鋁殼7開口部分用封口材料封口，可采用密封性能優(yōu)良的環(huán)氧樹脂或丁基橡膠封住。
所述陽極箔5由閥金屬做成，可采用金屬鋁。所述隔膜8起到隔離兩極箔的作用，為含有馬尼拉麻纖維的電解紙，其密度為0.4～0.7g/cm3，厚度為40～80μm。電解紙需要先進行碳化處理，碳化溫度為200℃～300℃。
本發(fā)明在鋁殼7之空隙內(nèi)，填充有加熱后呈熔融狀態(tài)之固體有機半導(dǎo)體材料，可使由陽極箔5與陰極箔4交錯疊合卷繞而成的芯子浸漬在其熔體中，該材料為7，7，8，8-四氰基對苯二醌二甲烷的電荷轉(zhuǎn)移復(fù)合物(簡稱TCNQ復(fù)合鹽)，其分子結(jié)構(gòu)式為 所述7，7，8，8-四氰基對苯二醌二甲烷的電荷轉(zhuǎn)移復(fù)合物(復(fù)鹽)在其熔融溫度下熱穩(wěn)定性較好，可以完全滿足制備固體電解電容器工藝的要求，在制造電容器過程中對其加熱熔融溫度及熔化后持續(xù)時間的工藝較易控制。7，7，8，8-四氰基對苯二醌二甲烷的電荷轉(zhuǎn)移復(fù)合物可以單獨使用，也可以與其它TCNQ復(fù)合鹽按一定比例混合而成，由于TCNQ復(fù)合鹽為半導(dǎo)體材料，可提高電解電容器阻抗特性和漏電特性，降低TCNQ復(fù)合鹽的熔化溫度。
本發(fā)明提供了一種固體電解電容器制造方法，包括以下步驟(a)制作陽極箔4，采用閥金屬鋁，并在其表面形成電介質(zhì)氧化膜-Al2O3膜9；
(b)制作陰極箔5，并在其表面包覆Al2O3膜9；(c)將隔膜8夾在覆蓋有電介質(zhì)氧化物膜的陽極箔4與陰極箔5之間，引出線1由鋁梗1包覆，置于陰極箔4上，并與陽極箔4和陰極箔5卷在一起而制成電容器芯子。所述隔膜8采用含有馬尼拉麻纖維電解紙膜，電容器芯子先含浸液體電解液，然后對芯子進行老化，最后進行碳化處理，碳化溫度為200℃～300℃；(d)將7，7，8，8-四氰基對苯二醌二甲烷的電荷轉(zhuǎn)移復(fù)合物，或該7，7，8，8-四氰基對苯二醌二甲烷的電荷轉(zhuǎn)移復(fù)合物與其他不同種類的TCNQ復(fù)合鹽之一種或兩種以上按比例(0.1-0.9)∶(0.9-0.1)或(0.1-0.9)∶(0.5-0.1)∶(0.4-0.0)混合，兩種或兩種以上不同種類的TCNQ復(fù)合鹽按(0.1-0.9)∶(0.9-0.1)或(0.1-0.9)∶(0.5-0.1)∶(0.4-0.0)比例混合使其成熔融狀態(tài)，同時可在其內(nèi)加入添加劑-內(nèi)酯化合物，然后將電容器芯子在TCNQ復(fù)合鹽熔體中浸漬，取出后冷卻固化。上述不同TCNQ復(fù)合鹽的混合或添加內(nèi)酯化合物是用以降低TCNQ復(fù)合鹽的熔化溫度，從而減少電解質(zhì)發(fā)生劣化的可能，提高固體電解電容器工作的耐壓等級。
(e)用環(huán)氧樹脂或丁基橡膠封裝。
本發(fā)明通過TCNQ復(fù)鹽的熔融和含浸，可使具有高導(dǎo)電性的固體有機導(dǎo)電材料能夠充分填充在陽極槽內(nèi)部，獲得阻抗特性良好的電解電容器。而且，將隔離層基材夾在陽極箔和陰極箔之間，能夠制成卷繞型的電容器元件，將其浸在經(jīng)過加熱熔融的TCNQ復(fù)鹽中，接著冷卻凝固，能夠容易地顯現(xiàn)導(dǎo)電性。
實施例在陽極箔和陰極箔之間插入含有馬尼拉麻纖維的電解紙(密度為0.2～0.6g/cm3，厚度為30～60μm)，并將它們卷起來形成卷繞式電容器芯子，含浸液體電解液，對芯子進行常溫老化3h，然后于240℃放置120分鐘，使電解紙完全碳化。接著，將經(jīng)過預(yù)熱的電容器芯子浸入熔融狀態(tài)的TCNQ正丁基異喹啉的復(fù)鹽中浸漬，含浸時間30秒后，快速冷卻，直接在電極間形成TCNQ復(fù)鹽層，其額定電壓為4V、靜電容量為560μF。將該電容器元件裝入鋁制金屬殼中，然后用環(huán)氧樹脂或丁基橡膠封住開口部分，最后經(jīng)老化分選，這樣就可制得尺于為D8mm×L10.5mm的鋁電解電容器。
權(quán)利要求
1.一種固體電解電容器，包括鋁殼、焊接于鋁梗上之引出線，所述鋁梗置于陰極箔上，陽極箔和陰極箔通過隔膜隔離后卷繞成芯子置于鋁殼內(nèi)，其特征在于所述陽極箔由閥金屬構(gòu)成且其表面形成有電介質(zhì)氧化膜；所述鋁殼內(nèi)腔空隙內(nèi)填充有固體有機導(dǎo)電材料7，7，8，8-四氰基對苯二醌二甲烷的電荷轉(zhuǎn)移復(fù)合物的至少1種物質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種固體電解電容器，其特征在于所述隔膜為含有馬尼拉麻纖維的電解紙，電解紙密度為0.4～0.7g/cm3，厚度為40～80μm。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種固體電解電容器，其特征在于所述電解紙需要先進行碳化處理，碳化溫度為200℃～300℃。
4.一種固體電解電容器制造方法，其特征在于，包括以下步驟1)制作陽極箔，并在其表面形成電介質(zhì)氧化膜；2)制作陰極箔，并在其表面包覆氧化膜；3)將隔膜夾于覆蓋有電介質(zhì)氧化物膜的陽極箔與陰極箔之間，引出線由鋁梗包覆，置于陰極箔上，并與陽極箔和陰極箔卷繞一起而制成電容器芯子，然后將電容器芯子浸于液體電解液中，再對芯子進行老化，最后進行碳化處理；4)將7，7，8，8-四氰基對苯二醌二甲烷的電荷轉(zhuǎn)移復(fù)合物，或該7，7，8，8-四氰基對苯二醌二甲烷的電荷轉(zhuǎn)移復(fù)合物與其他不同種類的TCNQ復(fù)合鹽之一種或兩種以上按比例(0.1-0.9)∶(0.9-0.1)或(0.1-0.9)∶(0.5-0.1)∶(0.4-0.0)混合，或兩種或兩種以上不同種類的TCNQ復(fù)合鹽按(0.1-0.9)∶(0.9-0.1)或(0.1-0.9)∶(0.5-0.1)∶(0.4-0.0)比例混合使其成熔融狀態(tài)，然后將電容器芯子在TCNQ復(fù)合鹽熔體中浸漬，取出后冷卻固化；5)用封口材料封裝。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種固體電解電容器制造方法，其特征在于，所述氧化膜為Al2O3膜。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種固體電解電容器制造方法，其特征在于，所述碳化處理中碳化溫度為200℃～300℃。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種固體電解電容器制造方法，其特征在于，所述芯子老化時間為2-3小時。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種固體電解電容器制造方法，其特征在于，所述7，7，8，8-四氰基對苯二醌二甲烷的電荷轉(zhuǎn)移復(fù)合物為具有半導(dǎo)體特性之復(fù)合物，其分子結(jié)構(gòu)式為
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種固體電解電容器制造方法，其特征在于，所述步驟4)之TCNQ復(fù)合鹽中可加入添加劑。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種固體電解電容器制造方法，其特征在于，所述添加劑為內(nèi)酯化合物。
全文摘要
一種固體電解電容器，包括鋁殼、鋁梗、引出線，所述鋁梗置于陰極箔上且和陽極箔通過隔膜隔離后卷繞成芯子置于鋁殼內(nèi)，其特征在于陽極箔由閥金屬構(gòu)成且其表面形成有電介質(zhì)氧化膜；鋁殼內(nèi)腔空隙內(nèi)填充有TCNQ復(fù)合鹽的至少1種物質(zhì)。其制造方法為先制作好陽極箔和陰極箔，將隔膜夾于覆蓋有電介質(zhì)氧化物膜的陽極箔與陰極箔之間，并與引出線、陽極箔和陰極箔卷繞一起制成電容器芯子，然后將其浸于液體電解液中，對芯子進行老化和碳化處理；再將TCNQ復(fù)合鹽之一種或兩種以上按比例混合，使其成熔融狀態(tài)，然后將電容器芯子在其熔體中浸漬，取出冷卻固化后封裝。本發(fā)明具有良好阻抗特性和漏電特性，可降低TCNQ復(fù)合鹽熔化溫度，減少了電解質(zhì)發(fā)生劣化的可能。
文檔編號H01G9/15GK1702788SQ20051003559
公開日2005年11月30日 申請日期2005年7月5日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月5日
發(fā)明者紀力榮 申請人:萬裕三信電子(東莞)有限公司