一種高能寬溫鉭電容器制備方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種高能寬溫鉭電容器制備方法，它包含以下步驟：(1)調(diào)節(jié)鉭塊壓制密度D；(2)分級(jí)形成；(3)配制寬溫工作電解液；(4)低溫貯存；(5)高溫老煉。本發(fā)明的有益效果是：采用分級(jí)形成，在陽(yáng)極基體表面形成Ta2O5介質(zhì)致密性呈梯度分布的復(fù)合型氧化物薄膜；配制的寬溫工作電解液，比常規(guī)工作電解質(zhì)比電阻更小、沸點(diǎn)更高、凝固點(diǎn)更低、氧化效率更高，能對(duì)受高溫下各種應(yīng)力而損傷的介質(zhì)層進(jìn)行及時(shí)修補(bǔ)，防止電容器性能惡化；拓寬中高壓高能鉭電容器的應(yīng)用溫區(qū)，保證了鉭電容器在-55℃～200℃寬溫范圍內(nèi)能夠長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定地工作，提高了電容器的使用壽命。
【專(zhuān)利說(shuō)明】—種高能寬溫鉭電容器制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種高能寬溫鉭電容器制備方法，尤其涉及一種能在-55°c~200°C寬溫范圍內(nèi)正常工作的中高壓高能量密度鉭電容器的制備方法，屬于電解電容器制備【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]電解電容器作為常見(jiàn)的電子元件，廣泛應(yīng)用于通信、航天和軍工、海底電纜和高級(jí)電子裝置等多方面，在線路中起儲(chǔ)能、濾波、旁路、耦合、電源等作用。采用傳統(tǒng)制造工藝生產(chǎn)的鉭電容器在125°C以下能夠穩(wěn)定工作。但對(duì)應(yīng)用于深鉆井、地質(zhì)勘探以及海底通訊的電子設(shè)備而言，由于地下鉆探自然資源儲(chǔ)備的日益減少和技術(shù)進(jìn)步，行業(yè)的鉆探深度開(kāi)始加深，同時(shí)也開(kāi)始在地?zé)崽荻容^高(全球地?zé)崽荻纫话銥?5°C/km深度)的地區(qū)進(jìn)行鉆探，這些惡劣的地下井溫度超過(guò)200°C，壓力超過(guò)25kpsi ;除了石油和天然氣行業(yè)外，為簡(jiǎn)化測(cè)井儀器信號(hào)鏈，航空電子、汽車(chē)行業(yè)等其他應(yīng)用對(duì)中高壓寬溫高能鉭電容器的需求也日漸增多。
[0003]現(xiàn)有鉭電容器因?yàn)榄h(huán)境溫度過(guò)高導(dǎo)致熱致?lián)舸┦В瑥亩鴮?dǎo)致電子設(shè)備、儀器儀表輸出波形失真、電路無(wú)法正常工作。并且設(shè)備故障會(huì)造成極高的停機(jī)成本，在地下數(shù)英里作業(yè)的鉆柱如果出現(xiàn)電子組件故障，需要一天以上的時(shí)間來(lái)檢修及更換，操作復(fù)雜的深水海上鉆井平臺(tái)每天平均需要花費(fèi)100萬(wàn)美元。因此開(kāi)發(fā)一用于高溫及大環(huán)境溫差等惡劣環(huán)境下的電子元器件已勢(shì)在必行。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足，提供了一種高能寬溫鉭電容器制備方法，從而提高電容器的使用壽命，填補(bǔ)了 _55°C~200°C寬溫范圍內(nèi)中高壓高能量密度寬溫鉭電容器制備技術(shù)的空白。
[0005]本發(fā)明是通過(guò)如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的。
[0006]一種高能寬溫鉭電容器制備方法，它包含以下步驟:
[0007](I)、調(diào)節(jié)鉭塊壓制密度D:
[0008]由于高能密度鉭電容器采用高比容規(guī)格的鉭粉，粒徑較小、粒型較復(fù)雜，為保證陽(yáng)極塊孔隙度與浸潤(rùn)性，可適當(dāng)降低壓制密度；具體下調(diào)范圍為:
[0009]0.7D0≤D1≤0.9D。，D0為標(biāo)稱(chēng)壓制密度。
[0010](2)、分級(jí)形成；目的是在鉭芯子表面形成Ta2O5介質(zhì)致密性呈梯度分布的復(fù)合型氧化物薄膜；具體步驟如下:
[0011]a、低壓段:電壓小于0.7倍形成電壓時(shí),米用體積百分含量為0.1%的HNO3溶液，室溫升壓；此時(shí)氧化膜浸潤(rùn)性較好，易獲得致密性極高的介質(zhì)層。
[0012]b、升溫段:電壓達(dá)到0.7倍形成電壓后，提高形成溫度至90±2°C，并恒壓Ih~2h ;即可增強(qiáng)乙二醇流動(dòng)性，減小氧化膜中剩余電流，又有利于加快內(nèi)部散熱，防止晶化。[0013]C、高壓段:0.7?I倍形成電壓，將鉭芯子轉(zhuǎn)移至H3PO4水溶液中繼續(xù)形成，溫度調(diào)整為85±3°C ;這是考慮到磷離子半徑較大，在鉭氧化膜生長(zhǎng)后期具有積極的保護(hù)作用。
[0014]d、熱處理:作用是破壞掉因形成過(guò)程中出現(xiàn)疵點(diǎn)等缺陷而影響形成質(zhì)量的氧化膜；熱處理溫度為300°C?400°C，熱處理時(shí)間為20min?60min ；
[0015]e、高溫補(bǔ)形成:將經(jīng)過(guò)硫酸浸泡的陽(yáng)極鉭塊浸入溫度為160°C?180°C、由磷酸和乙二醇混合而成的電解液中進(jìn)行電化學(xué)處理Ih?2h，施加電壓為電容器額定電壓的1.1?1.4 倍；
[0016](3)、配制寬溫工作電解液；
[0017]具體配方為:質(zhì)量百分比為42%的H2S04溶液+改性添加劑+消氫劑；
[0018]其中改性添加劑為乙二醇、乙二醇甲醚、甘露醇、丁二酸中的一種，或者由乙二醇、乙二醇甲醚、甘露醇、丁二酸中的兩種按1:1?1:1.5的體積比配制而成；消氫劑為對(duì)硝基苯甲酸銨、對(duì)硝基苯酚、對(duì)硝基苯甲醇中的一種，或者由對(duì)硝基苯甲酸銨、對(duì)硝基苯酚、對(duì)硝基苯甲醇中的兩種按1:1?1:1.5的體積比配制而成；
[0019](4)、低溫貯存:_68±2°C條件下貯存2h?5h ;
[0020](5)、高溫老煉。
[0021]所述電解液中磷酸的體積百分比濃度為1%?15%、乙二醇溶液的體積百分比濃度為50%?70%，其余為水。
[0022]所述步驟(5)中的高溫老煉包括如下方法步驟:
[0023](I)、將封裝后的鉭電容器在室溫下用2V?5V恒壓；
[0024](2)、升溫施壓階段1:將封裝后的鉭電容器的兩端在80°C?90°C的溫度下施加直流電壓，上電12h?24h，施加的電壓為IUk，其中，Uk為鉭電容器額定電壓；
[0025](3)、升溫施壓階段I1:將鉭電容器的兩端在120°C?130°C的溫度下施加直流電壓，上電Ih?3h，施加的電壓為0.62?0.65Ue ；
[0026](4)、升溫施壓階段II1:將鉭電容器的兩端在190°C?205°C的溫度下施加直流電壓，上電1.5h?3h，施加的電壓為0.55?0.6Ue ；
[0027](5)、升溫施壓階段IV:將鉭電容器的兩端在225°C?230°C的溫度下施加直流電壓，上電1.5h?2h，施加的電壓為0.45?0.52Ue ；
[0028](6)、自然冷卻:將鉭電容器在室溫下恢復(fù)5h?12h ；
[0029](7)、回溫施壓:將冷卻后的鉭電容器的兩端在80°C?90°C的溫度下施加直流電壓，上電12h?24h,施加的電壓為IUro
[0030]本發(fā)明的有益效果是:
[0031]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明采用分級(jí)形成，在陽(yáng)極基體表面形成Ta2O5介質(zhì)致密性呈梯度分布的復(fù)合型氧化物薄膜；配制的寬溫工作電解液，比常規(guī)工作電解質(zhì)比電阻更小，在-70°C?+200°C溫區(qū)內(nèi)比電阻變化??；工作電解液的沸點(diǎn)更高，凝固點(diǎn)更低；氧化效率更高，能對(duì)受高溫下各種應(yīng)力而損傷的介質(zhì)層進(jìn)行及時(shí)修補(bǔ)，防止電容器性能惡化；拓寬中高壓高能鉭電容器的應(yīng)用溫區(qū)，保證了鉭電容器在_55°C?200°C寬溫范圍內(nèi)能夠長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定地工作，提高了電容器的使用壽命，電性能參數(shù)的一致性好，能夠滿足寬溫條件下的使用要求?！揪唧w實(shí)施方式】
[0032]下面結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步描述本發(fā)明的技術(shù)方案，但要求保護(hù)的范圍并不局限于所述。
[0033]實(shí)施例1
[0034]一種高能寬溫鉭電容器制備方法，以CA38H型75V1000yF為例，它包含以下步驟:
[0035](I)、調(diào)節(jié)鉭塊壓制密度D ；
[0036]具體下調(diào)范圍為=D1 = 0.85D0, D0為標(biāo)稱(chēng)壓制密度；
[0037](2)、分級(jí)形成；具體步驟如下:
[0038]a、低壓段:電壓小于0.7倍形成電壓時(shí),米用體積百分含量為0.1 %的HNO3溶液，室溫升壓；
[0039]b、升溫段:電壓達(dá)到0.7倍形成電壓后，提高形成溫度至88°C，并恒壓1.5h ；
[0040]C、高壓段:0.7?I倍形成電壓，將鉭芯子轉(zhuǎn)移至H3PO4水溶液中繼續(xù)形成，溫度調(diào)整為86°C ；
[0041]d、熱處理:熱處理溫度為340°C，熱處理時(shí)間為25min ；
[0042]e、高溫補(bǔ)形成:具體方法如下:將陽(yáng)極鉭塊浸入溫度為160°C、由磷酸和乙二醇混合而成的電解液中進(jìn)行電化學(xué)處理2小時(shí)，施加電壓為電容器額定電壓的1.1倍；所述電解液中磷酸的體積百分比濃度為15%、乙二醇溶液的體積百分比濃度為50%，其余為水；
[0043](3)、配制寬溫工作電解液；
[0044]具體配方:質(zhì)量百分比為42%的H2S04溶液+改性添加劑+消氫劑；具體操作方法為:向所述硫酸溶液中加入1/7倍重量去離子水的改性添加劑，配制成混合溶液；所述改性添加劑為乙二醇、乙二醇甲醚、甘露醇、丁二酸中的一種；向上述混合溶液中加入1/15倍重量去離子水的消氫劑，制得電解質(zhì)；所述消氫劑為對(duì)硝基苯甲酸銨、對(duì)硝基苯酚、對(duì)硝基苯甲醇中的一種；
[0045](4)、低溫貯存；_68°C條件下貯存3h ；
[0046](5)、高溫老煉；其具體方法步驟為:
[0047]a、將封裝后的鉭電容器在室溫下用5V恒壓1.5h ；
[0048]b、升溫施壓階段1:將封裝后的鉭電容器的兩端在85°C的溫度下施加直流電壓，上電12h，施加的電壓為Uk，其中，Ue為鉭電容器額定電壓75V ；
[0049]C、升溫施壓階段I1:將鉭電容器的兩端在125°C的溫度下施加直流電壓，上電
1.5h，施加的電壓為0.63UR；
[0050]d、升溫施壓階段II1:將鉭電容器的兩端在200°C的溫度下施加直流電壓，上電2h，施加的電壓為0.58Ue；
[0051]e、升溫施壓階段IV:將鉭電容器的兩端在230°C的溫度下施加直流電壓，上電2h，施加的電壓為0.52Ue；
[0052]f、自然冷卻:將鉭電容器在室溫下恢復(fù)6h ；
[0053]g、回溫施壓:將冷卻后的鉭電容器的兩端在85°C的溫度下施加直流電壓，上電12h，施加的電壓為Uro
[0054]實(shí)施例2[0055]一種高能寬溫鉭電容器制備方法，以CA38H型100V400 μ F為例，它包含以下步驟:
[0056](I)、調(diào)節(jié)鉭塊壓制密度D ；
[0057]具體下調(diào)范圍為=D1 = 0.78D0, D0為標(biāo)稱(chēng)壓制密度。
[0058](2)、分級(jí)形成；具體步驟如下:
[0059]a、低壓段:電壓小于0.7倍形成電壓時(shí),米用體積百分含量為0.1%的HNO3溶液，室溫升壓；
[0060]b、升溫段:電壓達(dá)到0.7倍形成電壓后，提高形成溫度至91°C，并恒壓2h ；
[0061]C、高壓段:0.7?I倍形成電壓，將鉭芯子轉(zhuǎn)移至H3PO4水溶液中繼續(xù)形成，溫度調(diào)整為88°C ；
[0062]d、熱處理:熱處理溫度為365°C,熱處理時(shí)間為35min ；
[0063]e、高溫補(bǔ)形成:具體方法如下:將陽(yáng)極鉭塊浸入溫度為170°C、由磷酸和乙二醇混合而成的電解液中進(jìn)行電化學(xué)處理1.5小時(shí)，施加電壓為電容器額定電壓的1.4倍；所述電解液中磷酸的體積百分比濃度為12%、乙二醇溶液的體積百分比濃度為70%，其余為水；
[0064](3)、配制寬溫工作電解液；
[0065]具體配方:質(zhì)量百分比為42%的H2S04溶液+改性添加劑+消氫劑；其具體操作方法為:
[0066]向所述硫酸溶液中加入1/10倍重量去離子水的改性添加劑，配制成混合溶液；所述改性添加劑為乙二醇、乙二醇甲醚、甘露醇、丁二酸中的一種；向上述混合溶液中加入1/9倍重量去離子水的消氫劑，制得電解質(zhì)；所述消氫劑為對(duì)硝基苯甲酸銨、對(duì)硝基苯酚、對(duì)硝基苯甲醇中的一種；
[0067](4)、低溫貯存；_68°C條件下貯存4h ；
[0068](5)、高溫老煉；具體方法步驟為:
[0069]a、將封裝后的鉭電容器在室溫下用4V恒壓1.5h ；
[0070]b、升溫施壓階段1:將封裝后的鉭電容器的兩端在80°C的溫度下施加直流電壓，上電24h，施加的電壓為IUk，其中，Uk為鉭電容器額定電壓；
[0071]C、升溫施壓階段I1:將鉭電容器的兩端在120°C的溫度下施加直流電壓，上電3h，施加的電壓為0.65Ue；
[0072]d、升溫施壓階段II1:將鉭電容器的兩端在190°C的溫度下施加直流電壓，上電
1.5h，施加的電壓為0.55Ue ；
[0073]e、升溫施壓階段IV:將鉭電容器的兩端在225°C的溫度下施加直流電壓，上電2h，施加的電壓為0.45Ue；
[0074]f、自然冷卻:將鉭電容器在室溫下恢復(fù)5h ；
[0075]g、回溫施壓:將冷卻后的鉭電容器的兩端在80°C的溫度下施加直流電壓，上電24h，施加的電壓為1UK。
[0076]實(shí)施例3
[0077]一種高能寬溫鉭電容器制備方法，以CA38H型125V220UF為例，它包含以下步驟:
[0078](I)、調(diào)節(jié)鉭塊壓制密度D ；
[0079]具體下調(diào)范圍為=D1 = 0.83D。，D0為標(biāo)稱(chēng)壓制密度；[0080](2)、分級(jí)形成；具體步驟如下:
[0081]a、低壓段:電壓小于0.7倍形成電壓時(shí)，采用體積百分含量為0.1%的HN03溶液，
室溫升壓；
[0082]b、升溫段:電壓達(dá)到0.7倍形成電壓后，提高形成溫度至90°C，并恒壓Ih ；
[0083]C、高壓段:0.7~I倍形成電壓，將鉭芯子轉(zhuǎn)移至H3PO4水溶液中繼續(xù)形成，溫度調(diào)整為87V ；
[0084]d、熱處理:熱處理溫度為375°C，熱處理時(shí)間為45min ；
[0085]e、高溫補(bǔ)形成，具體方法如下:將陽(yáng)極鉭塊浸入溫度為170°C、由磷酸和乙二醇混合而成的電解液中進(jìn)行電化學(xué)處理1.8小時(shí)，施加電壓為電容器額定電壓的1.2倍；所述電解液中磷酸的體積百分比濃度為13%、乙二醇溶液的體積百分比濃度為58%，其余為水。
[0086](3)、配制寬溫工作電解液；
[0087]具體配方:質(zhì)量百分比為42%的H2S04溶液+改性添加劑+消氫劑；其具體操作方法為:
[0088]向所述硫酸溶液中加入1/9倍重量去離子水的改性添加劑，配制成混合溶液；所述改性添加劑為乙二醇、乙二醇甲醚、甘露醇、丁二酸中的一種；向上述混合溶液中加入1/10倍重量去離子水的消氫劑，制得電解質(zhì)；所述消氫劑為對(duì)硝基苯甲酸銨、對(duì)硝基苯酚、對(duì)硝基苯甲醇中的兩種按1:1.5的體積比配制而成；
[0089](4)、低溫貯存；_72°C條件下貯存5h。
[0090](5)、高溫老煉；具體方法步驟如下:
[0091]a、將封裝后的鉭電容器在室溫下用2V恒壓1.5h ；
[0092]b、升溫施壓階段1:將封裝后的鉭電容器的兩端在85°C的溫度下施加直流電壓，上電12h，施加的電壓為IUk，其中，Uk為鉭電容器額定電壓；
[0093]C、升溫施壓階段I1:將鉭電容器的兩端在125°C的溫度下施加直流電壓，上電2h，施加的電壓為0.64Ue ；
[0094]d、升溫施壓階段II1:將鉭電容器的兩端在200°C的溫度下施加直流電壓，上電
2.5h，施加的電壓為0.57Ue ；
[0095]e、升溫施壓階段IV:將鉭電容器的兩端在230°C的溫度下施加直流電壓，上電2h，施加的電壓為0.5Ue；
[0096]f、自然冷卻:將鉭電容器在室溫下恢復(fù)IOh ；
[0097]g、回溫施壓:將冷卻后的鉭電容器的兩端在85°C的溫度下施加直流電壓，上電12h，施加的電壓為1UK。
[0098]選取75V1000l.! F規(guī)格的電容器分別采用現(xiàn)有技術(shù)和按照實(shí)施I進(jìn)行制備后，在200°C下、經(jīng)1000h工作試驗(yàn)后，從中抽取5只電容器進(jìn)行電參數(shù)對(duì)比，對(duì)比結(jié)果見(jiàn)表一。
[0099]表一
[0100]
【權(quán)利要求】
1.一種高能寬溫鉭電容器制備方法，其特征在于:它包含以下步驟: (1)、調(diào)節(jié)鉭塊壓制密度D; 具體下調(diào)范圍為:0.7D0≤D1≤0.9?，其中Dtl為標(biāo)稱(chēng)壓制密度； (2)、分級(jí)形成；具體步驟如下: a、低壓段:電壓小于0.7倍形成電壓時(shí)，采用體積百分含量為0.1%的HNO3溶液，室溫升壓; b、升溫段:電壓達(dá)到0.7倍形成電壓后，提高形成溫度至90±2°C，并恒壓Ih~2h ; C、高壓段:0.7~I倍形成電壓，將鉭芯子轉(zhuǎn)移至H3PO4水溶液中繼續(xù)形成，溫度調(diào)整為85±3°C ； d、熱處理:熱處理溫度為300°C~400°C，熱處理時(shí)間為20min~60min； e、高溫補(bǔ)形成:將經(jīng)過(guò)硫酸浸泡的陽(yáng)極鉭塊浸入溫度為160°C~180°C、由磷酸和乙二醇混合而成的電解液中進(jìn)行電化學(xué)處理Ih~2h，施加電壓為電容器額定電壓的1.1~1.4倍; (3)、配制寬溫工作電解液； 具體配方為:質(zhì)量百分比為42%的H2S04溶液+改性添加劑+消氫劑； 其中改性添加劑為乙二醇、乙二醇甲醚、甘露醇、丁二酸中的一種，或者由乙二醇、乙二醇甲醚、甘露醇、丁二酸中的兩種按1:1~1:1.5的體積比配制而成；消氫劑為對(duì)硝基苯甲酸銨、對(duì)硝基苯酚、對(duì)硝基苯甲醇中的一種，或者由對(duì)硝基苯甲酸銨、對(duì)硝基苯酚、對(duì)硝基苯甲醇中的兩種按1:1~1:1.5的體積比配制而成； (4)、低溫貯存:_68±2°C條件下貯存2h~5h; (5)、高溫老煉。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高能寬溫鉭電容器制備方法，其特征在于:所述電解液中磷酸的體積百分比濃度為1%~15%、乙二醇溶液的體積百分比濃度為50%~70%，其余為水。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高能寬溫鉭電容器制備方法，其特征在于:所述步驟(5)中的高溫老煉包括如下方法步驟: (1)、將封裝后的鉭電容器在室溫下用2V~5V恒壓； (2)、升溫施壓階段1:將封裝后的鉭電容器的兩端在80°C~90°C的溫度下施加直流電壓，上電12h~24h，施加的電壓為IUk，其中，Uk為鉭電容器額定電壓； (3)、升溫施壓階段I1:將鉭電容器的兩端在120°C~130°C的溫度下施加直流電壓，上電Ih~3h，施加的電壓為0.62~0.65Ue ； (4)、升溫施壓階段II1:將鉭電容器的兩端在190°C~205°C的溫度下施加直流電壓，上電1.5h~3h，施加的電壓為0.55~0.6Ue ； (5)、升溫施壓階段IV:將鉭電容器的兩端在225 V~230 V的溫度下施加直流電壓，上電1.5h~2h，施加的電壓為0.45~0.52Ue ； (6)、自然冷卻:將鉭電容器在室溫下恢復(fù)5h~12h； (7)、回溫施壓:將冷卻后的鉭電容器的兩端在80°C~90°C的溫度下施加直流電壓，上電12h~24h，施加的電壓為IUro
【文檔編號(hào)】H01G13/00GK104008899SQ201410197768
【公開(kāi)日】2014年8月27日 申請(qǐng)日期:2014年5月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月12日
【發(fā)明者】鄢波, 陽(yáng)元江, 張選紅, 方鳴, 肖毅 申請(qǐng)人:中國(guó)振華（集團(tuán)）新云電子元器件有限責(zé)任公司