低壓鋁電解電容器用高性能陽極氧化膜研究.pdf

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

2、腐蝕箔作為研究的基體材料，通過兩種技術途徑來提高鋁電極箔的比容，研究了制備高性能Al-Ti復合氧化膜的陽極氧化條件，對氧化膜的耐電壓特性進行了探討，并采用新型耐水合劑提高了氧化膜的耐水合性。論文的主要研究內(nèi)容及創(chuàng)新性結(jié)果歸納如下： 1.針對鋁電極箔的特殊表面形貌，確立了氧化膜的Ⅰ-Ⅴ特性測試體系及方法，并首次采用氧化膜場助溶解過程中的耐受電壓測試法來表征氧化膜的微觀結(jié)構(gòu)。研究結(jié)果表明，相對于MIM結(jié)構(gòu)，采用MIE結(jié)構(gòu)進行氧化膜的

3、Ⅰ-Ⅴ特性測試更能反映氧化膜的電導特性，己二酸銨-乙二醇溶液適宜作為MIE測試體系的接觸電解液；氧化膜溶解過程中的耐受電壓測試法簡捷方便，能很好地反映出氧化膜的膜層結(jié)構(gòu)信息。 2.對軟質(zhì)交流腐蝕箔、直-交流腐蝕箔及硬質(zhì)交流腐蝕箔進行對比研究，確定腐蝕箔的種類以作為本論文研究的基體材料，實驗發(fā)現(xiàn)軟質(zhì)交流腐蝕箔在較長電壓段范圍內(nèi)表現(xiàn)出良好性能。鋁腐蝕箔在磷酸-鉻酸溶液或胺類溶液中浸漬，再經(jīng)高溫熱處理及陽極氧化后，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時鋁電極箔的比容增長率約35﹪。 3.首次提出通過水解沉積-陽極氧化方法制備高介電常數(shù)的Al-Ti復合氧化膜，大幅度地提高了鋁電極箔的比容。目前該技術已獲國家發(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時可增加約42﹪，鋁電極箔的抗拉強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，同時降低了復合氧化膜的漏電流。 4.系統(tǒng)地研究了陽極氧化電流密度、溫度及電壓對Al-Ti復合氧化膜微結(jié)構(gòu)及電性能的影響。實驗結(jié)果表明：隨陽極氧化電流密度增大，氧化膜的耐電壓值呈上升趨勢；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℃陽極氧化所形成的復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。當陽極氧化電壓大于70V時，Al-Ti復合氧化膜的介電性能變差；50Vf所形成氧化膜的電導機制，在低電場強度下表現(xiàn)為歐姆特性，高電場強度下為肖特基發(fā)射，而80Vf所形成的氧化膜在中電場強度區(qū)其電導表現(xiàn)為空間電荷限制電流。 5.首次基于點缺陷模型推導出了氧化膜耐電壓測試過程中的生長動力學方程，并對耐電壓測試過程中所

7、出現(xiàn)的電壓尖峰進行了理論解釋。耐電壓測試過程作為一個恒定小電流下的陽極氧化過程，氧化膜的生長動力學可以用公式V=aln(ct1/2)-b來表示；耐電壓測試開始后的短時間內(nèi)為氧化膜的極化過程，在此過程中空位點缺陷形成極化電阻，之后隨陽極氧化過程的進行空位點缺陷逐漸湮滅，因此在氧化膜耐電壓測試曲線上出現(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