張澤權

摘 要：因為鋁電解電容器存在體積小、成本低但存儲電量高等優(yōu)勢，所以被廣泛應用于各種電子設備中，而近幾年，隨著經濟的發(fā)展，人們對于鋁電解電容器的成本、阻抗、比容等要求也隨之提高，這些都對鋁電容的性能提出了極大的考驗。本文將對提高鋁電容的技術進行分析，尋找鋁電容的發(fā)展方向。

關鍵詞：鋁電容；高比容；技術

隨著消費電子行業(yè)的興起，鋁電解電容器同樣得到了長足的發(fā)展，并逐漸呈現(xiàn)出節(jié)能、變頻、新能源等特點，這種迅猛的發(fā)展，對新材料的需求也愈加迫切。

現(xiàn)階段，電子產品呈現(xiàn)出輕薄化、小型化、組裝高密度化等特點，為適應這種趨勢，鋁電解電容器必須盡量縮小體積、延長壽命、增加容積。為適應電子整機不斷向小型化、高密度組裝化方向迅速發(fā)展，鋁電容必須進一步縮小體積、提高比容、延長壽命、高頻低阻抗。本文將從鋁電容的陽極箔和工作電解液方面探討鋁電容的大電容實現(xiàn)方法。

一、陽極箔技術的研究

鋁電解電容器分為陰陽極鋁箔、浸以飽和電解質糊體的紙張、鋁殼及膠蓋，若鋁電容的總容量為 C，陽極的容量為 CA，負極的容量為Cc，則 1/C = 1/CA+ 1 / Cc。因為陽極鋁箔表面氧化膜的厚度大于陰極，所以陽極箔和電解質糊體組成的電容CA遠小于陰極箔和電解質糊體構成的電容Cc，所以，要想提高鋁電解電容器的電容量首先應當增大陽極箔的比表面積。

鋁電解電容器的容量：C = ε0εrS/d，由公式得知，要增大陽極箔的比表面積的方法有：（1）提高電介質的相對介電常數(shù)；（2）擴大陽極箔表面積；（3）將電介質層的厚度d減小，而 d =KVf，K是單位陽極氧化電壓的氧化膜厚度，是材料自身的性質，為常數(shù)。增大表面積主要靠電化學腐蝕擴面，但因為這個過程存在諸多因素，受到物理極限的限制，所以倍率的增長速度緩慢。和常規(guī)鋁陽極氧化膜比較，陽極氧化膜中，用閥金屬氧化物形成的高階電相摻雜閥金屬的氧化膜，有可能會使鋁電容得到大幅度提升。目前多是采用 sol-gel 法對鐵電材料復合鋁電極箔進行制備，用水解沉積法和電化學沉積法對閥金屬氧化物復合鋁電極箔進行制備。

1、sol-gel法

Sol-gel法擁有以下優(yōu)勢：即可實現(xiàn)低溫處理、可以高效的為襯底材料提供薄膜特性、能夠對具有較大面積和復雜表面形貌的襯底材料進行涂覆。

Wannabee 、西安交通大學徐友龍、杜顯鋒等、上海交通大學王銀華等都利用sol-gel法對復合材料的電容性進行了實驗，這一系列的研究都實現(xiàn)了復合材料的高電容。

但是利用sol-gel法處理的鋁電極箔需要經過長時間的干燥以除去表面的溶劑，并反復浸漬、干燥數(shù)周才能取得較好的效果，且由于部分有機體系與鋁基體表面存在浸潤性問題，故而無法對成膜的均勻性有保證。

2、水解沉積法

水解沉積法是利用焊有閥金屬的鹽溶液，高溫處理和水解沉積，將Al2O3和閥金屬氧化物進行復合，陽極氧化后，在鋁電極箔表面生成高介電常數(shù)的復合氧化膜的技術。

由于水解沉積法的工藝實現(xiàn)方案與工業(yè)生產線兼容，所以極力推廣。

3、電化學沉積法

電沉積技術是在外加電壓下，利用電解質中的陰離子在陰極可以還原為電子的原理，將原有電解質中的離子還原為原子使之形成沉積層。這種工藝因為簡單、適合大規(guī)模生產、成本低、易于控制薄膜的厚度和結構，所以與其他方法相比在薄膜制備領域有廣闊的發(fā)展前途。

二、工作電解液的研究

工作電解液是電容的實際陰極，能夠對鋁陽極氧化膜進行修補，并提供氧離子，直接關系到產品質量。要研究大容量超高壓鋁電容，電溶液的配置是最關鍵的技術，工作電解液的化學性質應當穩(wěn)定，并且擁有較高的閃火電壓、較高的氧化效率，比較小的電阻率等性能。為防止對鋁箔和密封材料的腐蝕，應當保證pH 值接近中性。

鋁電容工作中的電解液，主要由溶劑、溶質、添加劑共同組成，溶質的主要功能是為電解液導電并在氧化過程中提供離子。溶劑在離子溶劑化的過程中起到重要作用，同時決定了電容器工作溫度的范圍及碘溶液的電導率，直接影響到閃火電壓。添加劑的作用是改善電解液的某些性能，雖然用量極少， 但對增強電容器電性能的影響卻極大。

在鋁電容中常用的電解液成分主要有以下幾種：

（1）溶劑：含氧弱酸、硼酸、五硼酸銨等無機鹽和有機酸。有機酸氧化能力比較強，但離解度較低，不容易和有機胺中和，電解液的含水量比較高，閃火電壓低。有機酸不含硼、介電性好，用量比較少，電離度高，其酸性較無機酸低，不容易氧化鋁氧化膜，但閃火電壓較低。

（2）溶質：將硼酸改成五硼酸銨后，電解液中的含水量減少，閃火電壓得到提高。有機酸有很多，關于溶質要根據(jù)具體的電壓來選擇。

（3）溶劑：堿，包括無機堿（氨水）和有機胺。和氨水比較，有機胺的含水量非常少，堿性明顯增強。

（4）溶質：在實踐中，溶質常常為有機胺，低壓電容器中用的胺分子較小，中高壓電容器中用的胺分子較大。

（5）普通鋁電容使用液體電解質， 存在著液體電解質的等效串聯(lián)電阻（ESR）大、難以適應信息技術向高頻化發(fā)展趨勢、高頻下阻抗值大、性能受溫度的影響大、在高溫下性能極不穩(wěn)定、電阻率隨溫度的下降急劇上升，限制了電容器在極端溫度下的使用等缺點。以上缺點導致其性能與應用范圍受到了限制。

利用導電聚合物作為實際陰極的固體鋁電容不僅克服了上述缺點，還效延長了電容的壽命提高了其性能。首先因為導電聚合物為固體，不必擔心會出現(xiàn)工作電解液泄露或干涸，提高了鋁電容的工作壽命；其次因為導電聚合物為電子型導體，其電導率遠大于離子型導體工作電解液的電導率，因此可極大改善電容的阻抗頻率特性，使之具有高頻低阻抗的特點。

目前主要有聚吡咯型（PPY）、7，7，8，8--四氰基對苯二醌二甲烷（TCNQ） 復鹽型、導電聚苯胺型和聚（3，，4--次乙二氧基噻吩）型（PEDOT）這四類固體鋁電解電容器。前兩種已經實現(xiàn)商品化，，后兩種還處于開發(fā)研究階段，而其中PEDOT最具發(fā)展?jié)摿Α?/p>

結束語：實踐中，鋁電解電容器技術得到了長足發(fā)展，尤其是片式化技術、高比熔電極箔及電解質固體化技術，明顯推動了鋁電解電容器技術的發(fā)展。本文從電極箔和電解液方面分析了實現(xiàn)鋁電容大電容的相關技術上的可能，尋找大電容鋁電容的實現(xiàn)方法，期待與專業(yè)人士的共探討。

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