[發明專利]電容器用鉭粉的制備方法

有效

• 申請號: 200910148628.5
• 申請日: 2009-06-25
• 公開（公告）號: CN101574741A
• 公開（公告）日: 2009-11-11
• 發明（設計）人: 施文鋒;陳學清;李勇;習旭東;郭濤
• 申請（專利權）人: 寧夏東方鉭業股份有限公司
• 主分類號: B22F9/20
• 分類號: B22F9/20;H01G9/042
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所
• 代理人: 李 帆

技術領域

本發明涉及適于電容器用鉭粉的制備方法，特別涉及用稀土金屬或其氫化物還原鉭的氧化物制取鉭粉的方法。

現有技術

近年來隨著電子裝置和電子線路小型化和提高頻率的要求，不斷要求鉭電容器提高比容和降低等效串聯電阻(ESR)。這就要求鉭粉要越來越細且粒度要均勻，從而提高鉭粉的比容。為了不斷提高鉭粉的比容，對鉭粉的制備方法的研究也越來越多。

眾所周知，氟鉭酸鉀鈉還原是制造金屬鉭粉最普遍使用的方法。使用此方法，鉭粉的物理性質，例如粒度和比表面積是通過加入惰性鹽類如KCl、NaCl、KF、NaF進行控制。增大惰性鹽類的含量時會使獲得的鉭粉變細，即增大形成金屬的表面積。但是還原過程中鉭金屬的生產能力則隨著惰性鹽類濃度的增加而相應降低。一般來說，用氟鉭酸鉀攪拌鈉還原法產生比容為100,000uFV/g以下的電容器粉末是比較經濟的。如果要制成初始粒度更細的鉭粉，這就需要提高稀釋劑的比例和/或提高攪拌速度，以導致較小程度的團聚，這就使得反應過程更難控制，生產成本大幅度提高。另外，該方法產生高賦能電壓鉭粉，這種鉭粉的電性能不理想。

另外，也有專利提出用堿金屬、堿土金屬和它們的氫化物還原鉭的氧化物制取鉭粉。然而，這類反應是放熱反應，反應時放出大量的熱，并產生高溫。氧化物和堿金屬或堿土金屬直接接觸，反應時間非常短，放熱量大，為不可控反應。鉭粉的粒徑是由還原溫度決定的，由于不能完全控制反應溫度，就很難再現性得到具有適合制造電容器的粒徑的粉末。美國專利US?6136062公開了一種通過用金屬鎂還原氧化鈮、氧化鉭制取金屬鈮粉、鉭粉的方法：在第一階段，使用按照化學計量1.25-5倍的還原劑進行還原，進行到平均組成相應于(Nb、Ta)O_X(X＝0.5-1.5)，用酸洗去除多余的還原金屬和反應生成的還原金屬的氧化物后再進行第二次還原。用這種方法雖然可制備較大比表面的鉭粉，然而這種方法的缺點是使用的還原劑太多，在酸洗時所需使用的酸量也大。此外，由于該方法包括兩次還原，而且第一次還原需要嚴格控制還原程度，因此該方法工藝復雜且效率不高。

中國專利CN?1425542A公開了一種用堿金屬或堿土金屬分兩階段還原鉭的氧化物制取鉭粉的方法。但是該方法對設備的抗腐蝕性能要求非常高。

日本專利特開2003-129115公開了一種用堿金屬、堿土金屬和/或稀土金屬分兩階段還原鉭的氧化物制取鉭粉的方法。其第一階段基本使用堿金屬和/或堿土金屬進行蒸氣還原，第二階段采用稀土金屬液相還原由第一階段產生的鉭的低價氧化物。但是，其第一階段的控制仍相當復雜。因而這種制取超高比容鉭粉的方法還不是非常成功。

中國專利CN1449879A公開了一種制取納米級鉭粉的方法，其中將五氯化鉭和一種還原劑(如鈉)在低于氨的液化溫度(-34℃)下，部分或全部溶解在液氨中，然后將溶解有五氯化鉭的液氨溶液和溶解有還原劑的液氨溶液進行混合，從而反應生成納米級鉭粉末，后經分離提純，得到較純凈的納米級(20～60nm)鉭粉末。而后經過一系列處理措施得到可以在空氣中穩定存在的鉭粉末。但是由此方法制得的鉭粉末中氧、氮、鈉三種雜質含量高，且操作復雜，成本高，因而無法進行工業化生產。

因此本領域中仍需要具有均勻粒度、低氧含量以及高比容的電容器用鉭粉。

發明內容

本發明通過用稀土金屬或其氫化物還原鉭的氧化物制取鉭粉實現了上述目的。本發明的方法也適用于鈮、釩金屬粉末的制備。

本發明提供了一種通過三步還原法還原氧化鉭制備電容器用超高比容鉭粉的方法，所述方法包括以下步驟：

(1)第一還原步驟：將氧化鉭粉末與第一還原劑的粉末混合均勻，而后在氫氣和/或惰性氣體或真空氣氛中進行還原反應，獲得鉭的低氧化態粉末；其中所述第一還原劑選自稀土金屬、稀土金屬氫化物以及它們的混合物；

(2)第二還原步驟：將步驟(1)中經除雜后的鉭的低氧化態粉末與第二還原劑的粉末混合均勻，而后在氫氣和/或惰性氣體或真空氣氛中進行還原反應，獲得高氧鉭粉；其中所述第二還原劑選自稀土金屬、稀土金屬氫化物以及它們的混合物；

(3)第三還原步驟：將步驟(2)中經除雜后的高氧鉭粉與第三還原劑的粉末混合均勻，而后在氫氣和/或惰性氣體或真空氣氛中進行還原反應，得到適合電容器用的鉭金屬粉末；其中所述第三還原劑是鎂或鎂合金；

其中在每一還原步驟之后從反應產物中除去還原劑的氧化產物以及殘留的還原劑。