[發明專利]一種高比容低壓鋁電解電容器及其制備方法

有效

• 申請號: 201310710685.4
• 申請日: 2013-12-20
• 公開（公告）號: CN103680978B
• 公開（公告）日: 2017-04-19
• 發明（設計）人: 宋曄;呂惠玲;曹劉;朱緒飛
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: H01G9/042
• 分類號: H01G9/042;H01G9/145
• 代理公司: 南京理工大學專利中心32203
• 代理人: 朱顯國

技術領域

本發明屬于電化學儲能器件領域，涉及鋁電解電容器制備，特別涉及一種高比容低壓鋁電解電容器及其制備方法。

背景技術

鋁電解電容器由于價格低廉、比容量高而在各種電子設備中廣泛應用，是近二十年來發展速度最快和最重要的電子元件之一。這種電容器一般是由陽極鋁箔、電解紙、陰極鋁箔、電解紙等4層重迭卷繞而成。當卷繞得到的電容器芯子含浸電解液后，用鋁殼和膠塞密封起來就構成一個電解電容器。芯子中的電解紙則是起吸附工作電解液和襯墊隔離的作用。鋁電解電容器的結構決定了其電容（C）實際上由陽極鋁箔電容（C_a）和陰極鋁箔電容（C_c）串聯而成，亦即鋁電解電容器的電容量由下式決定：

通常情況下，C_c遠大于C_a，因此電容器電容量主要由陽極鋁箔電容決定。例如對于高壓電解電容器而言，其陽極鋁箔比容較低，陰極鋁箔的比容比其至少高一個數量級，因此電容器電容量約等于陽極鋁箔電容量。但是，對于低壓電解電容器而言，其陽極鋁箔比容很高，例如可高達200μF/cm²，已經接近陰極鋁箔的比容，此時陰極鋁箔的電容量對電解電容器的電容量影響就非常明顯。目前，陰極腐蝕鋁箔的最高比容約為500μF/cm²（厚度50μm），如果和200μF/cm²的陽極鋁箔構成電容器，則由（1）式可知：其比容衰減為143μF/cm²。可見，若要提高低壓鋁電解電容器比容，必須進一步增加陰極鋁箔的比容。然而，陰極鋁箔比容的增加途徑主要通過腐蝕擴大鋁箔有效面積，目前這種提高比容的方法已經接近極限，若想再大幅提高十分困難。因此，找到一種超高比容的陰極材料是解決問題的關鍵。目前，提高鋁箔陰極比容的主要方法是：以腐蝕鋁箔或光箔為基材，在其表面采用磁控濺射或真空蒸發的方法鍍覆一層碳、鈦、氮化鈦或碳氮化鈦等導電顆粒材料（專利公開號：CN101093751A、CN101752091A和CN101923961A），增大鋁箔的有效表面積，從而提高陰極復合鋁箔的比容量。然而，這類方法工藝復雜，所需設備昂貴，制備成本高，而且很難保證導電材料與鋁箔基體的緊密粘附。

發明內容

本發明的目的在于提供一種高比容低壓鋁電解電容器及其制備方法，采用氧化鈦納米管陣列電極代替陰極鋁箔作為電解電容器陰極，與陽極鋁箔構成低壓電解電容器。

實現本發明目的的技術解決方案為：一種高比容低壓鋁電解電容器，所述電容器陰極為鈦箔，其上設置氧化鈦納米管陣列膜，所述陽極為高比容低壓賦能鋁箔。

一種高比容低壓鋁電解電容器的制備方法，通過恒壓陽極氧化法在鈦箔上制備氧化鈦納米管陣列膜，以此作為電解電容器陰極，以高比容低壓賦能鋁箔作為陽極，包括以下步驟：

1.對鈦箔進行化學拋光以去除表面天然氧化膜,然后在去離子水中超聲清洗拋光后的鈦箔；

2.以拋光后的鈦箔為工作電極，碳棒為對電極的兩電極體系中進行陽極氧化，電解液是0.5wt%NH₄F和2vol%H₂O的乙二醇溶液；

3.采用二次陽極氧化法制備高度有序的氧化鈦納米管陣列：一次氧化在20℃恒壓60V下氧化5-10min,然后超聲15min去除一次氧化膜,而后用去離子水清洗干凈；再于同樣條件下二次氧化5-10min；最后,對得到的氧化鈦納米管膜進行退火處理,采用2℃·min^-1的升溫速率升至500℃,保溫5h后自然冷卻，即得氧化鈦陰極；

4.將上述氧化鈦陰極與賦能陽極鋁箔組合制備高比容低壓鋁電解電容器。

第一步中所述的化學拋光時間為60s；所述的拋光液組成為HF:HNO₃:H₂O=1:1:2(v)。

第四步中所述的陽極鋁箔的比容為大于90μF/cm²；所述的低壓為6.3-16V。