[發明專利]一種具有自修復功能的固態薄膜電容器及其制備方法

有效

• 申請號: 201710135137.1
• 申請日: 2017-03-08
• 公開（公告）號: CN107026018B
• 公開（公告）日: 2019-03-01
• 發明（設計）人: 姚曼文;馮倩;蘇振;尤思遠;姚熹
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: H01G4/33
• 分類號: H01G4/33;H01G4/10;H01G4/06;H01G4/00
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 蔣亮珠

本發明涉及一種具有自修復功能的固態薄膜電容器及其制備方法，該電容器包括襯底基片(1)、下部電極(2)、活性玻璃摻雜氧化鋁薄膜(3)、上部電極(4)，所述的下部電極(2)涂覆在襯底基片(1)表面上，所述的活性玻璃摻雜氧化鋁薄膜(3)設置在上部電極(4)和下部電極(2)之間。與現有技術相比，本發明具有結構和制備工藝簡單，介電性能好，能夠實現自修復，儲能密度高，而且采用的是固態薄膜作為電介質，內部不存在電解液，因而使用安全可靠等優點。

技術領域

本發明屬于電容器制備技術領域，涉及一種具有自修復功能的固態薄膜電容器及其制備方法。

背景技術

在電容器的制造和使用過程中，介質膜不可避免地會出現各種各樣的缺陷，實現介質膜在強場下工作的關鍵技術之一是電介質的缺陷自愈或自修復。傳統具有自修復功能的電容器有鋁電解電容器、鉭電解電容器及金屬化薄膜電容器等。

鋁電解電容器是以電解質作為陰極，在外加電壓的作用下，非固體電解質中的O^2-快速地被輸運到缺陷處與從鋁基底電離出來的Al³⁺結合，在氧化膜破壞處重新形成氧化膜，使電容器恢復正常工作能力，這種能力稱為電解電容器的自愈或自修復作用。鉭固態電容器的自愈作用主要是在五氧化二鉭膜的缺陷處流過大電流而產生高熱，使作為陰極的MnO₂材料分解為高阻的Mn₂O₃，同時釋放出氧使金屬鉭氧化形成氧化膜，將缺陷堵塞，進而修復缺陷造成的影響。金屬化薄膜電容器即是在聚酯薄膜的表面蒸鍍一層金屬膜代替金屬箔作為電極。當電極的微小部份因為電介質脆弱而引起短路時，引起短路部份周圍的電極金屬，會因當時電容器所帶的靜電能量或短路電流，而引發更大面積的溶融和蒸發而恢復絕緣，使電容器再度恢復電容器的作用。

電解電容器的自愈特性僅僅是修復電解電容器的局部微小的弱點，對于重大缺陷，如出現大的漏電流，發生擊穿等，則電容器失效不可避免。對于鋁電解電容器，其電容量低，體積龐大，需要電解液實現其缺陷自修復。然而正是由于這些電解液的存在使電容器的安全性和可靠性受到很大影響，如電解液的泄漏問題；在電解電容器長時間工作后，電解液引起的電容器爆炸問題；電解電容器中，電解液及其保護裝置占據大量空間，極大的限制了其儲能密度的提高等問題；隨著鋁電解電容器中電解液干涸，鋁電解電容器的負極面積會大大減小，同時正負電極的距離也隨之增大，而且這個增加不再是介電常數高的氧化鋁，這樣鋁電解電容器的電容量將大大下降而失效，使鋁電解電容器存在壽命短的問題。鉭固態電容器因采用固態的MnO₂作為電解質，安全和穩定性都比電解電容器好，但其價格昂貴，電容量較小，應用范圍有限，而且在鉭電容器中MnO₂占據的體積比較大，這樣會限制其自身儲能密度的提高。金屬化薄膜電容器也有其固有缺陷：一是由于金屬化電容在長期工作條件中易出現容量丟失以及自愈后會導致容量減小；另一缺點為耐受大電流能力較差，這是由于金屬化膜層比金屬箔要薄很多，承載大電流能力較弱。

此外，中國專利CN103971933A公開了一種固態薄膜電容器及其制備方法，這種電容器利用活性氧化鋁薄膜在強場下活躍的離子輸運(特別是電介質缺陷處附近的離子更為活躍)，將離子輸運至缺陷附近的電極界面實現陽極氧化，進而實現了缺陷處的自修復。與鋁電解電容器不同，此種電容器中不存在液態電解質，而是采用具有電解質作用的活性氧化鋁固態薄膜作為陽極氧化中氧的提供方，避免了電解液存在帶來的問題，但是該電容器需要在氧化鋁膜與電極之間再生成一種阻擋型的氧化膜進行修復，因此就限制了電極需要是具有陽極氧化功能的閥金屬等，因而極大限制了其應用條件。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種具有自修復功能的固態薄膜電容器及其制備方法。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：一種具有自修復功能的固態薄膜電容器，其特征在于，該電容器包括襯底基片、下部電極、活性玻璃摻雜氧化鋁薄膜、上部電極，所述的下部電極涂覆在襯底基片表面上，所述的活性玻璃摻雜氧化鋁薄膜設置在上部電極和下部電極之間。