液體鉭電解電容器的生產(chǎn)工藝與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分析

馬 坤

（中色〈寧夏〉東方集團(tuán)有限公司 寧夏 銀川 750011）

0 引言

電容器作為三大無源元件之一，具有隔直流通交流的功能。而電解電容器是電容器種類中的一大類，以其體積小和電容量大，在耦合、旁路、濾波、能量轉(zhuǎn)換等電子線路中占有重要的地位。

1 液體鉭電解電容器的生產(chǎn)工藝

1.1 鉭塊的成型與燒結(jié)

鉭粉的成型過程包括稱料（量料）、裝膜、壓制（上、下壓）、脫膜。采用自動(dòng)成型，模具的形狀決定了鉭塊的形狀，只要根據(jù)需要，裝好模具，再調(diào)整好壓制密度所需要的壓強(qiáng)，四步工作就可以連續(xù)進(jìn)行。為了改善鉭粉的流動(dòng)性，使壓制密度分布均勻，通常需要在鉭粉中添加適當(dāng)?shù)恼澈蟿?/p>

1.2 無定形Ta2O5介質(zhì)氧化膜的形成工藝

對(duì)于液體鉭電解電容器而言，無定形Ta2O5介質(zhì)氧化膜的形成工藝（又稱賦能工藝）就是采用電化學(xué)方法在鉭芯表面形成一層厚度僅為幾十納米到幾百納米的Ta2O5介質(zhì)膜作為電容器的介質(zhì)層。這一步工藝是鉭電解電容器生產(chǎn)中的核心工藝，也是鉭電解電容器區(qū)別于其它電容器的顯著不同之處。

1.3 浸漬電解質(zhì)和凝膠電解質(zhì)的配制

液體鉭電解電容器的工作電解質(zhì)包括浸漬電解質(zhì)和凝膠電解質(zhì)兩種，其中又以浸漬電解質(zhì)為主，凝膠電解質(zhì)配方的酸度要與浸漬電解質(zhì)配方相對(duì)應(yīng)。為了使產(chǎn)品具有符合要求的電性能，對(duì)浸漬電解質(zhì)提出了一系列要求，例如:浸漬電解質(zhì)要具有良好的浸潤(rùn)性，在工作中能不斷提供修補(bǔ)介質(zhì)氧化膜的電化學(xué)能力，其電導(dǎo)率和黏度在規(guī)定的溫度范圍內(nèi)的變化要小而平穩(wěn)，飽和蒸汽壓要低等等。為了滿足這一系列要求，我們需通過實(shí)驗(yàn)優(yōu)選出適當(dāng)?shù)呐浞?。由于配置過程一般為放熱過程，故須將配好的電解質(zhì)進(jìn)行冷卻處理并攪拌均勻以獲得成分均一的電解質(zhì)。

1.4 鉭芯的浸漬及凝膠電解質(zhì)注入

鉭芯的浸漬是將鉭芯浸入浸漬電解質(zhì)。鉭芯通過氧化膜多孔性吸附作用吸著浸漬電解質(zhì)。需要注意的是在浸漬前必須烘干鉭芯中的水分，這種水分是指鉭芯吸附空氣中含有鹽分和塵埃等雜質(zhì)的水。浸漬的方法分為手工浸漬、真空浸漬和加壓浸漬三種。

注入凝膠電解質(zhì)前須用玻璃棒將冷卻的凝膠電解質(zhì)進(jìn)行攪拌至具有流動(dòng)性，然后選用適當(dāng)?shù)淖⑸溽樄艹槿∫欢康哪z電解質(zhì)注入到銀殼內(nèi)部，最后將浸漬好的鉭芯裝入。這樣，鉭芯與銀外殼之間的空隙便由凝膠電解質(zhì)填滿，從而在一定程度上起到密封和防止漏液的作用。

1.5 裝配與封裝

對(duì)于全密封結(jié)構(gòu)的鉭電容器，是將陽(yáng)極鉭塊上的鉭絲穿過聚四氟乙烯和橡皮熱圈，然后把鉭芯在聚四氟乙烯下墊片的固定下裝配到注有凝膠電解質(zhì)的銀外殼之中。在銀外殼上與橡皮環(huán)等高的位置進(jìn)行壓槽固定，并穿置玻璃粉絕緣子，之后依次進(jìn)行卷邊、絕緣子與銀外殼間的邊焊、絕緣子上的鉭管與穿過其間鉭絲的高溫氬弧球焊和陽(yáng)極引線對(duì)焊。

1.6 老練與檢測(cè)

裝配好的電容器需要進(jìn)行在一定的溫度環(huán)境下對(duì)電容器施加某一大于額定電壓的電壓，經(jīng)過一定時(shí)間的老練，可以修補(bǔ)前面工藝造成的氧化膜損傷，使電容器電性能趨于穩(wěn)定。對(duì)老練后的產(chǎn)品檢測(cè)其電性能，剔除具有明顯外觀缺陷，漏電流過大、耐壓強(qiáng)度低的產(chǎn)品，以提高電容器的可靠性。

2 液體鉭電解電容器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

相對(duì)于其他類型的電容器，液體鉭電解電容器的結(jié)構(gòu)有三個(gè)顯著特征:

2.1 液體鉭電解電容器的工作介質(zhì)是在鉭芯表面上所生成的一層極薄的Ta2O5膜，此層介質(zhì)氧化膜和金屬鉭結(jié)合成一個(gè)整體，不能單獨(dú)存在。

2.2 液體鉭電解電容器的陽(yáng)極是電容器中生成介質(zhì)氧化膜的金屬鉭，使電容器接入電路中應(yīng)用時(shí)的正極。

2.3 液體鉭電解電容器的實(shí)際陰極是工作電解質(zhì)，包括浸漬電解質(zhì)（液體）和凝膠電解質(zhì)（凝膠）。為了使陰極能夠與外部相連接，又以另一金屬外殼與電解質(zhì)相接觸，這是液體鉭電解電容器接入電路時(shí)的負(fù)極，僅起引出陰極的作用。

3 液體鉭電解電容器的結(jié)構(gòu)

3.1 鉭芯和介質(zhì)氧化膜

鉭芯是液體鉭電容器的陽(yáng)極，是由鉭粉通過壓制燒結(jié)等工藝制成的圓柱體。在此圓柱體的一端圓心處引出一根鉭絲，用以接入電路的正極。燒結(jié)時(shí)的開孔率很大程度上影響著鉭電容器的電容量及損耗。

鉭芯表面上經(jīng)過賦能形成厚度大約為幾十到幾百納米的Ta2O5氧化膜層，該氧化膜層以無定型態(tài)存在，使得鉭芯表面有大量的蜂窩狀空隙。這層氧化膜是電解電容器的心臟部分，它的質(zhì)量關(guān)系到電容器性能的優(yōu)劣，特別是漏電流的大小。

3.2 銀外殼

液體鉭電解電容器通常采用高純度銀外殼作為電容器引出陰極，是電容器接入電路時(shí)的負(fù)極。未經(jīng)處理的銀外殼內(nèi)表面積小，使得電容量不易被引出，因此要增大陰極表面積。解決這個(gè)問題可以通過化學(xué)或者電化學(xué)腐蝕的方法，如硫酸、硝酸等，但是這些腐蝕劑氧化性過強(qiáng)，腐蝕速度過快，效果難以控制，有可能使殼口被腐蝕，從而影響電容器的密封性。另一種方法是在銀外殼內(nèi)壁用電鍍或電化學(xué)鍍的方法沉積一層海綿狀的鉑黑層，但是鉑黑層存在易脫落的問題。目前一般采用全鉭全密封結(jié)構(gòu)，并在銀外殼內(nèi)壁沉積一層具有多孔隙的碳來增加陰極有效面積。

3.3 工作電解質(zhì)

工作電解質(zhì)是鉭電容器的實(shí)際陰極，它與陽(yáng)極鉭塊表面的Ta2O5介質(zhì)膜層及銀外殼的內(nèi)壁充分接觸，其物理與化學(xué)性質(zhì)對(duì)電容器的電性能有著重要的影響。液體鉭電解電容器的工作電解質(zhì)包括浸漬電解質(zhì)和凝膠電解質(zhì)兩部分。一部分是浸漬電解質(zhì)，用于浸漬鉭芯，使電解質(zhì)溶液可以滲入多孔隙的陽(yáng)極鉭塊里，以引出最大的電容量。它需要具有良好的浸潤(rùn)性，在工作中能不斷提供修補(bǔ)介質(zhì)氧化膜的電化學(xué)能力，而且其電導(dǎo)率和黏度在規(guī)定的溫度范圍內(nèi)的變化要小而平穩(wěn)，沸點(diǎn)和冰點(diǎn)在工作溫度范圍之外，較高的閃火電壓和較低的飽和蒸汽壓。另一部分是凝膠電解質(zhì)，冷卻后為凝膠狀，具有搖勻性，填充在鉭芯與銀外殼之間，起到兩者之間的聯(lián)系作用并可以防止電容器漏液。

4 結(jié)束語(yǔ)

液體鉭電解電容器的性能優(yōu)異，是在所有電解電容器中具有漏電流最小，單位體積的CV乘積最大的產(chǎn)品。雖然鉭原料稀缺，但采用了高比容鉭粉后成本降低，再加上生產(chǎn)工藝的改進(jìn)，使液體鉭電解電容器得到迅速發(fā)展，使用范圍更加廣泛。

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