用有机金属化合物处理的电解电容器阳极的制作方法

专利名称：用有机金属化合物处理的电解电容器阳极的制作方法
用有机金属化合物处理的电解电容器阳极
背景技术：
电解电容器通常是由可被氧化成电介质层的阀作用材料形成。典型的 阀作用金属是铌和钽。近年来，电容器已经发展为使用由导电性铌氧化物 和五氧化二铌电介质制成的阳极。氧化铌具有一种独特的结构，铌和氧原 子的配位看上去是平面四边的。原子的排列是岩盐缺陷结构，其中所有在 晶胞的中心以及顶点的原子被去除。由此已经表明该有序缺陷结构的形成
加强了 Nb-Nb键合以及通过Nb-0 7u-键合稳定了平面四边的氧原子。因此， 化合物实际上是>^6012簇的聚集体。在适当的电压下通过阳极氧化，NbO 被氧化为Nb2CVnH20。当加热时，五氧化二铌水合物缓慢地失水；然后， Nb205经历一系列结构变化并且失去一定量氧，形成缺氧的非化学计量的 氧化铌。不幸的是，这样可能导致在加速温度和电压负荷下泄漏电流不稳 定。
因此目前需要存在一种具有相应高容积效率的低泄漏电流的电解电 容器。

发明内容
根据本发明的一个实施方案，公开了一种形成电容器阳极的方法，包 括形成含有阀金属组合物的阳极主体以及在电解质存在的情况下阳极氧 化阳极主体来形成电介质层。所述电解质包括约0.1 wt。/。到约20 wt。/。的有 机金属化合物。根据本发明的另一个实施方案，公开了包括含有钽、铌、 或它们的导电性氧化物的阳极主体的电解电容器；覆盖在阳极主体上面的 电介质层；以及覆盖在电介质层上面的电解质片层。该电介质层包括含有 硅的金属元素。
本发明的其它特征和方面将在下面进行更详细的阐述。


对于本领域普通技术人员来说，本发明可行的和完全公开的内容，包括它的最佳方式，在说明书的其余部分更具体地进行了阐述，其中提到的 附图
图1是本发明电解电容器的一个实施方案的透视图； 图2是图1的电容器的剖视图3是本发明激光焊接电容器到阳极终端的一个实施方案的示意图； 图4是根据本发明的一个实施方案形成的激光焊接的电容器的剖视
图5是实施例1中得到的V-A结果的图表描述； 图6是实施例2中得到的V-A结果的图表描述； 图7是实施例3中得到的V-A结果的图表描述；以及 图8是实施例4中得到的V-A结果的图表描述。
本发明说明书和图中图标的重复使用是用来表示本发明的相同的或 类似的特征或要素。
具体实施例方式
本领域普通技术人员可以明白现在的讨论仅仅是一种示范性的实施 方案的叙述，但是并不意味着限制本发明更宽的范围，所述更宽的范围在 示范的解释里得到体现。
一般而言，本发明涉及一种电解电容器，包括与另一种金属元素混合
的被阳极氧化的阳极。更具体地说，所述金属元素被做成电介质层的阀金 属五氧化物。在一个特定的实施方案中，金属元素的加入结果形成了含有 O原子、Nb6八面体和作为反阳离子的金属原子("A")的紧密堆积单元的五 氧化二铌电介质。相对小的正电性金属原子(A")的使用帮助填充了该晶体 的四面体(如A1、 Si、 Ti、 Mg或Mn)，八面体(如Nb、 V、 Mg或Mn)以及 三方双锥(如V、 Nb)的空隙。电容器泄漏电流的稳定性可以通过晶体结 构的变化而改善。
为了在电介质层中引入金属元素，在阳极氧化时用有机金属化合 物处理阳极。不打算被理论限制，人们普遍相信有机金属化合物可以经历 溶剂分解(solvatolysis)，此后金属元素被构建成电介质的结构。任何适 当的有机金属化合物可以用于本发明。所述有机金属化合物一般包括具有至少一种键合到如硅、钛、铝、钒、铌、锰、镁等金属原子上的反应活性 官能团的有机链。适当的有机金属化合物的例子可以包括，例如有机硅烷， 如烷氧基硅垸(如乙烯基三甲氧基硅垸、乙烯基三乙氧基硅垸、乙烯基甲基
二甲氧基硅垸、乙烯基甲基二乙氧基硅垸、3-氨基丙基三甲氧基硅垸、3-氨基丙基三乙氧基硅垸、3-氨基丙基甲基二甲氧基硅垸、3-氨基丙基甲基 二乙氧基硅烷、3-(2-氨基乙基)氨基丙基三甲氧基硅烷、3-巯基丙基三甲氧 基硅烷、3-巯基丙基三乙氧基硅烷、3-巯基丙基甲基二甲氧基硅垸、3-巯 基丙基甲基二乙氧基硅烷、环氧丙氧基甲基三甲氧基硅烷、环氧丙氧基甲 基三乙氧基硅烷、环氧丙氧基甲基-三丙氧基硅垸、环氧丙氧基甲基三丁氧 基硅烷、P-环氧丙氧基乙基三甲氧基硅烷、P-环氧丙氧基乙基三乙氧基硅 烷、P-环氧丙氧基乙基-三丙氧基硅烷、p-环氧丙氧基乙基-三丁氧基硅垸、 P-环氧丙氧基乙基三甲氧基硅烷、a-环氧丙氧基乙基三乙氧基硅烷、a-环氧丙氧基乙基三丙氧基硅烷、a-环氧丙氧基乙基三丁氧基硅垸、"环氧 丙氧基丙基-三甲氧基硅垸、，环氧丙氧基丙基三乙氧基硅烷、？环氧丙氧 基丙基-三丙氧基硅垸、Y-环氧丙氧基丙基三丁氧基硅垸、P-环氧丙氧基丙 基三甲氧基硅垸、P-环氧丙氧基丙基-三乙氧基甲硅垸、(3-环氧丙氧基丙基 三丙氧基硅烷、a-环氧丙氧基丙基三丁氧基硅烷、a-环氧丙氧基丙基三甲 氧基硅烷、a-环氧丙氧基丙基三乙氧基硅烷、a-环氧丙氧基丙基-三丙氧基 硅烷、a-环氧丙氧基丙基三丁氧基硅烷、Y-环氧丙氧基丁基三甲氧基硅烷、 S-环氧丙氧基丁基三乙氧基硅烷、S-环氧丙氧基丁基三丙氧基硅烷、5-环 氧丙氧基丁基-三丁氧基硅垸、S-环氧丙氧基丁基三甲氧基硅烷、？环氧丙 氧基丁基三乙氧基硅烷、，环氧丙氧基丁基三丙氧基硅烷、？丙氧基丁基 三丁氧基硅烷、3-环氧丙氧基丁基-三甲氧基硅烷、S-环氧丙氧基丁基三乙 氧基硅烷、S-环氧丙氧基丁基三丙氧基硅垸、a-环氧丙氧基丁基三甲氧基 硅烷、a-环氧丙氧基丁基三乙氧基硅烷、(x-环氧丙氧基丁基-三丙氧基硅烷、 a-环氧丙氧基丁基三丁氧基硅垸、(3，4-环氧基环己基)-甲基-三甲氧基硅垸、 (3，4-环氧基环己基)甲基-三乙氧基硅烷、(3,4-环氧基环己基)甲基三丙氧基 硅烷、(3，4-环氧基环己基)-甲基-三丁氧基硅烷、(3,4-环氧基环己基)乙基-三甲氧基硅垸、(3,4-环氧基环己基)乙基-三乙氧基硅烷、(3,4-环氧基环己 基)乙基三丙氧基硅烷、(3,4-环氧基环己基)乙基三丁氧基硅烷、(3，4-环氧基环己基)丙基三甲氧基硅烷、(3，4-环氧基环己基)丙基三乙氧基硅烷、(3,4-环氧基环己基)丙基-三丙氧基硅烷、(3,4-环氧基环己基)丙基三丁氧基硅 烷、(3，4-环氧基环己基)丁基三甲氧基硅烷、(3,4-环氧基环己基)丁基三乙 氧基硅烷、(3，4-环氧基环己基)丁基三丙氧基硅烷、(3，4-环氧基环己基)丁 基三丁氧基硅烷等)以及烷基硅垸(如乙烯基三氯硅烷、乙烯基甲基二氯硅 烷等)；有机钛酸酯，如双(环戊二烯基)钛双(三氟甲垸磺酸酯)、三异丙氧 基氯化钛、二异丙氧基双(乙酰丙酮)钛、3-羟基-l，2-丙二醇二氯化钛、四(二 乙基酰氨基)钛、双(2-羟基丙酸)二氢氧化二铵合钛、钛酸丁酯、钛酸异丙 酯、三异硬脂酰基钛酸异丙酯、异丙基三(二辛基焦亚磷酸盐)钛酸酯、异 丙基三(N-氨基乙基氨基乙基)钛酸酯、异丙基十三烷基苯磺酰基钛酸酯、 四辛基双(二-十三烷基亚磷酸酯)钛酸酯、四(2，2-二芳氧基甲基-l-丁基)-双 (二-十三烷基)亚磷酸酯钛酸酯、双(二辛基焦磷酸酯)氧基乙酸酯钛酸酯、 双(二辛基焦磷酸酯)钛酸乙烯酯、异丙基三辛酰基钛酸酯、异丙基二甲基 丙烯酰基异硬脂酰基钛酸酯、异丙基三枯基苯基钛酸酯等)；有机铝，如 乙酰丙酮铝、丁醇铝、异丙醇铝、单硬脂酸铝、縮醛垸氧基二异丙醇铝等。 所述阳极可以通过使用本领域已知的任何技术来形成。在一个实施方 案中，例如，阳极是由阀金属组合物形成的。该阀金属组合物可以具有约 25,000pF* V/g或更高的荷质比，在一些实施方案中为约40,000(iF《V/g或 更高，在一些实施方案中约60,00(HiF*V/g或更高，以及在一些实施方案中， 从约80,000到约200,000 mF，/g或更高。阀金属组合物包括阀金属(即能 够氧化的金属)或基于阀金属的化合物，如钽、铌、铝、铪、钛、它们的合 金、它们的氧化物、它们的氮化物等。例如，该阀金属组合物可以包含铌 的导电性氧化物，如铌与氧的原子比为l:l.O士l.O的氧化铌，在一些实施方 案中原子比为1:1.0士0.3，在一些实施方案中原子比为l:l.O士O.l，以及在一 些实施方案中原子比为1:1.0士0.05。例如，氧化铌可以是Nb0().7、 NM)lo、 NbOu以及Nb02。在优选的实施方案中，组合物包括NbOio，它是一种 甚至在高温下烧结之后可以保持化学稳定的氧化铌。此类阀金属氧化物的 例子记载在Fife的美国专利6,322,912; Fife等人的美国专利6,391,275; Fife等人的美国专利6,416,73(h Fife的美国专利6,527,937: Kimmd等人 的美国专利6,576,099; Fife等人的美国专利6.592.740:以及Kimmel等人的美国专利6，639，787;以及Kimmel等人的美国专利7,220,397; Schnitter 的美国专利申请2005/0019581 ; Schnitter等人的美国专利申请 2005/0103638; Thomas等人的美国专利申请2005/0013765，此处引入的专 利的全部内容都是用于作为参考目的。
该阀金属组合物可以是具有任何理想的形状或尺寸的颗粒形式。例 如，颗粒可以是薄片、有角的、小节的，以及它们的混合物或变体。所述 颗粒同时一般具有至少约60目的筛分粒度分布，在一些实施方案中为约 60到约325目，以及在一些实施方案中为约100到约200目。此外，比表 面积为约0.1到约10.0 m2/g，在一些实施方案中为约0.5到约5.0m2/g，以 及在一些实施方案中为约1.0到约2.0m2/g。术语"比表面积"是指按照 Bruanauer、 Emmet以及Teller, Journal of American Chemical Society, Vol. 60， 1938, p. 309中记载的物理气体吸附(B.E.T.)方法，以氮气作为吸附 气体来测定的表面面积。同样地，本体(或Scott)密度一般为约0.1到约 5.0g/cm3，在一些实施方案中为约0.2到约2.5g/cm3，以及在一些实施方案 中为约0.5到约1.5g/cm3。
为了促进阳极的形成，其它组分可以被加到导电性颗粒中。例如导电 性颗粒可以任选与粘合剂和/或润滑剂混合来保证颗粒当受到冲压形成阳 极主体时彼此充分粘附。合适的粘合剂可以包括樟脑、硬脂酸及其他皂化 脂脂肪酸、聚乙二醇(Union Carbide)、甘酞树脂(通用电气公司)、聚乙烯醇、 萘、植物蜡、以及微晶蜡(纯化的链烷烃)。该粘合剂可以是溶解的以及分 散在溶剂中的。溶剂的例子可以包括水、醇等。当使用时，粘合剂和/或润 滑剂的百分比可以是总质量的约0.1%到约8%。然而应该知道的是，粘合 剂和润滑剂在本发明中不是必须的。
一旦形成，得到的粉末可以使用任何常规粉末压模来压紧。例如，所 述压模可以是使用一个冲模以及一个或多个冲压机的单一位置压制压模。 或者，也可以使用采用一个口模和单一下降冲压机的铁砧型压制压模。单 一位置冲压模具有几种基本类型，如具有不同功能如单动、复动、浮动压 模、移动模板、对置活塞、螺旋、冲击、热压、精压或施胶的凸轮、肘杆 /肘节和偏心/曲轴式压机。该粉末可以在阳极线(如钽丝)周围被压缩。此外 还应该知道，在阳极主体冲压和/或烧结之后，阳极线也可以被附着(如焊接)到阳极主体上。压縮之后，可以通过在真空以及特定温度(如约150°C 到约500。C)下加热颗粒几分钟来除去任何粘合剂/润滑剂。或者，通过让 颗粒与水溶液接触来去除粘合剂/润滑剂，如Bishop等人的美国专利
6,197,252所述，其在此处被引入以作参考。其后，颗粒被烧结来形成多孔 的整块。例如，在一个实施方案中，颗粒可以在真空下在约120(TC到约 200(TC的温度，以及在一些实施方案中，从约150(TC到约180(TC被烧结。 烧结时，由于颗粒之间的键合的增大，颗粒收縮。除了上述的技术外，根 据本发明用于形成阳极主体的任何其它技术也可以被使用，如Gal观ni 的美国专利4，085，435; Sturmer等人的美国专利4,945,452; Galvagni的美 国专利5,198,968 ; Salisbury的美国专利5，357，399 ; Galvagni等人的美 国专利5,394,295; Kulkarni的美国专利5,495,386;以及Fife的美国专利 6,322,912中的记载，它们此处引入以作参考。
尽管不是必需的，可以选择阳极的厚度来改善电容器的电性能。例如 阳极的厚度可以为约4毫米或更少，在一些实施方案中，为约0.2到约3 毫米，以及在一些实施方案中，为约0.4到约1毫米。也可以选择阳极的 形状来改善得到的电容器的电性质。例如，阳极可以具有曲线的、正弦曲 线的、矩形、U形的、V字形等等的形状。该阳极可以同时具有"凹槽" 形状因为它包括一种或多种铍纹、凹槽、凹坑或凹穴以增加表面和容积之 比以最小化电容的ESR和扩大电容的频率响应。该"凹槽"阳极记载在例 如，Webber等人的美国专利6,191,936; Maeda等人的美国专利5,949,639; 以及Bourgault等人的美国专利3,345,545，以及Hahn等人的美国专利申 请2005/0270725，所有这些专利以其全部内容被引入以作参考。
一旦形成，阳极可以被阳极化以便于在阳极上和/或内部形成电介质 层。阳极氧化是通过氧化阳极来形成一种具有相对较高介电常数的材料的 电化学过程。例如，氧化铌(NbO)阳极可以被阳极氧化为五氧化二铌 (Nb205)。通常，阳极氧化是通过起初在阳极上使用电解质来完成的，如将 阳极浸渍到电解质中。该电解质通常是以液体形式存在，如溶液(如含水或 无水的)、分散体、熔体等。溶剂通常被用于电解质中，如水(如去离子水); 醚(如二乙醚和四氢呋喃)；醇(如甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇和丁醇)；三 甘油酯；酮(如丙酮、甲基乙基酮和甲基异丁基酮)；酯(如乙酸乙酯、乙酸丁酯、二甘醇醚乙酸酯和甲氧基丙基乙酸酯)；酰胺(如二甲基甲酰胺、二 甲基乙酰胺、二甲基辛酸/癸酸的脂肪酸酰胺以及N-烃基吡咯烷酮)；腈(如 乙腈、丙腈、丁腈和苄腈)；亚砜或砜类(如二甲基亚砜(DMSO)和环丁砜) 等。溶剂可以占电解质的约50 wt。/。到约99.9 wt%，在一些实施方案中为 约75 wt。/。到约99 wt%，以及在一些实施方案中为约80 wt。/。到约95 wt%。 尽管不一定需要，常常通过使用水性溶剂(如水)来促进氧化物的形成。事 实上，水可以占用于电解质中的溶剂的约1 wty。或更高，在一些实施方案 中约10wt。/。或更高，在一些实施方案中约50 wt。/o或更高，在一些实施方 案中约70 wt。/。或更高，以及在一些实施方案中约90wt。/。到100 wt%。
该电解质是导电性的，并且在25'C温度下测定，可以具有约l毫西门 子每厘米("mS /cm")或更高的电导率，在一些实施方案中约30 mS/cm或更 高，以及在一些实施方案中约40mS/cm到约100mS/cm。为了增强该电解 质的导电性，可以使用能够在溶剂离解来形成离子的化合物。用于该目的 的合适的离子化合物可以包括，例如酸，如氢氯酸、硝酸、硫酸、磷酸、 多聚磷酸、硼酸、烃基硼酸等；有机酸，包括羧酸类，如丙烯酸、甲基丙 烯酸、丙二酸、琥珀酸、水杨酸、磺基水杨酸、己二酸、马来酸、苹果酸、 油酸、五倍子酸、酒石酸、柠檬酸、甲酸、乙酸、乙醇酸、草酸、丙酸、 邻苯二甲酸、间苯二酸、戊二酸、葡糖酸、乳酸、天冬氨酸、谷氨酸、衣 康酸、三氟乙酸、巴比妥酸、肉桂酸、苯甲酸、4-羟基苯甲酸、氨基苯甲 酸等；磺酸、如甲磺酸、苯磺酸、甲苯磺酸、三氟甲垸磺酸、苯乙烯磺酸、 萘二磺酸、羟基苯磺酸、十二烷基磺酸、十二烷基苯磺酸等；聚合酸，如 聚(丙烯酸)或聚(甲基丙烯酸)酸以及它们的共聚物(如马来酸-丙烯酸、磺酸 -丙烯酸和苯乙烯-丙烯酸系共聚物)、角叉酸、羧甲基纤维素、海藻酸等。 选择离子化合物的浓度来获得理想的电导率。例如，酸(如磷酸)可以占电 解质的约0.01 wt。/。到约5 wt%，在一些实施方案中为约0.05 wto/。到约0.8 wt%，以及在一些实施方案中为约O.l wt。/。到约0.5wty。。如果想要的话， 可以在电解质中同时使用离子化合物的混合物。
一般而言，有机金属化合物也存在于电解质中以保证在阳极氧化时被 引入电介质中。有机金属化合物一般以电解质的约0.1到约20wtM的量存 在，在一些实施方案中为约0.5到约10wt%，以及在一些实施方案中为约l到约5wt。/。。当然，还应该知道也可以采用其它技术将有机金属化合物 引入到电介质层中。例如，有机金属化合物可以与用于阳极的导电性颗粒 简单混合，之后在电介质层形成前还原(reduce)。或者，有机金属化合 物可以与随后反应生成导电性颗粒(如NbO)的起始原料(如Nb20s)混合。不 考虑所使用的特定技术，涂有有机金属化合物通常会产生在电介质层中存 在量为约100百万分之一("ppm")或更高的金属元素(如硅、钛等等)，在一 些实施方案中约200 ppm到约500,000 ppm，在一些实施方案中约400 ppm 到约IOO，OOO ppm，以及在一些实施方案中从约600 ppm到约50,000 ppm。
电流通过电解质来形成电介质层。电压值决定着通过的电荷(电流乘以 时间)以及由此电介质层的厚度。例如，电源可以最初在静电模式下建立， 直到达到所需要的电压。其后，电源可以换到稳压器的模式以保证在阳极 的表面形成想要的电介质厚度。当然，其它已知的方法也可以被使用，如 脉冲法。电压一般为约4到约200 V，以及在一些实施方案中为约9到约 100 V。在阳极氧化期间，电解质可以保持在高温下，如约3(TC或更高， 在一些实施方案中为约40。C到约200°C，以及在一些实施方案中为约50 'C到约IO(TC。阳极氧化还可以在室温或更低温度下进行。得到的电介质 层可以在阳极的表面上和/或它的孔隙内部合成。
一旦该电介质层形成，可以任选应用防护层，如由相对绝缘的树脂类 材料(天然的或合成的)制备的。这种材料可以具有大于约0.05 ohm-cm的 电阻率，在一些实施方案中为大于约5，在一些实施方案中大于约l，OOO ohm-cm，在一些实施方案中大于约lxl05ohm-cm，以及在一些实施方案 中，大于约1 x 101Q ohm-cm。在本发明中可以使用的一些树脂类材料包括， 但不限于，聚氨酯类、聚苯乙烯、不饱和或饱和脂肪酸的酯(如甘油酯)等。 例如，合适的脂肪酸的酯包括，但不限于，月桂酸、肉豆蔻酸、棕榈酸、 硬脂酸、桐酸、油酸、亚油酸、亚麻酸、油桐酸、虫胶酸等的酯。已经发 现这些脂肪酸的酯在用于相对复杂化合来形成"干性油"时是特别有用的， 可以使得到的薄膜快速地聚合成为稳定层。这种干性油可能包括单-、二-、 和/或三-甘油酯，它具有分别带有一个、两个、和三个酯化的脂肪酰基残 基的丙三醇骨架。例如， 一些可以使用的合适的干性油包括，但不限于， 橄榄油、亚麻子油、蓖麻油、桐油、豆油、和虫胶。这些和其它防护层材料更详细的记载在Eil^A的美国专利6,674,635中，其在此处被全文引 入以作参考。
阳极化部分随后根据传统方法经过一步骤来形成阴极。在一些实施方 案中，例如阴极是通过多种技术来形成的，如硝酸锰(Mn(N03)2)的热解来 形成二氧化锰(Mn02)阴极。这种技术被记载在，例如Stmmer等人的美国 专利4,945,452中，此处被全文引入以作参考。或者，导电聚合物涂层可 以用来形成电容器的阴极。该导电聚合物涂层可以包括一种或多种聚杂环 类(如聚吡咯；聚噻吩，聚(3，4-亚乙基二氧基噻吩)(PEDT);聚苯胺)；聚乙 炔；聚苯；聚酚盐；及其衍生物。此外，如果想要，该导电聚合物涂层也 可以由多个导电聚合物片层形成。例如，在一个实施方案中，导电聚合物 涂层可以包括由PEDT形成一个片层和由聚吡咯形成的另一片层。可以使 用各种方法将导电聚合物涂覆到阳极部分上。例如，传统方法如电引发聚 合、屏幕-打印、浸渍、电泳涂漆、以及喷涂，可以被用来形成导电聚合物 涂层。在一个实施方案中，例如，用于形成导电聚合物的单体(如3,4-亚乙 基二氧基噻吩)可以最初与聚合催化剂混合来形成溶液。例如，合适的聚合 催化剂是BAYTRON C，它是铁III甲苯磺酸盐并且由H.C. Starck出售。 对BAYTRONM，即3,4-亚乙基二氧基噻吩， 一种也是H.C. Starck出售的 PEDT单体来说，BAYTRON C是一种市场上可买到的用于BAYTRON M 的催化剂。催化剂分散体一旦形成，阳极部分可以被浸入到分散体中以便 在阳极部分的表面形成聚合物。或者，催化剂以及单体也可以独立应用到 阳极部分。在一个实施方案中，例如催化剂可以溶于溶剂(如丁醇)中，然 后被作为浸渍溶液应用到阳极部分。阳极部分可以随后干燥以除去溶剂。 此后，阳极部分可以浸入到含有适当单体的溶液中。 一旦单体与含有催化 剂的阳极部分接触，它在上面进行化学聚合。另外，催化剂(如BAYTRON C)也可以与用于形成任选的防护层(如树脂类材料)的材料混合。在这种情 况下，阳极部分可以随后被浸入到含有单体(BAYTRON M)的溶液中。因 此，该单体可以与防护层内部和/或表面上的催化剂接触并且随即反应以形
成导电聚合物涂层。尽管上面已经叙述了多种方法，还应该知道在本发明 中还可以使用任何其它将导电涂层应用到阳极部分的方法。例如，应用导 电聚合物涂层的其它方法可以记载在Sakata等人的美国专利5,457,862，Sakata等人的美国专利5,473,503， Sakata等人的美国专利5,729,428 ，以 及Kudoh等人的美国专利5,812,367中，此处引入它们的全文以作参考。
在大多数的实施方案中， 一旦应用，导电聚合物是修复的。修复可以 在导电聚合物片层的每次形成之后出现，或者可以在整个导电聚合物涂层 的形成之后出现。在一些实施方案中，例如，导电聚合物可以通过将颗粒 浸渍到电解质溶液如磷酸和/或硫酸的溶液中来修复，以及此后将恒压应用 到溶液中，直到电流降至预选的程度。如果想要，这种修复可以在多个步 骤中完成。例如，在一个实施方案中，具有导电聚合物涂层的颗粒首先浸 渍到磷酸中并且加压约20伏特，然后浸入硫酸中，以及加压约2伏特。 在这个实施方案中，第二低压硫酸溶液或甲苯磺酸的使用可以有助于增加 电容以及减少得到的电容器的损耗因子(DF)。在涂敷如上所述一部分或所 有的片层之后，如果想要的话颗粒可以随后被冲洗以去除各种各样副产 物，过量催化剂等。此外，在某些情况下，在一部分或所有的浸渍操作完 成之后可以进行干燥。例如，在应用催化剂后和/或水洗颗粒后，为了让颗 粒开孔以便它在浸渍步骤后可以接收液体，可以对其进行干燥。
一旦阴极形成，该部分可以任选分别涂敷炭黑片层(如石墨)和镀银层。 该镀银层可以，例如作为一种用于电容器元件的可软焊导体、接触层、和 /或电荷收集器，以及该碳涂层可以限制镀银层与固体电解质的接触。这种 涂层可以覆盖一部分或所有的固体电解质。
可以使用现有技术来随后完成得到的电容器元件。参见图1-2，例如， 电容器元件30的一个实施方案显示，它具有一般矩形形状和包括正面36， 背面38，顶部和底部分别是37和39，以及侧面32(仅仅举例一个)。阳极 线34从电容器元件30的正面36的纵向("y "方向)伸出。图2进一步显示， 电容器元件30包括阳极主体50，覆盖在阳极主体50上面的电介质层52， 覆盖在电介质层52上面的固体电解质片层54，覆盖在有机固体电解质片 层54上面的石墨片层56，以及覆盖在石墨片层56上面的镀银层58。当 然，应当很清楚这种片层可以应用于电容器的任何表面，也并不必须以示 例中的方式。
当电容器元件30形成时，阳极和阴极终端可以分别电连接到阳极线 34和固体电解质片层54上(通过石墨和镀银层)。本领域中众所周知该终端的特定的构型可以变化。参见图3，例如， 一个实施方案显示包括阳极 终端70和阴极终端80。在这个特定的实施方案中，阴极终端包括第一部 分82，其位置基本上垂直于第二部分84。第一部分82与该电容器元件30 的底面39电接触以及第二部分84与该电容器元件30的后表面38电接触。 为了将电容器元件30附加于阴极终端80上，可以使用本领域已知的导电 粘合剂。导电粘合剂可以包括，例如含有导电性金属微粒的树脂组合物。 该金属微粒可以是银、铜、金、铂、镍、锌、铋等。树脂组合物可以包括 热固性树脂(如环氧树脂)、固化剂(如酸酐)、和偶联剂(如硅垸偶联剂)。合 适的导电粘合剂记载在Osako等人的美国专利申请2006/0038304中，此处
全文引入以作参考。
阳极终端70含有基本上垂直于第二部分74的第一部分76。第二部分 74含有载有阳极线34的部位。在示例的实施方案中，部位51具有用于进 一步增强线34的表面接触和机械稳定性的"U-形"。阳极线34随后用激光 90焊在部位51上。 一旦电容器元件附于终端后，它被封闭到树脂容器的 内部，该容器可以随后被含硅树脂或任何其它已知的密封材料填充。该容 器的宽度和长度可以根据计划的应用变化。然而，该容器的总厚度一般是 小的以便所形成的组合件可容易引入到低剖面产品中(如"IC卡")。例如， 容器的厚度可以为约4.0毫米或更小，在一些实施方案中为约0.1到约2.5 毫米，以及在一些实施方案中，为约0.15到约2.0毫米。合适的容器可以 包括，例如"A"、 "B"、 " H "或"T "容器(AVX公司)。参见图4，例如 一个用于电容器组合件100的密封容器的特定的实例是元件88。该密封的 容器88为电容器组合件100提供附加的结构和热防护。封铸之后，相应 阳极和阴极终端的曝光部分可以老化、遮蔽和修整。如果想要，该曝光部 分可以沿着容器88的外面任选地弯曲两倍(如以大约90。角)。
根据本发明，形成的电容器可以显示出优良的电性质。例如，本发明 的电容器一般具有低于约lOOO毫欧(mohms)的ESR，在一些实施方案中低 于约500 mohms，以及在一些实施方案中低于约100 mohms。该电容器的 等效串联电阻泛指像电阻器一样在电子电路中充电和放电的电容器，并且 通常表示为与电容器串联的电阻。另外，得到的泄漏电流，泛指电流从一 个导体通过绝缘体到相邻的导体，可以维持在相对低的水平上。例如，本发明的电容器的正态化泄漏电流的数值是，在一些实施方案中，低于约
0.1pA/^iF*V,在一些实施方案中低于约O.OlpA /(iF* V，以及在一些实施 方案中为低于约0.001 jxA/mF* V，其中是微安以及uF*V是电容和额 定电压的乘积。同样地，本发明的电容器的击穿电压可以至少是约10伏 特，在一些实施方案中至少为约15伏特，在一些实施方案中至少为约20 伏特，并且在一些实施方案中为约20伏特到约IOO伏特。 本发明可以通过参考下列实施例来更好地理解。
测试方法 VA特性
电容器的V-A特性是由100 mOhms的串联电阻测量的。以0.1 V的增 量通过双极性电源(Keithley 2400)逐步增加外加电压以及电流是在延迟10 s后25。C温度下通过数字式万用表(Agilent34401)测量的。
实施例1
80，000pFV/g的氧化铌粉末(HC Starck)被压成颗粒并且烧结形成多孔 电极主体。然后室温下在含有磷酸和变化浓度的N-2-(氨基乙基)3-氨基丙 基甲基二甲氧基硅垸(0%、 0.2%、 1%和5%)的水溶液中进行阳极氧化。首 先在恒电流下进行阳极氧化，达到理想的电压后恒电势进行阳极氧化。具 有协助电解质的电解质的电导率是4.5 mS /cm。选择电压来得到100 pF的 目标电容。阳极氧化后，颗粒涂上二氧化锰片层，石墨涂层和镀银层。通 过常规组合技术来将制成的部件加工为B容器(EIA 3528)。然后测量电容 器的V-A特性。结果如图5所示。
除在22。C和6(TC的温度下，在含有1% N-2-(氨基乙基)3-氨基丙基甲 基二甲氧基硅垸的水溶液中进行阳极氧化不同于实施例1外，依实施例1 形成阳极颗粒。V-A特性如图6所示。
实施例3除在含水和乙醇溶剂以及1% N-2-(氨基乙基)3-氨基丙基甲基二甲氧 基硅烷的溶液中进行阳极氧化不同于实施例1外，依实施例1形成阳极颗 粒。V-A特性如图7所示。
实施例4
除在含有磷酸和1%的任一种四(三)烷氧基硅烷、四烷氧基钛酸酯或者 三烷氧基铝酸酯在丁醇里的溶液中进行阳极氧化不同于实施例l外，依实 施例1形成阳极颗粒。V-A特性如图8所示。
本发明的这些和其它改进以及变化可以在没有脱离本发明的精神和 范围的前提下，通过本领域技术人员进行实践。另外，应当清楚的是各种 实施方案的各方面可以完全或部分互换。此外，本领域技术人员知道上面 的描述仅仅是作为示例的，其目的并不是限制本发明，本发明由权利要求 书进行描述。
权利要求
1.一种用于形成电容器阳极的方法，该方法包括形成包括阀金属组合物的阳极主体；以及在电解质存在下阳极氧化所述阳极主体以形成电介质层，其中所述电解质包括量为约0.1wt％到约20wt％的有机金属化合物。
2. 根据权利要求l的方法，其中所述有机金属化合物含有至少一种键合到 金属原子的反应活性官能团。
3. 根据权利要求2的方法，其中所述金属原子为硅、钛、铝、钒、铌、锰、 镁或它们的组合。
4. 根据权利要求l的方法，其中所述有机金属化合物包含有机硅烷。
5. 根据权利要求4的方法，其中所述有机硅烷是烷氧基硅烷。
6. 根据权利要求5的方法，其中所述垸氧基硅烷是环氧烷氧基硅烷。
7. 根据权利要求l的方法，其中所述有机金属化合物占电解质的约0.5到 约10wt0/。。
8. 根据权利要求l的方法，其中所述电解质还含有酸。
9. 根据权利要求l的方法，其中所述阳极主体是通过压紧粉末形成压制颗 粒以及烧结所述压制颗粒形成的。
10. 根据权利要求l的方法，其中所述阳极主体被浸入电解质中。
11. 根据权利要求l的方法，其中所述阀金属组合物含有钽、铌或它们的 导电性氧化物。
12. 根据权利要求l的方法，其中所述阀金属组合物含有铌原子与氧原子 的原子比为1:1.0士0.3的氧化铌。
13. 根据权利要求l的方法，其中所述阀金属组合物含有铌原子与氧原子 的原子比为1:1.0士0.1的氧化铌。
14. 根据权利要求l的方法形成的电容器阳极。
15. 包含权利要求14所述的电容器阳极的电解电容器，还包括覆盖在电介 质层上面的电解质片层。
16. —种电解电容器，包括含有钽、铌或它们的导电性氧化物的阳极主体；覆盖在该阳极主体上面的电介质层，所述电介质层含有来自有机金属化合物的金属元素，所述金属元素包括硅；以及 覆盖在电介质层上面的电解质片层。
17. 根据权利要求16的电解电容器，其中所述金属元素占电介质层的约 100ppm或更高。
18. 根据权利要求16的电解电容器，其中所述金属元素占电介质层的约 200到约500,000ppm。
19. 根据权利要求16的电解电容器，其中所述阳极主体含有铌原子与氧原 子的原子比为1:1.0士0.3的氧化铌。
20. 根据权利要求16的电解电容器，其中所述阳极主体含有铌原子与氧原 子的原子比为1:1.0士0.1的氧化铌。
21. 根据权利要求16的电解电容器，还至少包括覆盖在电解质片层上面的 附加层，所述附加层包括炭黑片层、镀银层或它们的组合。
22. 根据权利要求16的电解电容器，还包括从阳极主体伸出的阳极线。
23. 根据权利要求22的电解电容器，还包括 与电解质片层电连接的阴极终端； 与阳极主体电连接的阳极终端；以及密封电容器并且使得至少一部分阳极和阴极终端暴露的容器。
24. 根据权利要求16的电解电容器，其中所述电解质片层含有导电聚合 物。
25. 根据权利要求16的电解电容器，其中所述电解质片层含有二氧化锰。
全文摘要
提供一种用有机金属化合物处理的电解电容器阳极，该阳极被阳极氧化并其他的金属元素混合。具体地说，该金属元素被构建成电介质层的阀金属五氧化物。在一个特定的实施方案中，金属元素的加入结果形成了含有氧原子、Nb₆八面体和为反阳离子的金属原子(″A″)的紧密堆积单元的五氧化二铌电介质。相对小的正电性金属原子(A″)的有助于填充该晶体的四面体(如Al、Si、Ti、Mg或Mn)、八面体(如Nb、V、Mg或Mn)以及三方双锥(如V、Nb)的空隙。电容器泄漏电流的稳定性可以通过晶体结构的变化而改善。
文档编号H01G9/04GK101494119SQ200810186060
公开日2009年7月29日 申请日期2008年12月12日 优先权日2008年1月22日
发明者哈娜·布蕾兹诺娃, 马丁·比莱尔 申请人:阿维科斯公司