包含非金属表面处理的固体电解电容的阳极的制作方法

专利名称：：包含非金属表面处理的固体电解电容的阳极的制作方法专利说明包含非金属表面处理的固体电解电容的阳极
背景技术：
：电解电容通常由阀作用材料形成，该材料能够被氧化以形成介电层。典型的阀作用材料是铌和钽。电容还发展到采用由导电的氧化铌和五氧化铌电介质形成的阳极。尽管该铌的氧化物电容带来了诸多好处，但是因为电介质的击穿强度相对低，因此它们通常在高压(例如，额定电压为16，20或35伏)中的应用有限。一般而言，随着电容上的电荷和电压增长，自由电子最终将加速到可以在与中性原子或者分子碰撞的雪崩击穿过程中释放额外的电子的速度，击穿发生得相当突然(通常在纳秒级)，从而形成了贯穿材料的导电通路和击穿放电。在该情形下，可能会发生电容损坏或者电容破坏。在铌的氧化物电容中，Nb2O5-x的氧空位(oxygenvacancy)起到电子供体的作用，使得阳极氧化物起到n型半导体的作用。然而，肖特基类点缺陷(Schottky-typepointdefects)在n型半导体中非常普遍，氧原子离开它们在晶格结构中的位点(从而产生氧空位)并且移到低浓度区域。对于铌的氧化物电容，一氧化铌和五氧化二铌电介质界面处的氧梯度驱动氧原子扩散进入低浓度的一氧化铌区域，从而在电介质中产生氧空位。这些缺陷能够在电介质中产生深能级陷阱，这些陷阱存储电荷并且在DC电压的作用下成为通过普尔-夫伦克尔和隧穿效应产生的载流子输运的源。高电压和温度进一步加速了氧扩散并增加了电介质中缺陷的数目。这导致在加速温度和电压负载下的漏电流不稳定，这将限制这类电容在高压领域的应用。因此，当前需要可以在相对高电压下工作的电解电容。发明概述根据本发明的一个实施方式，公开了一种固体电解电容，其包括阳极，覆盖在该阳极上的介电层；阴极，该阴极包含覆盖在所述介电层上的固体电解质层。阳极包括限定表面的多孔的烧结主体。该主体经过处理，使得主体的表面含有非金属元素，该非金属元素具有基态电子排布，该基态电子排布在能级为三或者更高时具有五个或者更多的价电子。根据本发明的另一个具体的实施方式，公开了一种用于形成电容阳极的方法，包括压缩包含导电颗粒的粉末，以形成压实的球团；烧结该压实的球团；将该烧结的球团与含有化合物的溶液接触，该化合物含有具有基态电子排布的非金属元素，该基态电子排布在能级为三或者更高时包括五个或者更多的价电子。。根据本发明的另一个实施方式，公开了一种用于形成固体电解电容的方法。该方法包括压缩包含导电颗粒的粉末，以形成压实的球团；烧结该压实的球团；采用非金属元素处理该烧结的球团，该非金属元素具有基态电子排布，该基态电子排布在能级为三或者更高时具有五个或者更多的价电子；对该烧结的球团进行阳极化处理，以形成介电层；在该介电层上形成固体电解质层。下面将更详尽地描述本发明的其他特征和方面。以下的说明书剩余部分包括对附图的参照，将向本领域技术人员更详细地阐明本发明主题的全面而可实施的公开，包括其最佳实施方式，其中图1示出了本发明固体电解电容的一个实施方式的透视图；图2示出了沿着图1中2-2线的电容截面图；图3示出了本发明的一个实施方式的将电容元件与阳极端子相连接的示意图；图4示出了本发明的一个实施方式所形成的电容的截面图；图5示出了在例1中形成的样本的击穿电压；图6示出了在例2中形成的样本的击穿电压；图7示出了在例3中形成的样本的击穿电压；图8示出了在例4中形成的样本的击穿电压；图9示出了在例5中形成的样本的击穿电压；在本说明书和附图中重复使用的附图标记表示其代表本发明的相同或者相似的特征或者元件。具体实施例方式本领域技术人员可以理解，本论述仅仅是对典型实施方式的描述，并非意味着限制本发明的更宽的方面，这些更广的方面通过该典型实施方式而具体化。一般而言，本发明涉及固体电解电容，该固体电解电容包括阳极，覆盖在该阳极上的介电层，以及阴极，该阴极包含覆盖在所述介电层上的固体电解质层。所述阳极由“非金属元素”进行表面处理后的烧结主体形成，该“非金属元素”包括真正的非金属(例如，磷)以及非金属例如可以形成两性氧化物和/或起到半金属(semi-metal)作用的元素(例如，锑)。所述非金属元素具有基态的电子排布，该电子排布在能级为三(3)或者更高能级时具有五(5)个价电子。非限制性地，可以理解，该电子排布可以使元素具有键合自由氧电子的能力，从而阻止氧电子从电介质移动至阳极。该电子排布还可以使元素易于溶解到具有五(5)个价电子的电介质基质中(例如，Nb2O5或Ta2O5)。可用于表面处理的适合的非金属元素包括，例如，磷、锑、砷等。例如，磷的基态电子排布为1s22s22p63s23px13py13pz1。为了形成五个(5)共价键，在3s轨道中的一个电子可以被跃迁至3d轨道。3-级电子自身杂化以生成5个杂化轨道，均具有相同的能量(例如，dsp3杂化)，它们可以与来自五个(5)氧原子的电子共享空间，以生成五(5)个新的分子轨道，进而得到五(5)个共价键。与磷相似，锑和砷的电子排布均在“s”轨道中具有电子，该电子可以跃迁至较高的能级。例如，砷在4s轨道中具有电子，其可以跃迁至4d轨道，然后杂化为五(5)个dsp3杂化。类似地，锑在5s轨道中具有电子，其可以跃迁至5d轨道，然后杂化为五(5)个dsp3杂化。反之，氮的电子排布为1s22s22px12py12pz1。因为2s能级至3s能级之间的能域通常很大，通常不会发生2s电子的跃迁，这意味着氮通常不能形成五(5)个共价键。可以使用现有技术来形成阳极主体。例如，初始时提供的导电颗粒具有相对较高的比电荷，例如约25,000微法*伏/克(μF*V/g)或更高，在一些实施方式中为约40,000μF*V/g或更高，在一些实施方式中为约60,000μF*V/g或更高，在一些实施方式中为约70,000μF*V/g或更高，在一些实施方式中为约80,000至约200,000μF*V/g或更高。这类颗粒的实例包括由阀用金属(即可以被氧化的金属)或基于阀用金属化合物形成的颗粒，诸如钽、铌、铝、铪、钛，它们的合金，它们的氧化物(例如，铌的氧化物)、它们的氮化物等等。一个应用于本发明且特别有效类型的颗粒是可导电的铌的氧化物，诸如铌原子数与氧原子数之比为1∶低于2.5的氧化铌，在一些实施方式中为1∶低于1.5，在一些实施方式中为1∶1.0±0.1，在一些实施方式中为1∶1.0±0.05。例如，铌的氧化物可以是NbO0.7，NbO1.0，NbO1.1和NbO2。在一个优选的实施方式中，包含NbO1.0的颗粒是一种即使在高温下烧结后仍然能保持化学稳定的可导电的氧化铌。此类阀用金属氧化物的例子在Fife的美国专利US6,322,912，Fife等人的美国专利US6,391,275，Fife等人的美国专利US6,416,730，Fife的美国专利US6,527,937，Kimmel等人的美国专利US6,576,099，Fife等人的美国专利US6,592,740，Kimmel等人的美国专利US6,639,787，Kimmel等人的美国专利US7,220,397以及Schhitter的美国专利申请公开US2005/0019581，Schnitter等人的美国专利申请公开US2005/0103638，Thomas等人的美国专利申请公开US2005/0013765中进行了描述，以上所列的专利文献对于所有目的均以其各自全文引用的方式并入本文中。该颗粒可以具有任意希望的形状和尺寸。例如，颗粒可以是片状的，可以是有棱角的，可以是结节状的，以及可以是上述的混合或者变形。该颗粒通常具有至少约60目的筛选尺寸分布，在一些实施方式中为约60目到约325目，在一些实施方式中为约100目到约200目。此外，比表面积为约0.1到约10.0m2/g，在一些实施方式中为约0.5到约5.0m2/g，在一些实施例中为约1.0到约2.0m2/g。这里的术语“比表面积”是指由Bruanauer，Emmet和Teller在《美国化学学会》，第60卷，1938，第309页上发表的用氮气作为吸附气体的物理气体吸附法(B.E.T)所测定的表面积。同样地，体积(或Scott)密度通常为约0.1到约5.0克每立方厘米(g/cm3)，在一些实施方式中为约0.2到约2.5g/cm3以及在一些实施方式中为约0.5到约1.5g/cm3。如果需要，可以对颗粒进行机械研磨，以将颗粒研磨成更小的尺寸。可以使用研磨技术中的任意一种以形成理想的颗粒特性。例如，可以将粉末分散在流体媒质中(例如，乙醇、甲醇、氟化的流体等)以形成浆体。然后该浆体在碾磨机中与一种研磨媒质(例如，金属球例如钽)相混合。可以在本发明中使用的碾磨机的例子在以下美国专利中有描述Nos.5,522,558；5,232,169；6,126,097和6,145,765，这些专利整体并入此处作为参考。碾磨后，液体媒质可以从粉末中被分离或者去除，例如风干，加热，过滤，蒸发等。例如，可选地，粉末可以经过一个或多个酸浸步骤以去除金属杂质。这些酸浸的步骤是现有技术，可以采用多种酸，例如无机酸(如盐酸、氢溴酸、氢氟酸、磷酸、硫酸、硝酸等)，有机酸(例如，柠檬酸、酒石酸、蚁酸、草酸、苯甲酸、丙二酸、琥珀酸、己二酸、邻苯二甲酸等)等等。尽管不是必需的，但是也可以采用任何已知技术烧结颗粒。典型的烧结技术包括，例如，在真空或者在惰性气氛中并在约800℃至约1400℃之间，进行一步或多多步加热处理，总的加热时间为30至60分钟。如果需要，也可以在存在掺杂物的情况下用烧结阻滞剂对颗粒进行掺杂，例如酸的水溶液(例如，磷酸)。添加的掺杂物的数量部分取决于颗粒的表面积，但是数量通常不超过200百万分之一(“ppm”)。掺杂物可以在热处理步骤之前，之中，和/或之后加入。颗粒还可以经过一步或多步脱氧处理，以提高阳极的延展性和减少漏电流。例如，颗粒可以被暴露于消气材料(例如，镁)，例如美国专利US4,960,471所描述的，此专利整体并入此处作为参考。脱氧温度可以变化，通常的范围是约700℃至约1600℃，在一些实施方式中约750℃至约1200℃，在一些实施方式中从约800℃至约1000℃。脱氧处理的总时间范围可以在约20分钟至约3小时。脱氧也可以优选在惰性气氛(例如，氩气)下进行。脱氧处理完成后，镁或者其他消气材料通常被蒸发掉，并且在炉的冷壁上形成沉淀。然而，为了确保去除消气材料，颗粒可以经过一步或多步酸浸处理，例如使用硝酸，氢氟酸等。一旦形成了颗粒，可以将颗粒与粘合剂和/或润滑剂混合，以形成在压制后仍能粘合在一起的粉末。例如，通常用于钽粉末的粘合剂可以包括樟脑、硬脂酸和其他皂性脂肪酸(soapyfattyacids)、聚乙二醇(UnionCarbide)、甘酞树脂(GeneralElectric)、聚乙烯醇、萘、植物蜡(vegetablewax)和微晶蜡(microwaxes)(纯化石蜡)。所述粘合剂可以在溶剂中溶解或者分散。典型的溶剂可以包括丙酮、甲基异丁基酮、三氯甲烷、氟化烃(氟利昂)(DuPont)、醇，以及氯代烃类(四氯化碳)。使用时，粘合剂和/或润滑剂的含量占总质量的百分比在约0.1％到约4％的范围内。然而，可以理解，粘合剂和润滑剂在本发明中并非是必须的。然后可以采用多种粉末压模中的任意一种来压实粉末。例如，可以采用的压模是，包括一个模子和一个或者多个冲头的单工位压机。可选地，可以使用仅包括一个模子和一个下冲头的砧台式压机。单工位压机模可以是几种基本类型，例如凸轮，肘杆/转向节和偏心轮/曲柄压机，其具有不同的性能，例如单动，双动，浮动冲模，移动模板，对置柱塞(opposedram)，转动，冲压，热压，压印或者定径(sizing)。该粉末可以围绕阳极导线(例如，钽导线)被压实。优选地，在压制和/或烧结阳极主体后，阳极导线可选地附着(例如，焊接)在阳极上。在压实后，任何粘合剂/润滑剂可以在真空条件下在某一温度(例如约150℃到约500℃)通过加热球团几分钟予以去除。或者，粘合剂/润滑剂还可以通过将球团与水溶液接触来予以去除，例如在Bishop等人的美国专利US6,197,252中描述的那样，该专利文献对于所有目的通过参考整体并入本文中。此后，该球团被烧结以形成一种多孔的整块。烧结可以在还原性气氛中进行，例如真空，惰性气体，氢气等。该还原性气氛的压强在约1托(Torr)至约2000Torr之间，在一个实施方式中，为约10Torr至约1000Torr，在一个实施方式中，为约100Torr至约900Torr。还可以采用氢气与其他气体(例如，氩气和氮气)的混合物。可以使用常规的对金属进行热处理所使用的任何热处理设备和加热炉进行烧结。烧结的温度、还原性气氛和时间依赖于多种因素，例如，颗粒的类型。通常，烧结的温度从约800℃到约2000℃的温度下进行，在一些实施方式中，从约900℃到约1900℃的温度下进行，在一些实施方式中，从约1100℃到约1800℃的温度下进行，时间为约5分钟至约100分钟，在一些实施方式中，从约30分钟至约60分钟。除了上述技术，本发明也可以使用任何其他的用于形成阳极的技术，诸如在Galvagni的美国专利US4,085,435、Sturmer等人的美国专利US4,945,452、Galvagni的美国专利US5,198,968、Salisbury的美国专利US5,357,399、Galvagni等人的美国专利US5,394,295、Kulkarni的美国专利US5,495,386和Fife的美国专利US6,322,912中对此进行了描述，以上所列的专利文献对于所有目的均通过参考以其各自全文并入本文中。根据本发明，使用非金属元素处理烧结的阳极主体。对阳极的处理可以使用多种现有技术中的任何一种完成，例如，浸渍、喷涂、刷涂、涂覆等。在一个实施方式中，烧结的阳极简单地浸入溶液中，该溶液含有用于供给非金属元素的化合物(例如，磷酸)。任何能够供给非金属元素并且不会对阳极的电性能带来极大的负面影响的化合物都可以适用于处理阳极。在一个实施方式中，该化合物可以是磷酸(例如，正磷酸、亚磷酸、次磷酸、焦磷酸(diphosphoricacid)、焦磷酸(pyrophosphoricacid)、三磷酸、四磷酸、偏磷酸)，以及它们的盐或者酯，例如磷酸铵、磷酸镓、磷酸烷基酯等。如果需要，一种化合物(例如含磷的化合物)和另一种化合物的混合物，例如包含氮的碱性有机化合物(例如，氨、伯胺、仲胺、环胺，吡啶族化合物以及喹啉以及吡咯族的化合物)。处理溶液通常是液态的，例如一种溶液(例如，水溶液或非水溶液)，分散体，熔融体等。溶液中通常使用的溶剂，例如水(例如，去离子水)；醚(例如，二乙醚和四氢呋喃)；醇(例如，甲醇，乙醇，正丙醇，异丙醇，和丁醇)；甘油三脂；酮(例如，丙酮，甲基乙基酮，和甲基异丁基酮)；酯(例如，醋酸乙酯，醋酸丁酯，二乙二醇醋酸酯，和甲氧基丙基醋酸酯(methoxypropylacetate))；酰胺(例如，二甲基甲酰胺，二甲基乙酰胺，二甲基辛酸/癸酸脂肪酸/酰胺和N-烷基吡咯烷酮)；腈(例如，乙腈，丙腈，丁腈和苄腈)；亚砜或者砜(例如，二甲基亚砜(DMSO)和环丁砜)；等等。溶剂含量可以是溶液的约50wt.％至约99.9wt.％，在一些实施方式中从约75wt.％至约99wt.％，在一些实施方式中从约80wt.％至约95wt.％。类似地，用于供给非金属元素的化合物的含量是溶液的约0.1wt.％至约50wt.％，在一些实施方式中从约1wt.％至约25wt.％，在一些实施方式中从约5wt.％至约20wt.％。虽然不是必需的，但是水溶剂(例如，水)的使用通常应有助于完成表面处理，并且不会污染阳极。事实上，水的含量可以是溶液中所使用的溶剂的约50wt.％或更多，在一些实施方式中约70wt.％或更多，在一些实施方式中约90wt.％至100wt.％。为了获取介电性能的理想改进，以阳极的重量计，非金属元素的含量为约100百万分之一(“ppm”)或者更多，在一些实施方式中为200ppm或者更多，在一些实施方式中为400ppm或者更多，在一些实施方式中为500ppm或者更多，在一些实施方式中为800ppm或者更多，在一些实施方式中为1,000ppm或者更多，在一些实施方式中为1,500ppm至约10,000ppm，在一些实施方式中为3,000ppm至约5,000ppm。得到的经处理的阳极的厚度可以相对较小，以提高电容的电性能。例如，电容主体的厚度为约4毫米或者更少，在一些实施方式中，从约0.2至约3毫米，在一些实施方式中，从约0.4至约1毫米.这种相对较小的阳极厚度(也即，“低轮廓(profile)”)有助于散除由高的荷质比粉末产生的热量，同时还提供了更短的传输路径以使得ESR和电感最小化。还可以选择适当的阳极形状以改善得到的电容的电性能。例如，阳极主体可以是弯曲的、正弦波型、矩形的、U型的、V型的，等等。阳极主体还可以是“槽”形的，在该“槽”中含有一个或多个沟、槽、凹陷或者锯齿形缺口，以增加表面积与体积比，从而使得ESR最小化并扩展了电容的频率响应。此类“槽”形阳极在例如Webber等人的美国专利US6,191,936，Maeda等人的美国专利US5,949,639，Bourgault等人的美国专利US3,345,545以及Hahn等人的美国发明申请公开2005/0270725中进行了描述，以上所列的专利文献对于所有目的均以其各自全文引用的方式并入本文中。可以对阳极主体进行阳极化处理，从而形成一个介电层。阳极化处理是一个电化学过程，通过该过程，阳极被氧化以形成一种具有相对较高介电常数的材料。例如，氧化铌(NbO)阳极可以被阳极化以形成五氧化二铌(Nb2O5)。通常，阳极化处理初始时在阳极上施加电解质，例如，将阳极浸入电解质。根据本发明的以非金属元素对烧结的阳极进行处理可以发生在阳极化处理之前和/或之后。在某些实施方式中，可以采用多个阳极化处理步骤。在这些例子中，处理可以发生在第一个阳极化步骤之前，在独立的阳极化步骤之间，等。例如，可以采用两个独立的阳极化步骤。在该具体的实施方式中，采用非金属元素进行的处理发生在第一阳极化处理步骤之前和/或在第一和第二阳极化处理步骤之间。阳极化电解质通常是液态的形式，例如一种溶液(例如，水性溶液或非水性溶液)，分散体，熔融体，等。通常在电解质中采用如上所述的溶剂。电解质是离子导电的，在测试温度为25℃下，它的离子电导率可以为约1毫西门子每厘米(“mS/cm”)或更大，在一些实施方式中为约30mS/cm或更大，在一些实施方式中，为约40mS/cm至约100mS/cm。为了提高电解质的离子电导率，可以使用一种能够在溶剂中离解形成离子的化合物。适合此目的的离子化合物可以包括，例如，酸，例如盐酸，硝酸，硫酸，磷酸，多聚磷酸，硼酸，烃基硼酸(boronicacid)，等；有机酸，包括羧酸，例如丙烯酸，甲基丙烯酸，丙二酸，丁二酸，水杨酸，磺基水杨酸，己二酸，马来酸，苹果酸，油酸，没食子酸，酒石酸，柠檬酸，蚁酸，醋酸，乙醇酸，草酸，丙酸，酞酸，异酞酸，戊二酸，葡萄糖酸，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，例如甲磺酸，苯磺酸，甲苯磺酸，三氟甲磺酸，对苯乙烯磺酸，萘二磺酸，羟基苯磺酸，十二烷基磺酸，十二烷基苯磺酸，等；聚酸，例如聚(丙烯酸)或聚(甲基丙烯酸)和它们的共聚物(例如，马来酸-丙烯酸，磺酸-丙烯酸，和苯乙烯-丙烯酸共聚物)，角叉酸(carageenicacid)，羧甲基纤维素，藻酸，等；等等。选择离子化合物的浓度以获得所需的离子电导率。例如，酸(例如，磷酸)的含量可以是电解质的约0.01wt.％至约5wt.％，在一些实施方式中从约0.05wt.％至约0.8wt.％，在一些实施方式中从约0.1wt.％至约0.5wt.％。如果需要，可以在电解质中应用离子化合物的混合物。同样地，溶剂的含量可以是电解质的约50wt.％至约99.9wt.％，在一些实施方式中从约75wt.％至约99wt.％，在一些实施方式中从约80wt.％至约95wt.％。在电解质中通电流以形成介电层。通过电压值控制介电层的厚度。例如，电源可以被首先设置成恒电流模式直到达到所需电压。然后，电源被转换到恒电位模式以确保在阳极的表面之上形成所需的电介质厚度。当然，也可以应用其他已知的技术，例如脉冲或者步进的恒电位法。电压的通常范围从约4至约200V，在一些实施方式中从约9至约100V。在阳极氧化过程中，电解质可以被保持在一个较高的温度，例如30℃或更高，在一些实施方式中从约40℃至约200℃，在一些实施方式中从约50℃至约100℃。也可以在室温或更低的温度下进行阳极氧化。得到的介电层可以形成在阳极表面上或者它的孔隙中。一旦形成介电层，可选的，可以施加保护层，例如由相对绝缘的树脂材料(天然的或者人工合成的)制成的保护层。这类材料的电阻率可以高于约10Ω/cm，在一些实施方式中高于约100Ω/cm，在一些实施方式中高于约1,000Ω/cm，在一些实施方式中高于约1×105Ω/cm，在一些实施方式中高于1×1010Ω/cm。可以应用于本发明的一些树脂材料包括但不限于，聚氨酯，聚苯乙烯，不饱和或饱和脂肪酸酯(例如，甘油酯)，等等。例如，适合的脂肪酸酯包括但不限于，月桂酸酯，豆蔻酸酯，棕榈酸酯，硬脂酸酯，桐酸酯，油酸酯，亚油酸酯，亚麻酸酯，紫胶桐酸酯，紫胶酸酯，等等。这些脂肪酸酯被发现当用于较复杂的组合物中以形成“干性油”时是非常有用的，所述干性油可以使得到的薄膜快速聚合形成稳定的层。这类干性油包括一-，二-，和/或者三-甘油酯，所述一-，二-，和/或者三-甘油酯的主链分别具有一个，两个，三个酯化的脂肪酰残基。例如，可以使用的一些适合的干性油包括但不限于，橄榄油，亚麻油，蓖麻油，桐油，豆油，和虫胶。这些和其他的保护层材料在Fife等的美国专利No.6,674,635中有更详细的描述，在此以全文引用的形式引用作为参考。之后，阳极化的部分可以经过一个步骤以形成阴极，该阴极包括固体电解质，例如二氧化锰，导电聚合物，等。二氧化锰固体电解质可以，例如，通过热解硝酸锰(Mn(NO3)2)形成。这类技术在例如Sturmer等的美国专利No.4,945,452中有描述，在此以全文引用的形式引用作为参考。可选地，可以应用导电聚合物涂层，该涂层含有一种或者多种聚杂环(例如，聚吡咯，聚噻吩，聚(3，4-乙烯二氧噻吩)(PEDT)，聚苯胺)；聚乙炔；聚对苯撑；聚酚盐和它们的衍生物。此外，如果需要，导电聚合物涂层可以由多个导电聚合物层形成。例如，在一个实施方式中，导电聚合物阴极可以包括由PEDT形成的一层和由聚吡咯形成的另一层。可以采用不同的方法将导电聚合物施加在阳极部分上。例如，传统的技术如电引发聚合，丝网印刷，浸渍，电镀，和喷涂，可以被应用于形成导电聚合物涂层。在一个实施方式中，例如，将一种或多种用于形成导电聚合物(例如，3，4-乙烯二氧噻吩)的单体可以首先与聚合催化剂混合形成溶液。例如，一种适合的聚合催化剂是CLEVIOSC，它是H.C.Starck销售的甲苯-磺酸铁(铁是三价)。CLEVIOSC是可以从市场上买到的CLEVIOUSM的催化剂，CLEVIOUSM为3，4-乙烯基二氧噻吩，它是一种同样由H.C.Starck公司销售的PEDT单体。一旦形成催化剂分散体，阳极部分被浸于分散体，从而在阳极部分的表面上形成聚合物。可选地，催化剂和单体可以被单独地施加在阳极部分。在一个实施方式中，例如，催化剂可以被溶于溶剂(例如，丁醇)，然后作为一种浸渍溶液被施于阳极部分。然后干燥阳极部分以去除溶剂。然后，将阳极部分浸渍于含有适合的单体的溶液。一旦单体接触含有催化剂的阳极部分的表面，单体即在其上化学聚合。此外，催化剂(例如，CLEVIOSC)也可以与用于形成可选的保护涂层的材料(例如，树脂材料)混合。在这种情况下，阳极部分可以在之后被浸于含有单体(CLEVIOSM)的溶液。结果是，单体能够接触保护涂层的表面之中和/或之上的催化剂并与之反应形成导电聚合物涂层。虽然以上描述了不同的方法，但是应该理解成任何可以用于施加导电涂层于阳极部分的其他方法也可以被用于本发明。例如，其他施加这类导电聚合物涂层的方法在以下美国专利中有描述Sakata等的美国专利US5,457,862，Sakata等的美国专利US5,473,503，Sakata等的美国专利US5,729,428，和Kudoh等的美国专利US5,812,367，在此以全文引用的形式引用作为参考。在多数实施方式中，一旦将导电涂层施加于阳极部分后，固体电解质即被修复(healed)。修复(healing)可以在每施加一层固体电解质层之后或者施加全部涂层之后进行。在一些实施方式中，例如，通过将球团浸渍于电解质溶液中修复固体电解质，电解质溶液例如磷酸和/或硫酸溶液，然后施加一恒定电压到溶液中直到电流降低到预定水平。如果需要，这类修复可以通过多个步骤完成。例如，在一个实施方式中，具有导电聚合物涂层的球团被首先浸渍于磷酸并施以约20V的电压，然后被浸渍于硫酸并施以约2V的电压。在此实施方式中，使用第二个低电压硫酸溶液或者甲苯磺酸溶液可以帮助提高得到的电容的电容量并降低耗散系数(DF)。施加上述一些或者全部层后，如果需要，可以清洗球团以去除各种副产物、剩下的催化剂，等等。此外，在一些例子中，在上述的一些或全部浸渍操作后可以进行干燥。例如，为了打开球团的孔隙使它能够接收后续浸渍步骤中的液体，可能需要在施加催化剂后和/或清洗球团后进行干燥。。如果需要，可以可选地分别施加一个碳(例如，石墨)涂层和银涂层。银涂层可以，例如，作为电容的可焊接导体、接触层、和/或电荷收集器，碳涂层可以限制银涂层和固体电解质的接触。这类涂层可以覆盖部分或者全部固体电解质。然后可以采用已知的技术截断生成的电容元件。参考图1和图2，例如，示出了电容元件30的一个实施方式，其通常具有矩形的形状并分别包括前表面36，后表面38，顶面37和底面39，以及侧表面32(图中仅示出了其中的一个)。阳极导线34沿纵轴方向(“y”方向)从电容元件30的前表面36伸出。进一步如图2所显示，电容元件30包括阳极主体50，覆盖在阳极主体50上的介电层52，覆盖在介电层52上的固体电解质层54，覆盖在固体电解质层54上的石墨层56，以及覆盖在石墨层56上的银层58。当然，应该理解成，这些层可以施加于电容的任何表面，不一定需要以图示的方式施加。在形成了电容元件30后，可以分别将阳极和阴极端子与阳极导线34和固体电解质层54相连(通过石墨和银层)。如现有技术中已知的，端子的特定的配置可以变化。参考图3，例如，示出了一个实施方式，包括阳极端子70，阴极端子80。在该特定的实施方式中，阴极端子包括与第二部分84大致垂直放置的第一部分82。第一部分82与电容元件30的底表面39电接触，而第二部分84与电容元件30的后表面38电接触。为了将电容元件30与阴极端子80粘在一起，可以使用现有技术中的导电粘合剂。这些导电粘合剂，例如，包含导电金属颗粒的树脂组合物。金属颗粒可以是银，铜，金，铂，镍，锌，铋等。树脂组合物可以包括热固性树脂(例如，环氧树脂)，固化剂(例如，酸酐)，和偶联剂(例如，硅烷偶联剂)。适合的导电粘合剂在Osako等的美国专利申请No.2006/0038304中有描述，在此以全文引用的形式并入本文中。阳极端子70包括与第二部分74大致垂直放置的第一部分76。第二部分74包括容纳阳极导线34的区域。在示出的实施方式中，区域51具有U型以进一步加强导线34的表面接触和机械稳定性。然后通过激光器90将阳极导线34焊接至区域51。在电容元件连接至端子后，其被封装在树脂外壳中，然后，该外壳被二氧化硅或者其他已知的封装材料所填充。外壳的宽度和长度可以依据需要的应用而改变。然后，外壳的总厚度通常很小，使得得到的组件可以集成至低轮廓(lowprofile)的产品(例如，IC卡)上。例如，外壳的厚度可以在4毫米或者更小的范围内变化，在一些实施方式中，从约0.1至约2.5毫米，在一些实施方式中，从约0.15至约2.0毫米。合适的外壳包括，例如，“A”，“B”，“H”或者“T”外壳(AVX公司)。参考图4，例如，这种用于封装电容组件100的封装外壳的一个特定的实施方式如元件88所示。封装外壳88为电容组件100提供了附加的结构和热保护。在封装之后，各自的阳极和阴极的露出的部分可以被老化(aged)、遮蔽(screened)或者裁剪。如果需要，露出的部分可以被沿着外壳88的外部弯曲两次(例如，大致90°角度)。作为本发明的结果，可以形成具有极佳电性能的电容。例如，本发明的电容通常具有低于1000毫欧姆(mohms)的ESR，在一些实施方式中，为低于500mohms，在一些实施方式中，为低于100mohms。电容的等效串联电阻通常指的是在电子线路的充电和放电时电容类似于电阻的作用的程度，其通常表示为与电容串联的电阻。此外，本发明的电容可以将产生的漏电流保持在较低的程度，所述漏电流通常指的是通过绝缘体从一个导体流到相邻的另一个导体的电流。例如，本发明正常漏电流的数值，在一些实施方式中，为低于约0.1μA/μF*V，在一些实施方式中，为低于约0.01μA/μF*V，在一些实施方式中，为低于约0.001μA/μF*V，其中，μA是微安培，μF*V是电容值和额定电压的乘积。类似地，本发明电容的击穿电压可以至少约10伏，在一些实施方式中为至少约15伏，在一些实施方式中为至少约20伏，在一些实施方式中从约20伏至约100伏。电容的击穿电压可以通过在恒定的电流下以0.5伏的增量增加施加的电压以确定。电容损坏时的电压为击穿电压。可以通过下面的例子更好地理解本发明。测试过程等效串联电阻(ESR)，电容，损耗因子用Keithley3330型高精密LCZ表以开尔文导线(KelvinLeads)以及0伏偏置和1伏信号来测量等效串联电阻和阻抗。其工作频率为100kHz。用Keithley3330型高精密LCZ表以开尔文导线以及2伏偏置和1伏信号来测量电容和损耗因子。其工作频率为120Hz，温度为23℃±2℃。漏电流用MantracourtElectronicLTD，UK制造的MC190型漏电测试装置来测量漏电流(“DCL”)。该MC190型测试装置在25℃的温变下以及在特定的额定电压下10秒后对漏电流进行测量。寿命试验对于电容的寿命测试，将电容焊接在测试板上，并放入在特定的电压下(例如10.56或者16V)以及温度(85℃，105℃，或125℃)的烤箱中。在测试前和后测量漏电流。如果该值高于特定的限度(例如，1μA)，该样本被指定为“拒绝”-“rej”。如果该值高于短路电流(例如，179μA)，将样本指定为“SC”。实例1NbO粉末(HCStarck，80,000μF*V/g)初始时嵌入钽导线并在顶/底压紧机器上压实至3.4g/cm3的密度。然后，通过将球团置于在400℃至500℃下的氮气氛中去除粘合剂。然后在1520℃下的氩气氛中对球团烧结10分钟。在烧结后，将NbO阳极的两个样本(样本1-2)在含有14wt.％H3PO4的溶液中浸湿1分钟(慢慢倒出，decant)，在100℃下烘干2小时，然后，在245℃下烤30分钟。对于样本2，重复上述步骤2次。为了对阳极进行阳极化处理，将他们浸在具有导电率为8.6±0.3mS/cm以及温度为85±5℃弱磷酸/水溶液中，施加电压65V，且电流高于100mA/g，并用去离子水冲洗。根据现有技术，对整个部分施加二氧化锰阴极层。然后，在室温中将该部分浸入石墨分散系中，然后在125℃下修复30分钟。然后，在室温下将该部分浸入银分散系，然后在125℃下修复30分钟。一旦形成了电容元件，将其激光焊至导线框架，并进行封装(“A”外壳尺寸，2.2μF/16V)。测量各种电参数，并对多个电容进行寿命测试。结果显示如下.正如所示的，样本1和2主要在105℃下显示了改善的寿命测试。样本的击穿电压如图5所示，显示出通过在14wt.％H3PO4中浸渍/烘烤，其最小的击穿电压值得到了改善。实例2NbO粉末(HCStarck，80,000μF*V/g)初始时嵌入钽导线并在顶/底压紧机器上压实至3.4g/cm3的密度。然后，通过将球团置于在400℃至500℃下的氮气氛中去除粘合剂。然后在1520℃下氩气氛中对球团烧结10分钟。在烧结后，将NbO阳极的三个样本(样本3-5)在含有14wt.％H3PO4的溶液中浸湿1分钟(慢慢倒出，decant)，在100℃下烘干2小时，然后，在245℃下烤30分钟。对于样本4和5，分别重复上述步骤各2次和5次。为了对阳极进行阳极化处理，将他们浸在具有导电率为8.6±0.3mS/cm以及温度为85±5℃弱磷酸/水溶液中，施加电压12.5V，且电流高于100mA/g，并用去离子水清洗。根据现有技术，对整个部分施加二氧化锰阴极层。然后，在室温中将该部分浸入石墨分散系中，然后在125℃下修复30分钟。然后，在室温中将该部分被浸入的银分散系，然后在125℃下修复30分钟。一旦形成了电容元件，将其激光焊至导线框架，并进行封装(“B”外壳尺寸，100μF/6.3V)。测量各种电参数，并对多个电容进行寿命测试。结果显示如下.正如所示的，样本3和5主要在105℃下显示了改善的寿命测试结果。样本的击穿电压如图6所示，显示出通过在14wt.％H3PO4中的浸渍/烘烤，其最小的击穿电压值得到改善了。实例3NbO粉末(HCStarck，80,000μF*V/g)初始时嵌入钽导线并在顶/底压紧机器上压实至3.4g/cm3的密度。然后，通过将球团置于400℃至500℃下的氮气氛中去除粘合剂。然后在1520℃下的氩气氛中对球团烧结10分钟。在烧结后，将NbO阳极的样本(样本6)在含有2.3wt.％H3PO4的溶液中浸湿1分钟(慢慢倒出，decant)，在100℃下烘干2小时，然后，在245℃下烤30分钟。重复上述步骤5次。为了对阳极进行阳极化处理，将他们浸在具有导电率为8.6±0.3mS/cm以及温度为85±5℃弱磷酸/水溶液中，施加电压65V，且电流高于100mA/g，并用去离子水清洗。对整个部分施加现有的二氧化锰阴极层。然后，在室温中将该部分浸入石墨分散系中，然后在125℃下修复30分钟。然后，在室温中将该部分浸入银分散系，并在125℃下修复30分钟。一旦形成了电容元件，将其激光焊至导线框架，并进行封装(“A”外壳尺寸，2.2μF/16V)。测量各种电参数，并对多个电容进行寿命测试。结果显示如下.正如所示的，对于掺入2.3wt.％H3PO4的溶液中的16V下的样本没有明显的改善。样本的击穿电压如图7所示，显示了通过浸入/烘烤2.3wt.％H3PO4最小的击穿电压值改善了。实例4NbO粉末(HCStarck，80,000μF*V/g)初始时嵌入钽导线并在顶/底压紧机器上压实至3.4g/cm3的密度。然后，将将球团置于400℃至500℃下氮的气氛中去除粘合剂。然后在1520℃下氩的气氛中对球团烧结10分钟。为了对阳极进行阳极化处理，将他们浸在具有导电率为8.6±0.3mS/cm且温度为85±5℃的弱磷酸/水溶液中，施加电压65V，且电流高于100mA/g，并用去离子水清洗。然后，将该样本(样本7)在含有2.3wt.％H3PO4的溶液中浸湿30分钟(慢慢倒出，decant)(不清洗)，在100℃下烘干2小时，然后，在245℃下烤30分钟，然后进行附加的成形步骤。对整个部分施加现有的二氧化锰阴极层。然后，在室温中将该部分浸入石墨分散系中，然后在125℃下修复30分钟。然后，在室温中将该部分浸入银分散系，并在125℃下修复30分钟。一旦形成了电容元件，将其激光焊至导线框架，并进行封装(“A”外壳尺寸，2.2μF/16V)。测量各种电参数，并对多个电容进行寿命测试。结果显示如下.样本的击穿电压如图8所示，显示出通过2.3wt.％H3PO4的浸渍/烘烤，最小的击穿电压值得到了改善。实例5NbO粉末(HCStarck，80,000μF*V/g)初始时嵌入钽导线并在顶/底压紧机器上压实至3.4g/cm3的密度。然后，通过将球团置于400℃至500℃下氮的气氛中去除粘合剂。然后在1520℃下氩的气氛中对球团烧结10分钟。在烧结后，将NbO阳极样本(样本8)在含有2.3wt.％H3PO4的溶液中浸湿1分钟(慢慢倒出，decant)，在100℃下烘干2小时，然后，在245℃下烤30分钟。对于样本9，重复上述步骤5次。为了对阳极进行阳极化处理，将他们浸在具有导电率为8.6±0.3mS/cm且温度为85±5℃的弱磷酸/水溶液中，施加电压12.5V，且电流高于100mA/g，并用去离子水清洗。在1成形步骤后，将第三样本(样本10)浸入磷酸溶液中30分钟，干燥(不清洗)，在245℃下烤30分钟，然后进行附加的成形步骤。第四NbO阳极样本(样本11)在烧结后浸入10wt.％磷酸酯STEPFAC8170(烷基苯氧基聚乙氧基乙醇的磷酸酯，phosphateesterofanalkylphenoxypolyethoxyethanol)溶液中30分钟，然后进行干燥和烘烤。对整个部分施加现有的二氧化锰阴极层。然后，在室温中将该部分浸入石墨分散系中，然后在125℃下修复30分钟。然后，在室温中将该部分浸入银分散系，然后在125℃下修复30分钟。一旦形成了电容元件，将其激光焊至导线框架，并进行封装(“B”外壳尺寸，100μF/6.3V)。测量各种电参数，并对多个电容进行寿命测试。结果显示如下.正如所示的，样本显示了改善的寿命测试。样本的击穿电压如图9所示，显示出通过14wt.％H3PO4或STEPFAC的浸入/烘烤，其最小的击穿电压值得到改善。实例6NbO粉末(HCStarck，80,000μF*V/g)初始时嵌入钽导线并在顶/底压紧机器上压实至3.4g/cm3的密度。然后，通过将球团置于400℃至500℃下的氮气氛中去除粘合剂。然后在1520℃下氩的气氛中对球团烧结10分钟。为了对阳极进行阳极化处理，将它们浸入具有导电率为8.6±0.3mS/cm以及温度为85±5℃的弱磷酸/水溶液中，施加电压6V，且电流高于100mA/g，并用去离子水清洗。然后，在1成形步骤后，将样本(样本12)浸入2.3wt.％H3PO4的溶液中30分钟，干燥，然后在245℃下烤30分钟，然后进行其他的附加成形步骤。对整个部分施加现有的二氧化锰阴极层。然后，在室温中将该部分浸入石墨分散系中，然后在125℃下修复30分钟。然后，在室温中将该部分浸入银分散系，然后在125℃下修复30分钟。一旦形成了电容元件，将其激光焊至导线框架，并进行封装。测量各种电参数，并对多个电容进行寿命测试。结果显示如下。在不偏离本发明的精神和范围的情况下，本领域的普通技术人员可以实施本发明的这些或其他的改进和变化。另外，应理解，各种实施方式的方面可整体或部分地互换。此外，本领域的普通技术人员能认识到上述描述仅仅是举例，不用于限制在所附权利要求中进一步描述的本发明。权利要求1.一种固体电解电容，包括阳极，该阳极包括限定了表面的多孔的烧结主体，其中，该主体经过处理，使得其表面包括具有基态电子排布的非金属元素，该电子排布在能级为三或者更高时具有五个或者更多的价电子；覆盖在所述阳极上的介电层；以及阴极，所述阴极包括覆盖在所述介电层上的固体电解质层。2.根据权利要求1所述的固体电解电容，其中，所述多孔的烧结主体包含铌、钽、矾的氧化物，或者是它们的混合。3.根据权利要求1所述的固体电解电容，其中，所述多孔的烧结主体包含铌原子与氧原子的比为1∶低于1.5的铌的氧化物。4.根据权利要求1所述的固体电解电容，其中，所述多孔的烧结的主体包含铌原子与氧原子的比为1∶1.0±0.1的铌的氧化物。5.根据权利要求1所述的固体电解电容，其中，所述多孔的烧结主体包含钽。6.根据权利要求1所述的固体电解电容，其中，所述非金属元素包括磷、砷、锑，或者是它们的混合。7.根据权利要求1所述的固体电解电容，其中，所述非金属元素包括磷。8.根据权利要求1所述的固体电解电容，其中，所述阴极包括覆盖在所述固体电解质层上的至少一个附加层，所述附加层包括碳层，银层，或者它们的混合。9.根据权利要求1所述的固体电解电容，还包括从所述多孔的烧结主体伸出的阳极导线。10.根据权利要求9所述的固体电解电容，还包括阴极端子，该阴极端子与所述固体电解质层电连接；阳极端子，该阳极端子与所述阳极电连接；以及外壳，该外壳封装所述电容并将至少部分所述阳极和所述阴极端子露出。11.根据权利要求1所述的固体电解电容，其中，所述固体电解质层包含导电聚合物。12.根据权利要求1所述的固体电解电容，其中，所述固体电解质层包含二氧化锰。13.根据权利要求1所述的固体电解电容，其中，所述电容的击穿电压为至少16伏。14.一种用于形成电容阳极的方法，该方法包括压缩包含导电颗粒的粉末，以形成压实的球团；烧结所述压实的球团；以及将所述烧结的球团与含有化合物的溶液接触，所述化合物含有具有基态电子排布的非金属元素，该基态电子排布在能级为三或者更高时具有五个或者更多的价电子。15.根据权利要求14所述的方法，其中所述压实的球团在约1100℃至约1800℃下被烧结。16.根据权利要求14所述的方法，其中所述化合物包括磷酸，磷酸盐，磷酸酯，或者它们的混合。17.根据权利要求14所述的方法，其中所述化合物包括正磷酸。18.根据权利要求14所述的方法，其中将所述烧结的球团浸入溶液。19.根据权利要求14所述的方法，其中所述化合物的含量是溶液的约0.1wt.％至约50wt.％。20.根据权利要求14所述的方法，其中所述化合物的含量是溶液的约5wt.％至约20wt.％。21.根据权利要求14所述的方法，其中所述颗粒包含铌原子与氧原子的比为1∶1.0±0.1的铌的氧化物。22.根据权利要求14所述的方法，其中，所述颗粒包含钽。23.一种用于形成固体电解电容的方法，该方法包括压缩包含导电颗粒的粉末，以形成压实的球团；烧结所述压实的球团；采用非金属元素处理所述烧结的球团，所述非金属元素具有基态电子排布，该基态电子排布在能级为三或者更高时具有五个或者更多的价电子；对所述烧结的球团进行阳极化处理以形成介电层；以及在所述介电层上形成固体电解质层。24.根据权利要求23所述的方法，其中所述压实的球团在约1100℃至约1800℃下被烧结。25.根据权利要求23所述的方法，其中所述对所述烧结的球团进行的处理包括，将所述球团与包含能够给予非金属元素的化合物的溶液相接触。26.根据权利要求25所述的方法，其中所述化合物包括磷酸，磷酸盐，磷酸酯，或者它们的混合。27.根据权利要求25所述的方法，其中所述化合物包括正磷酸。28.根据权利要求25所述的方法，其中将所述烧结的球团浸入溶液。29.根据权利要求23所述的方法，其中所述对处理的球团的阳极化处理包括第一和第二阳极化步骤。30.根据权利要求29所述的方法，其中所述对所述烧结的球团的处理发生在第一和第二阳极化步骤之前。31.根据权利要求29所述的方法，其中所述对所述烧结的球团的处理发生在第一和第二阳极化步骤之间。32.根据权利要求23所述的方法，其中，所述固体电解质层包含导电聚合物。33.根据权利要求23所述的方法，其中，所述固体电解质层包含二氧化锰。34.根据权利要求23所述的方法，其中所述颗粒包含铌原子与氧原子的比为1∶1.0±0.1的铌的氧化物。35.根据权利要求23所述的方法，其中，所述颗粒含有钽。全文摘要一种固体电解电容，包括阳极，覆盖在该阳极上的介电层；覆盖在介电层上的包括固体电解质层的阴极。该阳极包括限定了表面的多孔的烧结主体。对该主体进行处理，使得该表面包括具有稳态电子排布的非金属元素(例如，磷)，所述稳态电子排布在能级为三或者更高时具有五个或者更多的价电子。文档编号H01G9/15GK101814380SQ20091021541公开日2010年8月25日申请日期2009年12月25日优先权日2009年2月20日发明者托马什·卡尔尼克申请人:阿维科斯公司