低漏電流低壓電極箔制造技術的研究

劉 慧 王建中

（1、南通海一電子有限公司，江蘇 南通226361 2、南通海星電子股份有限公司，江蘇 南通226361）

低壓電解電容器用鋁電極箔，在經(jīng)過含有鹽酸、硫酸、硝酸和磷酸等混合的水溶液中，進行化學或電化學腐蝕后，箔面附著大量氯離子，硫酸根離子等雜質離子，后續(xù)則采用一定的清洗溶液去除附著的雜質離子，雜質離子的去除程度直接影響了電極箔漏電流的高低。電容器在工作中，電容器產(chǎn)生的熱量分為兩個部分：一是電容器漏電流所造成的發(fā)熱，二是電容器損耗角在紋波電壓作用下產(chǎn)生的熱量。

在一般正常情況下，由漏電流引起的發(fā)熱量較小。電容器在高紋波下工作，由于陽極箔的介質極化滯后導致能量傳遞損失而在介質中產(chǎn)生熱量，長時間高溫的作用使氧化膜介質惡化，導致漏電流增大，漏電流的增大加速介質絕緣性能破壞，如此惡性循環(huán)使氣體大量產(chǎn)生，最后造成電容器鼓氣直至短路失效。因此為適應高端客戶需求，必須大幅減少電極箔雜質離子含量，降低漏電流，從而提升電容器使用壽命。

1 實驗

采用純度99.99 %、擁有高立方織構的97μm 厚度國產(chǎn)軟態(tài)鋁光箔作為原料，將高純鋁箔浸入0.2 mol/L的氫氧化鈉溶液浸泡2 分鐘，接著采用15wt%鹽酸與0.5wt%磷酸的混合溶液，在溫度為50℃、電流密度為0.25A/cm2的交流電條件下，通過55 秒電解反應產(chǎn)生海綿狀的初始蝕孔；然后，在5 個蝕刻槽中進行多次擴孔腐蝕，電解溶液采用10wt%鹽酸，1wt%硫酸，0.5wt%磷酸混合制成，平均電流密度0.12A/cm2，每級加電80 秒。在完成加電腐蝕構成后，腐蝕箔通過含有微泡沫發(fā)生裝置的4wt%～12wt%乙醇酸和0.8wt%～1.6wt%甲酸的混合溶液清洗槽，在50℃下浸泡3 分鐘，接著在20℃純水中浸泡處理，浸泡時間10 分鐘；在清洗工序后將電極箔表面洗凈，取100cm2電極箔，用0.05mol/L氫氧化鈉溶解，運用離子色譜法，測量氯離子和硫酸根離子含量。將另一部分浸泡完成后的鋁箔置于烘箱，在450℃下進行熱處理，處理時間1 分鐘，最后在85℃，含6.0wt%己二酸銨的水溶液中施加20V 的電壓進行化成處理，測試靜電容量。

2 結果與分析

2.1 氣泡流速對雜質離子去除量的影響。在鋁箔腐蝕過程完成后，箔面帶有大量的雜質離子，包括Cl-、SO42-、PO43-等，傳統(tǒng)的清洗模式，由于槽液循環(huán)的缺陷，槽內清洗液流速慢，有效清洗成分更新速度慢，無法達到雜質離子大量去除的目的。能加快槽液流動速率，保證槽內清洗液成分及溫度均勻。通過采用微泡沫發(fā)生裝置，其中進口設定在清洗槽上端，出口設定在下端，兩個出口分別正對箔面兩側，產(chǎn)生的微泡沫自下而上運動。微泡沫的產(chǎn)生促進了箔面與清洗液的反應，使雜質離子快速脫離鋁箔表面，極大優(yōu)化了鋁箔表面狀態(tài)，利于后道熱處理工序氧化皮膜的生成，提升電極箔容量。對于不同氣泡流速下，電極箔雜質離子含量進行對比分析，如表1 所示：

表1 不同氣泡流速下電極箔雜質含量對

從表1 數(shù)據(jù)可以看出，隨著微氣泡流速的提升，電極箔雜質離子去除程度越來越高，當流速為1.4cm/s 時，電極箔雜質離子含量最低，且繼續(xù)提升微氣泡流速，電極箔雜質離子含量達到穩(wěn)定狀態(tài)不再下降，同時當氣泡流速達到1.7cm/s 及以上時，槽液循環(huán)激烈，導致箔面出現(xiàn)晃動現(xiàn)象，易引起折皺、波浪邊等外觀不良。

2.2 有機混酸濃度對雜質離子含量及容量的影響。采用50℃不同濃度的乙醇酸和甲酸混合溶液，微氣泡流速設定為1.4cm/s，對經(jīng)過多級電解腐蝕后的電極箔進行3 分鐘浸泡清洗，在清洗工序后將箔表面洗凈，取100cm2電極箔，用0.05mol/L氫氧化鈉溶解，運用離子色譜法，測量氯離子和硫酸根離子含量，具體數(shù)值對比如圖1所示。如圖1 所示，隨著乙醇酸和甲酸濃度的增加，雜質離子去除程度越來越高，同時甲酸濃度增加對雜質離子去除效果的影響要高于乙醇酸。當乙醇酸濃度為10wt%，甲酸濃度為1.4wt%或1.6wt%時，電極箔雜質離子去除程度最高，殘留量僅為2ppm。為進一步觀測不同混酸濃度下，電極箔容量的變化，將試驗樣片在85℃，含6.0wt%己二酸銨的水溶液中施加20V的電壓進行化成處理，測試靜電容量。測試結果顯示，容量起主要影響因素的為乙醇酸濃度，且隨著乙醇酸濃度的升高，電極箔容量降低。綜合考慮雜質離子去除程度及對電極箔容量的影響，當乙醇酸濃度為10wt%，甲酸濃度為1.4wt%時，電極箔雜質離子去除程度最高，殘留量僅為2ppm，同時，在該混酸濃度下，電極箔容量處于較高水平，達到80.4μf/cm2，對應該條件下，低壓電極箔21Vf 產(chǎn)品漏電流性能測試結果為15μA/cm2，對比常規(guī)條件下降幅度達60%以上，有效支撐電容器產(chǎn)品壽命延長，例行試驗壽命時間超過8000h。將乙醇酸濃度為10wt%，甲酸濃度為1.4wt%與乙醇酸濃度為12wt%，甲酸濃度為1.0wt%條件下電極箔進行掃描電鏡對比分析，如圖2 所示。如圖2所示，當乙醇酸濃度提升至12wt%時，可以發(fā)現(xiàn)右圖出現(xiàn)較多并孔，判斷為高濃度的乙醇酸導致在化學清洗過程中蝕孔間腐蝕加劇，導致大量細小蝕孔并孔塌陷，從而引起電極箔靜電容量的下降。

3 結論

3.1 隨著微氣泡流速的提升，電極箔雜質離子去除程度越來越高，當流速為1.4cm/s 時，電極箔雜質離子含量最低，且繼續(xù)提升微氣泡流速，電極箔雜質離子含量達到穩(wěn)定狀態(tài)不再下降；

圖1 不同混酸濃度下雜質離子含量變化

圖2 不同混酸濃度下蝕孔結構變化

3.2 隨著乙醇酸和甲酸濃度的增加，雜質離子去除程度越來越高，當乙醇酸濃度為10wt%，甲酸濃度為1.4wt%或1.6wt%時，電極箔雜質離子去除程度最高，殘留量僅為2ppm；同時，該條件下，電極箔容量達80.4?f/cm2，處于較高水平。

研究表明，電極箔在化學清洗過程中，采用采用微泡沫發(fā)生裝置，且微氣泡最佳流速為1.4cm/s；同時，有機混酸濃度最佳配比為，乙醇酸濃度10wt%，甲酸濃度1.4wt%，電極箔雜質離子去除程度最高，殘留量僅為2ppm，同時，在該混酸濃度下，電極箔容量處于較高水平，達到80.4μf/cm2。對應該條件下，低壓電極箔21Vf 產(chǎn)品漏電流性能測試結果為15μA/cm2，對比常規(guī)條件下降幅度達60%以上，有效支撐電容器產(chǎn)品壽命延長，例行試驗壽命時間超過8000h。