铝电解电容器用高压阳极铝箔高比容的扩面腐蚀工艺研究

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高压阳极电子铝箔是铝箔的高端产品,它被广泛应用到电子元器件铝电解电容器中,目前随着电子产品朝着体积小型化、集成化的方向发展,也对铝电解电容器的性能提出了更高要求,即在保证性能(高比容)的前提下,尽量使体积减小。因此,研究铝电解电容器小型化,即实现较高的单位静电容量(比电容),不但是目前开发高性能电器产品的关键,还是高比容研究的热点。目前阳极铝箔的扩面腐蚀是提高腐蚀箔比表面积增大比电容的有效方法。本文主要研究了高压阳极铝箔的直流腐蚀工艺,同时研究了缓蚀剂对混合酸腐蚀工艺的影响,从而扩大了蚀箔比表面积增加了比电容,同时又保持了铝箔质量使其不至于过度腐蚀。本文采用失重分析、极化曲线(Tafle)、交流阻抗谱(EIS)、光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)等分析测试方法,较系统的研究了三酸腐蚀液体系中各种工艺及参数对铝箔腐蚀比容的影响,包括腐蚀前期预处理、三酸腐蚀液成分及浓度、腐蚀时间、腐蚀温度、腐蚀电流密度、缓蚀剂的缓释性能等,通过相关的实验结果及分析,得到了相应的腐蚀工艺参数。实验表明,在高压阳极铝箔进行直流电化学腐蚀之前,进行必要的前期预处理,能够较好的改善铝箔表面状态,有利于腐蚀蚀孔的产生及分布均匀性,从而提高其电化学腐蚀效果达到扩面增容的目的。本文分别实验研究了碱处理、酸处理、混合处理、电化学处理等,它们都能在一定程度上提高发孔密度,有效改善铝箔直流电化学腐蚀形貌,扩大腐蚀箔比表面积,最终提高铝箔比容。针对铝箔的扩面腐蚀过程,采用直流发孔和扩孔工艺,通过正交试验和单因素实验的研究,优化了三酸腐蚀液体系的工艺参数,得到了扩孔工艺条件:混合液中HCl H2SO4和H3P04的摩尔浓度分别为2.0mol/L、>1.5mol/L和0.6mol/L,腐蚀液腐蚀直流电流密度为0.3A/cm2,腐蚀时间为60s,腐蚀液温度为70℃。实验结果表明,在混合酸腐蚀工艺因素中,电流密度对蚀箔比容的影响较大,其次是腐蚀温度和时间。腐蚀电流密度小的时候,腐蚀孔密度小孔径较大,相反,当腐蚀电流密度大的时候,腐蚀孔的密度大但是孔径小。腐蚀温度和时间主要影响腐蚀孔的长度和长大。实验显示,在腐蚀扩孔过程中,电流密度对腐蚀扩孔蚀孔的进一步成长影响较大,合适的电流密度有利于蚀孔向深度方向长大,获得较好的扩面效果。孔工艺条件为:腐蚀时间在80s-90s之间,腐蚀电流密度在0.15A/cm2~0.25A/cm2之间的范围,腐蚀液温度取60℃,腐蚀液中盐酸浓度取2mol/L。在前面实验的基础上,研究了缓蚀剂对高压阳极铝箔腐蚀比电容的影响,通过在腐蚀液中添加适量的缓释剂,能够使铝箔腐蚀蚀孔更好的保持原有密度,并且使其分布趋于均匀,不至于发生过度腐蚀现象,导致铝箔失重过大。本实验主要研究了PEG、TU、TETA、PVP等缓释剂对比容的影响。同时配制一定成分的复合缓释剂,初步探究它们对铝箔腐蚀比容的影响,相对无添加缓蚀剂而言,腐蚀箔的失重合适,蚀孔密度和分布相对均匀,腐蚀箔的比容得到了一定程度的提高。缓蚀剂主要是通过吸附作用吸附在铝箔表面,通过自身的极性基团吸附在铝箔表面,疏水基团背离表面形成憎水膜层,起到一定的隔离和保护作用,改变腐蚀箔表面状况。复合缓蚀剂主要是通过协同作用起到应有的缓释作用,最终在保持一定蚀孔密度的前提下,使蚀孔分布更加均匀及失重相对减小,提高腐蚀箔表面质量,从而达到提高了铝箔比电容的目的。
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