[发明专利]一种Al2O3/TiO2复合介质膜铝电极箔的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电子材料技术领域，涉及一种复合介质膜铝电极箔的制备方法，利用本发明制备的铝电极箔主要用于铝电解电容器中。

背景技术

铝电解电容器以其单位体积比率容量高、成本低廉的特点，在电子元器件领域起到不可或缺的作用。铝电解电容器的核心构件是铝电极箔，在铝电极箔表面采用阳极氧化工艺处理后获得的铝氧化介质膜，是铝电解电容器形成电容特性的关键材料。小型化、高性能化、长寿命化是铝电解电容器目前发展的主要方向。

铝电解电容器实现小型化的关键是高比率容量(简称比容)铝电极箔的制备。依据平板电容器静电容量基本公式：C ∝ε₀ε_rS/d，可通过以下三种途径提高铝电极箔比容的技术：第一、减小铝电极箔表面介质膜的厚度d；第二、增加铝电极箔比表面积S；第三、提高铝电极箔表面介质膜的介电常数ε_r。实际上，耐电压特性也是衡量铝电极箔的一个重要指标，铝氧化介质膜的厚度与耐电压密切相关，目前在相同耐电压下，能大幅度减少介质膜厚度的技术手段尚缺乏，因此通过技术途径一实现铝电极箔比容水平大幅度提高的难度很大。目前工业上广泛采用技术途径二提高铝电极箔比容水平，其技术手段是通过在混酸体系中对铝光箔实施化学及电化学的腐蚀扩面处理，在铝电极箔表面形成微观腐蚀坑洞，增加铝电极箔比表面积，从而达到提高铝电极箔比容的目的。长期以来，技术途径二一直是工业上提高铝电极箔比容水平的主要方法。然而，为保证铝电极箔必要的机械强度，电化学腐蚀扩面不能无限进行。近十年来，工业产品的电化学腐蚀扩面倍率已接近理论倍率，通过扩大电极箔比表面积的方法来提高比容日益困难。在该技术途径上，研究人员通过调整铝光箔表面织构，优化腐蚀液体系，采用变频腐蚀电源及多级腐蚀工艺等多种手段使腐蚀箔表面蚀孔形态控制更加精确，蚀孔密度进一步提高，蚀孔不断细化，尽可能逼近理论扩面倍率。但过细的微孔将导致工作电解质浸润困难，引起铝电解电容器损耗上升、阻抗特性与频率特性下降。因此通过技术途径二实现铝电极箔比容水平已经进入瓶颈阶段。

作为目前铝电极箔增容技术的主要方向，利用复合铝介质膜制备技术提高介电常数的方法，亦即技术途径三成为实现铝电解电容器小型化的关键，受到广泛关注。

通常按照传统工艺制备出的铝电极箔介质膜是Al₂O₃，其介电常数在8～10左右，若能将具有高介电特性的金属氧化物(高介电相)引入到铝阳极氧化膜中，可形成高介电常数复合介质膜，能有效提高铝电极箔比容。为能在对铝腐蚀箔进行阳极氧化(工业上称为化成)过程中实现有效复合，通常高介电相选择为阀金属体系的氧化物，如Ta₂O₅(介电常数为28)，Nb₂O₅(介电常数为41)，TiO₂(介电常数为48)等。

目前实现高介电相与Al₂O₃复合的技术手段主要有合金化方法、物理气相沉积(PVD法)、溶胶凝胶法、水解沉积法等。已有专利特开平4-42519通过物理方法沉积Ti金属醇盐制备出高介电常数复合介质膜，但以上技术成膜介电损耗过大，且针对低压段(≤50V)效果并不明显。专利ZL03114518.3通过溶胶凝胶法实现了铁电材料复合介质膜生长技术。溶胶凝胶法所制备铁电材料复合介质膜，由于铁电材料烧结温度较高，在制备过程中铝电极箔容易烧毁，而且整个溶胶凝胶过程周期较长。

发明内容

本发明提供一种Al₂O₃/TiO₂复合介质膜铝电极箔的制备方法，将常规应用于光催化和纳米材料制备领域的阴极电化学沉积技术引入到铝电极箔介质膜制备技术中，通过选择惰性金属阳极以及可溶性钛盐溶液体系，实现在铝电极箔表面预沉积纳米厚度的高介电相，然后通过常规阻挡型铝阳极氧化技术，在铝箔表面制备高介电常数复合介质膜。本方法所制备的铝电极箔，其表面复合介质膜在厚度与传统介质膜厚度相同的情况下，具有更高的介电常数，可有效提高铝电极箔的电容水平。

本发明技术方案如下：

一种Al₂O₃/TiO₂复合介质膜铝电极箔的制备方法，如图1所示，包括以下步骤：