[发明专利]一种具有高介电常数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，涉及电解电容器用铝电极箔的制备技术，尤其是具有高介电常数复合介质膜铝电极箔的制备方法。

背景技术

微电子产业的高速发展加快了电路系统集成度提高的进程，铝电解电容器作为电子电路中必需但难以集成化的一种分立电子器件，其体积的大小已成为制约电子整机系统小型化的巨大障碍。铝电解电容器的核心构件为铝电极箔，其体积的缩小依赖于铝电极箔比容水平的提高。随着铝电极箔腐蚀技术的不断改进，铝腐蚀箔的扩面倍率已接近理论极限，通过此方法提高铝电极箔的比容已非常困难。因此，通过复合材料制备技术提高铝电极箔介质膜的介电常数，成为目前获得高比容铝电极箔的重要技术途径，是近几年研究和关注的焦点。

铝电解电容器用阳极氧化铝膜的相对介电常数较低，通常为7-10，而阀金属(Ti、Ta、Nb、Zr等)氧化物的相对介电常数要比铝氧化物高，铁电材料钛酸钡、钛酸锶等的相对介电常数更可达几百甚至几万。将这些高介电常数材料引入到铝阳极氧化介质膜中，形成高介电常数复合介质膜，从这一技术思路出发可提高铝电极箔比容，从而提高铝电解电容器的容量，缩小体积。已有的专利(特开平3-131014、EP350108、特开昭55-69291、徐友龙CN 1731549A、ZL03114518.3等)通过物理或者化学方法制备了高介电常数复合介质膜得到，从而有效地提高了铝电解电容器的比电容量。以上技术已经在中高压段铝电极箔中了推广和应用，但在低压段的容量提高效果并不明显，其容量提高幅度距高介电复合的理论容量还相差甚远。大量研究表明，复合介质膜的微观组分及生长状态是决定复合介质膜介电常数的关键因素。传统的复合增容技术大多是通过在铝箔表面直接沉积高介电常数单一相物质，然后阳极氧化形成铝电解电容器用高介电常数介质膜，这种高介电常数介质膜一般呈层状生长。理论计算表明，这种层状复合模式不利于介质膜整体有效介电常数的提高。

近年来，由导电粒子分散到电介质基体中构成复合体系，可以达到成倍提高介质薄膜介电常数的目的备受研究者关注。Bhola N等人(Bhola N.Pal，Bal Mukund Dhar，Kevin C.See andHoward E. Katz.Nature Materials，8(2009)898-903)通过低温液相法制备高介电sodiumbeta-alumina(SBA)体系材料，这种材料具有特殊的二维网状微观结构，使得活泼的Na粒子在AlO_x绝缘层晶格点阵间具有良好的二维传导性，在外场的作用下，这种导电粒子在一定程度上诱导了介质材料的极化，使得材料的介电常数提高，从而增加了单位体积材料所对应的电容量。

技术内容

本发明提供了一种具有高介电复合介质膜的铝电极箔制备方法，首先将SBA与钛酸钡材料体系预先进行复合处理，控制介质相组分及微观存在状态，然后通过传统阳极氧化制备得到高介电复合介质膜。此方法可有效制备高比容复合介质膜，且具有成本低廉、操作简单易控制的特点，可与目前电化学腐蚀扩面生产线及化成生产线实现联动生产。

本发明技术方案如下：

一种具有高介电常数复合介质膜铝电极箔的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：将硝酸铝与亚硫酸氢钠同时溶解于乙二醇甲醚中，室温下搅拌得到溶液一，控制溶液一浓度在0.1～0.5mol/L之间，其中硝酸铝与亚硫酸氢钠的摩尔比为1∶1～40∶1之间。

步骤2：将乙酸钡溶解于冰醋酸中，得到溶液二，控制溶液二浓度在0.1～1mol/L之间。

步骤3：将钛酸丁酯溶解于乳酸中，60～80℃下搅拌得到溶液三，控制溶液三浓度在0.1～1mol/L之间。

步骤4：将步骤3所得溶液三缓慢加入步骤2所得溶液二中，得到溶液四，控制钛酸丁酯与乙酸钡的摩尔比为1∶1，同时加入冰醋酸调整溶液四的pH值在1～2之间。

步骤5：将步骤1所得的溶液一加入步骤4所得溶液四中，得到溶液五，控制硝酸铝与乙酸钡的摩尔比为1∶5～1∶50之间；然后将溶液五陈化处理20小时以上。

步骤6：将铝腐蚀箔浸渍于步骤5所得陈化处理后的溶液五中1～10分钟，然后取出，用离子水清洗并烘干。

步骤7：将经步骤6处理过的铝腐蚀箔进行热处理，热处理温度控制在300～550℃之间，热处理时间为2～30分钟。热处理过程可在氧气气氛中进行，也可以直接在空气气氛中实现。一般来说，控制热处理的温度为450～550℃，热处理时间为10～30分钟之间是最佳的。