[发明专利]一种具有自修复功能的固态薄膜电容器及其制备方法

说明书

本发明涉及一种具有自修复功能的固态薄膜电容器及其制备方法，该电容器包括衬底基片(1)、下部电极(2)、活性玻璃掺杂氧化铝薄膜(3)、上部电极(4)，所述的下部电极(2)涂覆在衬底基片(1)表面上，所述的活性玻璃掺杂氧化铝薄膜(3)设置在上部电极(4)和下部电极(2)之间。与现有技术相比，本发明具有结构和制备工艺简单，介电性能好，能够实现自修复，储能密度高，而且采用的是固态薄膜作为电介质，内部不存在电解液，因而使用安全可靠等优点。

技术领域

本发明属于电容器制备技术领域，涉及一种具有自修复功能的固态薄膜电容器及其制备方法。

背景技术

在电容器的制造和使用过程中，介质膜不可避免地会出现各种各样的缺陷，实现介质膜在强场下工作的关键技术之一是电介质的缺陷自愈或自修复。传统具有自修复功能的电容器有铝电解电容器、钽电解电容器及金属化薄膜电容器等。

铝电解电容器是以电解质作为阴极，在外加电压的作用下，非固体电解质中的O^2-快速地被输运到缺陷处与从铝基底电离出来的Al³⁺结合，在氧化膜破坏处重新形成氧化膜，使电容器恢复正常工作能力，这种能力称为电解电容器的自愈或自修复作用。钽固态电容器的自愈作用主要是在五氧化二钽膜的缺陷处流过大电流而产生高热，使作为阴极的MnO₂材料分解为高阻的Mn₂O₃，同时释放出氧使金属钽氧化形成氧化膜，将缺陷堵塞，进而修复缺陷造成的影响。金属化薄膜电容器即是在聚酯薄膜的表面蒸镀一层金属膜代替金属箔作为电极。当电极的微小部份因为电介质脆弱而引起短路时，引起短路部份周围的电极金属，会因当时电容器所带的静电能量或短路电流，而引发更大面积的溶融和蒸发而恢复绝缘，使电容器再度恢复电容器的作用。

电解电容器的自愈特性仅仅是修复电解电容器的局部微小的弱点，对于重大缺陷，如出现大的漏电流，发生击穿等，则电容器失效不可避免。对于铝电解电容器，其电容量低，体积庞大，需要电解液实现其缺陷自修复。然而正是由于这些电解液的存在使电容器的安全性和可靠性受到很大影响，如电解液的泄漏问题；在电解电容器长时间工作后，电解液引起的电容器爆炸问题；电解电容器中，电解液及其保护装置占据大量空间，极大的限制了其储能密度的提高等问题；随着铝电解电容器中电解液干涸，铝电解电容器的负极面积会大大减小，同时正负电极的距离也随之增大，而且这个增加不再是介电常数高的氧化铝，这样铝电解电容器的电容量将大大下降而失效，使铝电解电容器存在寿命短的问题。钽固态电容器因采用固态的MnO₂作为电解质，安全和稳定性都比电解电容器好，但其价格昂贵，电容量较小，应用范围有限，而且在钽电容器中MnO₂占据的体积比较大，这样会限制其自身储能密度的提高。金属化薄膜电容器也有其固有缺陷：一是由于金属化电容在长期工作条件中易出现容量丢失以及自愈后会导致容量减小；另一缺点为耐受大电流能力较差，这是由于金属化膜层比金属箔要薄很多，承载大电流能力较弱。

此外，中国专利CN103971933A公开了一种固态薄膜电容器及其制备方法，这种电容器利用活性氧化铝薄膜在强场下活跃的离子输运(特别是电介质缺陷处附近的离子更为活跃)，将离子输运至缺陷附近的电极界面实现阳极氧化，进而实现了缺陷处的自修复。与铝电解电容器不同，此种电容器中不存在液态电解质，而是采用具有电解质作用的活性氧化铝固态薄膜作为阳极氧化中氧的提供方，避免了电解液存在带来的问题，但是该电容器需要在氧化铝膜与电极之间再生成一种阻挡型的氧化膜进行修复，因此就限制了电极需要是具有阳极氧化功能的阀金属等，因而极大限制了其应用条件。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种具有自修复功能的固态薄膜电容器及其制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种具有自修复功能的固态薄膜电容器，其特征在于，该电容器包括衬底基片、下部电极、活性玻璃掺杂氧化铝薄膜、上部电极，所述的下部电极涂覆在衬底基片表面上，所述的活性玻璃掺杂氧化铝薄膜设置在上部电极和下部电极之间。