中心議題：

• 鉭電容器介質氧化膜生產方法
• 一步法和二步法生產工藝對比
• 二步法生產聚合物對電容器電性能的影響

解決方案：

• 高含量的氧化劑可以有效增加聚合物的沉積量
• 溫度升高使聚合反應速度加快

電子技術的飛速發展要求芯片高頻化和電路板高密度組裝，推動了低Res、高容量
、耐高紋波電流的電容器發展。由於MnO2電阻率較低(0.1Ω?cm)，所以傳統的MnO2型鉭電解電容器Res大於100mΩ
，致使其高頻性能較差。使用新型陰極材料降低電容器的Res是提高鉭電容器高頻性能的重要途徑之一。PEDT導電聚合物熱穩定性好
、電阻率低，因此在電容器上的應用成為目前鉭電解電容器研究領域的熱點。

通(tong)常(chang)采(cai)用(yong)電(dian)化(hua)學(xue)法(fa)和(he)化(hua)學(xue)法(fa)在(zai)介(jie)質(zhi)氧(yang)化(hua)膜(mo)表(biao)麵(mian)被(bei)覆(fu)導(dao)電(dian)聚(ju)合(he)物(wu)。采(cai)用(yong)電(dian)化(hua)學(xue)方(fang)法(fa)進(jin)行(xing)聚(ju)合(he)物(wu)的(de)沉(chen)積(ji)需(xu)要(yao)高(gao)精(jing)度(du)的(de)電(dian)極(ji)和(he)伺(si)服(fu)設(she)備(bei)
，而(er)化(hua)學(xue)聚(ju)合(he)法(fa)製(zhi)備(bei)聚(ju)合(he)物(wu)陰(yin)極(ji)材(cai)料(liao)對(dui)設(she)備(bei)要(yao)求(qiu)較(jiao)低(di)
，因(yin)此(ci)該(gai)方(fang)法(fa)成(cheng)為(wei)電(dian)容(rong)器(qi)製(zhi)造(zao)商(shang)的(de)首(shou)選(xuan)。

使(shi)用(yong)化(hua)學(xue)聚(ju)合(he)法(fa)在(zai)鉭(tan)氧(yang)化(hua)物(wu)表(biao)麵(mian)被(bei)覆(fu)聚(ju)合(he)物(wu)的(de)工(gong)藝(yi)又(you)可(ke)細(xi)分(fen)為(wei)一(yi)步(bu)法(fa)和(he)二(er)步(bu)法(fa)。其(qi)中(zhong)一(yi)步(bu)法(fa)是(shi)浸(jin)漬(zi)氧(yang)化(hua)劑(ji)和(he)單(dan)體(ti)預(yu)混(hun)合(he)溶(rong)液(ye)來(lai)完(wan)成(cheng)聚(ju)合(he)沉(chen)積(ji)的(de)工(gong)藝(yi)過(guo)程(cheng)，二(er)步(bu)法(fa)是(shi)先(xian)浸(jin)漬(zi)氧(yang)化(hua)劑(ji)(或單體)後浸漬單體(或氧化劑)來完成聚合物沉積的工藝過程
，兩種工藝方法各有優劣。

yibufakeyiyangeanzhaolixiangdehuaxuefanyingjiliangpeizhiyanghuajihedantiyuhunheye
，zheyangkeyixingchengjiaolixiangdejuhewulian


，danshiyanghuajihedantihunhehoujiukaishijinxingjuhefanying。suizhehunheyezhongdantiheyanghuajihanliangdetigao
，juhefanyingsulvjiakuai
，jinguanyonglengquefangfabingjiarushiliangdezujujikeyijiangdiqijuhefanyingsudu，yanchanghunheyedeshiyongshijian，danhunheyeyoushiyongshixian，yongcifashengchanchengbenjiaogao。

二步法在使用過程中由於材料在鉭芯子上吸附量的差異
，造成浸漬的氧化劑或單體無法達到理想的化學計量比[r(PEDT：Fe3+)為2.3～2.5]，其qi反fan應ying生sheng成cheng的de聚ju合he物wu鏈lian相xiang對dui較jiao差cha
，由you於yu氧yang化hua劑ji和he單dan體ti沒mei有you混hun合he
，兩liang者zhe不bu會hui發fa生sheng反fan應ying
，所suo以yi溶rong液ye不bu存cun在zai使shi用yong時shi限xian問wen題ti，因yin此ci可ke以yi有you效xiao降jiang低di生sheng產chan成cheng本ben。

筆者重點討論了在用二步法製備聚合物電解質的過程中氧化劑含量
、聚合溫度等工藝條件對聚合物鉭電容器電容量C、介質損耗和Res等電參數的影響。

1實驗

試樣采用6.3V／150μF規格的鉭陽極體。選用CV值30k的鉭粉，壓製成尺寸3.3mm×1.4mm×4.3mm，質量為140mg的鉭塊，在真空條件下1350℃，燒結30min，然後將燒結塊浸於60℃、質量分數為0.1％的磷酸溶液中並對其施加30V直流電壓，在鉭陽極芯體上形成介質氧化膜
，並使用HP4263B型容量測試儀

、38％(體積分數)硫酸測試液測試電容器容量，即C0。然後將已經形成Ta2O5介質氧化膜的鉭芯子浸入到配置好的氧化劑溶液(對甲基苯磺酸鐵正丁醇溶液)中，取出後在室溫下晾幹30min
，然後浸漬單體溶液，取出後在室溫下晾幹60min，再將其浸在對甲基苯磺酸水溶液中洗去未反應的氧化劑、單體及反應副產物，重複此過程8～15次，完成聚合物在鉭陽極塊上的被覆
，最後被覆石墨、銀漿
，完成聚合物電容器的製備。使用HP4263B型容量測試儀測定樣品容量C、tanδ(120Hz)、Res(100kHz)，使用公式：容量引出率=C／C0×100％
，計算容量引出率。

2結果與討論

2.1氧化劑含量對樣品容量的影響

從圖1可以看出，電容器容量引出率隨氧化劑含量的增大而減小。當氧化劑含量達到25％時，容量引出率已經降低到一個比較低的水平

，約為鉭陽極形成容量的82％。zheshiyinweisuizheyanghuajihanliangdezengjia，yanghuajihennandaodayangjixinzideneibu，tongshiyouxiangduijiaoduodeyanghuajichenjizaitanxinziweikongneiyanghuamobiaomianshang，yanghuajihanliangdezengjiashijuhefanyingsulvjiakuai
，jieguozaochengdantirongyehaiweichongfenjinrutanxinneiweikongjiuzaitanxinbiaomianfujinfashengjuhe，xingchengyicengPEDT聚合物層
，該層聚合物的存在阻礙了單體溶液的進一步滲透，造成內部聚合物沉積少，從而導致電容器的容量減少；而(er)氧(yang)化(hua)劑(ji)含(han)量(liang)低(di)時(shi)
，氧(yang)化(hua)劑(ji)在(zai)鉭(tan)芯(xin)微(wei)孔(kong)內(nei)部(bu)的(de)沉(chen)積(ji)數(shu)量(liang)相(xiang)應(ying)減(jian)少(shao)

，降(jiang)低(di)了(le)聚(ju)合(he)速(su)率(lv)，使(shi)單(dan)體(ti)溶(rong)液(ye)能(neng)充(chong)分(fen)滲(shen)入(ru)鉭(tan)芯(xin)內(nei)部(bu)，提(ti)高(gao)了(le)聚(ju)合(he)物(wu)在(zai)鉭(tan)芯(xin)內(nei)部(bu)的(de)被(bei)覆(fu)表(biao)麵(mian)積(ji)
，從(cong)而(er)提(ti)高(gao)了(le)產(chan)品(pin)容(rong)量(liang)。從(cong)鉭(tan)芯(xin)內(nei)部(bu)PEDT的滲入情況剖麵圖可以看到，隨著氧化劑含量增大，PEDT被覆到芯子內部的量在減小
；氧化劑含量減小，PEDT被覆到芯子內部的量在增加(見圖2)。

[page]

2.2氧化劑含量對聚合物形成的影響

對(dui)於(yu)二(er)步(bu)法(fa)生(sheng)產(chan)工(gong)藝(yi)

，單(dan)體(ti)為(wei)聚(ju)合(he)反(fan)應(ying)過(guo)程(cheng)中(zhong)的(de)過(guo)量(liang)一(yi)方(fang)，聚(ju)合(he)物(wu)生(sheng)成(cheng)的(de)量(liang)由(you)氧(yang)化(hua)劑(ji)的(de)量(liang)來(lai)決(jue)定(ding)，聚(ju)合(he)物(wu)在(zai)鉭(tan)芯(xin)表(biao)麵(mian)的(de)沉(chen)積(ji)數(shu)量(liang)隨(sui)氧(yang)化(hua)劑(ji)含(han)量(liang)的(de)增(zeng)加(jia)而(er)增(zeng)加(jia)。從(cong)圖(tu)3可以看出，在相同的浸漬次數下，使用含量為5％的氧化劑陽極塊的質量增加為0.54％

，而使用含量為40％的氧化劑陽極塊質量增加為3.52％，因此高含量的氧化劑可以有效增加聚合物的沉積量。



綜zong上shang所suo述shu，氧yang化hua劑ji含han量liang低di，每mei次ci浸jin漬zi後hou參can加jia反fan應ying的de氧yang化hua劑ji的de量liang相xiang應ying就jiu少shao，聚ju合he物wu的de生sheng成cheng量liang也ye會hui相xiang應ying減jian少shao
，為wei了le形xing成cheng完wan整zheng的de聚ju合he物wu陰yin極ji層ceng
，隻zhi有you多duo次ci浸jin漬zi低di含han量liang氧yang化hua劑ji溶rong液ye，才cai能neng形xing成cheng完wan整zheng合he格ge的de聚ju合he物wu陰yin極ji層ceng
，這zhe樣yang就jiu會hui造zao成cheng單dan體ti的de嚴yan重zhong浪lang費fei和he工gong序xu時shi間jian的de延yan長chang。而er氧yang化hua劑ji含han量liang高gao
，容rong量liang引yin出chu率lv低di
，因yin此ci為wei了le避bi免mian上shang述shu情qing況kuang的de出chu現xian，在zai被bei覆fu聚ju合he物wu的de過guo程cheng中zhong需xu要yao凋diao整zheng不bu同tong含han量liang的de氧yang化hua劑ji。通tong過guo實shi驗yan，筆bi者zhe將jiang二er步bu法fa的de工gong藝yi過guo程cheng分fen為wei二er個ge工gong藝yi段duan：第一工藝段為鉭芯子內部容量引出過程：使用20％的低含量氧化劑溶液引出電容量見圖2(a)；第二工藝段為鉭芯子表麵聚合物層增厚過程：使用40％的高含量氧化劑溶液增加聚合物陰極層的厚度，見圖4(b)。通過調整工藝過程達到了減少原材料使用量並縮短工藝時間。


2.3化學聚合溫度對電容器tanδ和Res的影響

聚合反應溫度對電容器的tanδ和Res都有較大影響
，隨著聚合溫度升高，tanδ和Res有所增大。從圖5
、圖6可以看出，當反應溫度從25℃增加到50℃後
，tanδ由1.88％增加到了3.89％
，電容器的Res由35mΩ增加到了56mΩ。這是因為聚合物生成速度與反應溫度成正比
，溫度升高使聚合反應速度加快，溫度每升高10℃，juhefanyingsulvtigaoyibei
，wendushenggaoshijuheguochengzhongrongyishengchengshaoliangxiaofenziliangjuhewufuchanwu
，baofuyudafenziliangjuhechanwuzhongxingchengzazhi，yingxiangjuhewuxingchengwanzhengdewangluojiegou。juhetidejixiexingnenghedaodianxingnengyilaiyudafenziliangjuhewuxingchengdejiaohuwangzhuangjiegou，xiaofenziliangjuhewudexingcheng
，zaochengjuhewucengdedaodianxingnengbiancha，yangpindetanδ和Res增大。



本文討論了影響二步法生產聚合物對鉭電解電容器電性能的影響
，並基於試驗結果得出以下結論：

(1)在被覆過程中當氧化劑含量超過20％時會影響容量的引出，而使用40％以上的氧化劑能有效增加聚合物的沉積，所以最有效的工藝條件是先采用20％的低含量氧化劑，再使用40％的高含量氧化劑，可以達到最佳的被覆效果。

(2)聚合溫度對電容器的tanδ和Res有較大影響。電容器的tanδ和Res隨反應溫度增加而增大，最佳聚合反應溫度為25℃。
總(zong)而(er)言(yan)之(zhi)，隻(zhi)要(yao)采(cai)用(yong)合(he)適(shi)的(de)工(gong)藝(yi)條(tiao)件(jian)和(he)優(you)化(hua)工(gong)藝(yi)流(liu)程(cheng)，使(shi)用(yong)二(er)步(bu)法(fa)工(gong)藝(yi)可(ke)以(yi)生(sheng)產(chan)出(chu)符(fu)合(he)要(yao)求(qiu)的(de)聚(ju)合(he)物(wu)鉭(tan)電(dian)解(jie)電(dian)容(rong)器(qi)
，並(bing)且(qie)可(ke)降(jiang)低(di)生(sheng)產(chan)成(cheng)本(ben)。