一种基于电沉积锆层的铝电解电容器电介质层的制备方法

本发明属于铝电解电容器领域，具体提供一种基于电沉积锆层的铝电解电容器电介质层的制备方法。

背景技术：

1、在电子工业领域，电解电容作为不可或缺的电子元器件在电路中起到储存电能、滤波、调节电压等重要作用。铝电解电容器主要由两个金属箔与电解质组成，其中一个金属箔作为负极(通常是铝圆筒)，另一个金属箔作为正极(通常是弯曲的铝带)，两个金属箔之间填充有电解质；在制造过程中，会对正极铝箔施加直流电压，使其表面形成一层氧化铝薄膜，作为电介质层，起着耐电压的作用，其性质决定了铝电解电容器的比电容及使用寿命。然而，氧化铝薄膜的介电常数相对较低，仅为7～10，为了进一步提升铝电解电容器的比电容，已经有研究人员提出使用具有高介电常数的其他金属(如ta)氧化物薄膜或陶瓷(如batio3系列)材料作为电介质层；其中，ta2o5薄膜已被应用于铝电解电容器中，但其价格昂贵且难以通过腐蚀获得高扩面倍率；而batio3陶瓷材料在宏观上表现为不均匀的多相多晶介质，内部存在缺陷，其实际击穿场强远低于al2o3薄膜，因此相同电压下所需的电介质膜厚度远大于al2o3薄膜。因此，探索新型电介质层及其制备方法成为当前研究的热点，这对于提升铝电解电容器的性能具有重要意义。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于电沉积锆层的铝电解电容器电介质层的制备方法，用以提升铝电解电容器的比电容；本发明利用非水电解液在正极铝(al)箔表面电镀锆(zr)金属层，在铝(al)氧化过程中共同氧化形成电介质层，通过锆(zr)氧化物层提高铝电解电容器的介电常数，进而提升铝电解电容器的比电容。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

3、一种基于电沉积锆层的铝电解电容器电介质层的制备方法，包括以下步骤：

4、步骤1.将zrocl2溶解在离子液体中，然后加入高价锆盐及辅助络合物并搅拌均匀，制成溶剂化zrocl2离子液体体系；

5、步骤2.取溶剂化zrocl2离子液体体系稀释形成预浸液，将清洗、除水干燥后的铝箔置于预浸液中进行预浸；

6、步骤3.取溶剂化zrocl2离子液体体系作为施镀电解液，将预浸后的铝箔作为阴极，采用惰性阳极在施镀电解液进行电镀，于铝箔表面电沉积锆镀层；

7、步骤4.取出电沉积锆层后的铝箔，清洗后依铝箔阳极电解氧化工艺处理，形成铝电解电容器电介质层。

8、进一步的，步骤1中，溶剂化zrocl2离子液体体系中，zrocl2的溶液浓度为0.01～0.05g/l，高价锆盐的浓度为0.15～0.20m(mol/l)，辅助络合剂浓度为0.25～0.30m。

9、进一步的，步骤1中，离子液体采用1-乙基-3-甲基咪唑鎓乙基硫酸盐离子液体、1-丁基-3-甲基咪唑鎓二氰胺盐离子液体或者1-丁基-3-甲基咪唑鎓三酸盐离子液体；1-乙基-3-甲基咪唑鎓乙基硫酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑鎓二氰胺盐、1-丁基-3-甲基咪唑鎓三酸盐的结构式如下所示：

10、

11、进一步的，步骤1中，高价锆盐采用乙醇锆、乙酸锆、正丙醇锆、叔丁醇锆、四(二甲氨基)锆(iv)、羧乙基丙烯酸锆、三氟乙酰丙酮锆、丁醇锆(iv)、乙酰丙酮锆、四(乙基甲基胺基)锆(iv)、四(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酸)锆中的一种或多种。

12、进一步的，步骤1中，辅助络合剂主要为含氨基或者巯基的多齿羧酸配体的钠盐、钾盐、铵盐，包括但不限于柠檬酸盐、氨基羧酸盐、苹果酸盐、巯基丁酸、酒石酸盐、乳酸盐等一种或多种。

13、进一步的，步骤2中，预浸液的浓度为施镀电解液的10％～20％，预浸时间为1～10min，用以预先在铝箔表面置换一层致密的锆层。

14、进一步的，步骤2中，铝箔的清洗过程为：依次进行打磨、除油、酸洗，用以保证镀层和基体结合良好。

15、进一步的，步骤3中，电镀参数为：电流密度为0.01～0.3a/dm2，温度为60℃～75℃，电沉积时间为3-10min，电沉积得锆镀层的平均厚度在100nm以内。

16、进一步的，步骤4中，清洗采用去离子水，用以去除表面粘附的电解液。

17、基于上述技术方案，本发明的有益效果在于：

18、本发明提供一种基于电沉积锆层的铝电解电容器电介质层的制备方法，创造性的提出利用非水电解液在正极铝(al)箔表面电镀锆(zr)金属层，并在铝(al)氧化过程中共同氧化形成电介质层，通过锆(zr)氧化物层提高铝电解电容器的介电常数，进而提升铝电解电容器的比电容；具体优点为：

19、1)锆(zr)氧化物层不仅具有优异的绝缘性能，还能够提高电解电容的储能密度和使用寿命；与传统的陶瓷介电层相比，这种氧化介电层具有更高的介电常数和更低的介电损耗，使得电解电容在高频和高温环境下仍能保持稳定的性能；

20、2)离子液体和熔融盐作为非水体系的电镀液，具有高电导率、宽的电化学窗口、良好的热稳定性和化学溶解性等特点，为金属锆的电镀提供了优良的环境；并且，离子液体和熔融盐电镀能够在更宽的温度范围和电位窗口内进行，从而实现对复杂形状和微细结构金属部件的均匀一致电镀；另外，离子液体和熔融盐电镀技术还具有环保和可持续的优点，电镀液不易挥发、不易燃爆，且可以回收再利用，因此，能够降低生产过程中的环境污染和能源消耗。

技术特征：

1.一种基于电沉积锆层的铝电解电容器电介质层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述基于电沉积锆层的铝电解电容器电介质层的制备方法，其特征在于，步骤1中，溶剂化zrocl2离子液体体系中，zrocl2的溶液浓度为0.01～0.05g/l，高价锆盐的浓度为0.15～0.20m(mol/l)，辅助络合剂浓度为0.25～0.30m。

3.根据权利要求1所述基于电沉积锆层的铝电解电容器电介质层的制备方法，其特征在于，步骤1中，离子液体采用1-乙基-3-甲基咪唑鎓乙基硫酸盐离子液体、1-丁基-3-甲基咪唑鎓二氰胺盐离子液体或者1-丁基-3-甲基咪唑鎓三酸盐离子液体。

4.根据权利要求1所述基于电沉积锆层的铝电解电容器电介质层的制备方法，其特征在于，步骤1中，高价锆盐采用乙醇锆、乙酸锆、正丙醇锆、叔丁醇锆、四(二甲氨基)锆(iv)、羧乙基丙烯酸锆、三氟乙酰丙酮锆、丁醇锆(iv)、乙酰丙酮锆、四(乙基甲基胺基)锆(iv)、四(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酸)锆中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的辅助络合剂，其特征在于，步骤1中，辅助络合剂采用柠檬酸盐、氨基羧酸盐、苹果酸盐、巯基丁酸、酒石酸盐、乳酸盐中的一种或多种。

6.根据权利要求1所述基于电沉积锆层的铝电解电容器电介质层的制备方法，其特征在于，步骤2中，预浸液的浓度为施镀电解液的10％～20％，预浸时间为1～10min。

7.根据权利要求1所述基于电沉积锆层的铝电解电容器电介质层的制备方法，其特征在于，步骤2中，铝箔的清洗过程为：依次进行打磨、除油、酸洗，用以保证镀层和基体结合良好。

8.根据权利要求1所述基于电沉积锆层的铝电解电容器电介质层的制备方法，其特征在于，步骤3中，电镀参数为：电流密度为0.01～0.3a/dm2，温度为60℃～75℃，电沉积时间为3-40min，电沉积得锆镀层的平均厚度在100nm以内。

9.根据权利要求1所述基于电沉积锆层的铝电解电容器电介质层的制备方法，其特征在于，步骤4中，清洗采用去离子水，用以去除表面粘附的电解液。

技术总结本发明属于铝电解电容器领域，具体提供一种基于电沉积锆层的铝电解电容器电介质层的制备方法，用以提升铝电解电容器的比电容；首先，将ZrOCl2溶解在离子液体中，然后加入高价锆盐并搅拌均匀，制成溶剂化ZrOCl2离子液体体系；然后，将溶剂化ZrOCl2离子液体体系作为电解液，完成预浸、电镀，再铝箔表面电沉积锆镀层；最后，将电沉积锆镀层后铝箔在开放体系的退火炉中进行氧化处理，形成铝电解电容器电介质层。本发明利用非水电解液在正极铝(Al)箔表面电镀锆(Zr)金属层，在铝(Al)氧化过程中共同氧化形成电介质层，通过锆(Zr)氧化物层提高铝电解电容器的介电常数，进而提升铝电解电容器的比电容。技术研发人员：王翀,韩传悦,翟悦晖,李玖娟,周国云,洪延,王守绪受保护的技术使用者：电子科技大学技术研发日：技术公布日：2024/6/30