化学镀锌对铝电解电容器用阳极铝箔腐蚀扩面的影响及其机理研究

发布时间：2020-05-05 14:58

【摘要】：随着电子产业的迅速发展,对电解电容器高容量、小体积、低成本的要求越来越迫切。外接直流电源的直流侵蚀法具有较高腐蚀效率,是目前普遍采用的电化学腐蚀扩面方法之一,但在箔面质量稳定性、隧道孔的开孔率和孔分布均匀性等方面仍不能满足高性能铝电解电容器的要求,有必要进行深入探讨,以制备出能适应小型化和集成化需求的高质量腐蚀铝箔。腐蚀扩面过程中外接电源能耗大、成本高,亟需研发无外接电源的腐蚀工艺,节约生产成本,增强企业竞争力。目前,通过化学镀在铝箔表面沉积特定金属元素形成微电池来促进铝箔的腐蚀扩面尚未见报道。本论文首先对阳极铝箔进行酸碱预处理,改善铝箔的表面状态,调整氧化膜的厚度及结构,增加铝箔表面活性;然后,在铝箔表面均匀地沉积标准电极电位比铝高的微量Zn元素;最后,采用外接直流电源的直流侵蚀法和无外接电源的腐蚀电池法对铝箔进行腐蚀发孔处理。通过扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)、断面金相图(OM)、减薄率、失重率以及极化曲线表征铝箔的腐蚀情况,研究酸碱预处理、化学镀锌对高纯铝箔直流侵蚀法和腐蚀电池法腐蚀扩面的影响,探寻预处理、电解液体系、腐蚀时间和温度、腐蚀方式等与铝箔腐蚀扩面之间的关系,分析这些因素作用下铝箔的腐蚀过程及机理,寻找腐蚀隧道孔形成和发展的规律,以获得较佳的铝箔腐蚀工艺条件及参数,为工业上制备高比电容腐蚀铝箔奠定理论基础及提供技术支撑。主要研究内容和成果如下:(1)高纯阳极铝箔的直流侵蚀过程及机理研究(1)浓度为0.5mol/L的氢氧化钠溶液,在温度40℃、预处理60s时铝箔直流侵蚀后隧道孔密度与长度增大效果较好;浓度为1.0mol/L盐酸溶液时,在温度70℃、预处理180s时铝箔直流侵蚀后隧道孔密度与长度增大效果较好。(2)化学镀锌在铝箔表面沉积微量的锌元素、与铝箔形成Zn-Al微电池,改善和促进铝箔的腐蚀;施镀溶液pH=4-5时,施镀温度80℃、施镀时间20s为化学镀锌的较佳工艺条件,此条件下镀锌铝箔直流侵蚀后比表面积和比电容均较佳。(3)在3.0mol/L的硫酸和1.0mol/L盐酸的混合电解质溶液中,发孔温度80℃下、发孔时间6min为酸碱预处理后化学镀锌铝箔直流侵蚀发孔的较佳工艺条件,该条件下腐蚀铝箔表面腐蚀孔分布均匀、腐蚀扩面效果较好,隧道孔密度较大、长度较长、比电容较大。(4)铝箔表面沉积的锌元素与铝构成大量微电池单元,产生电偶效应,在一定程度上增大电路中的电流密度、提高混酸体系中铝箔的腐蚀效率;此外,微电池单元的存在还能增加铝箔腐蚀发孔的均匀性。(2)高纯阳极铝箔的腐蚀电池法侵蚀过程及机理研究(1)浓度为0.7mol/L的氢氧化钠溶液,在温度40℃、预处理60s时铝箔腐蚀电池法侵蚀后隧道孔密度与长度增大效果较好;浓度为1.0mol/L的盐酸溶液,在温度70℃、预处理180s时铝箔腐蚀电池法侵蚀后隧道孔密度与长度增大效果较好。与直流侵蚀法相比,碱处理铝箔腐蚀电池法扩面的最佳NaOH浓度略高。(2)施镀溶液pH=4-5时,施镀温度80℃、施镀时间20s为化学镀锌较佳的工艺条件,此条件下镀锌铝箔腐蚀电池法侵蚀后的比表面积和比电容较大。与直流侵蚀法相比,相同施镀时间和施镀温度下铝箔腐蚀电池法的扩面效果略低、但有节能优势。(3)在浓度为3.0mol/L硫酸、1.0mol/L盐酸及0.3mol/L硝酸钠混合电解质溶液中,发孔温度80℃下、发孔时间6.5min为化学镀锌铝箔腐蚀电池法发孔腐蚀的较佳工艺条件。与直流侵蚀法相比,镀锌铝箔在采用腐蚀电池法扩面时需要的发孔时间较长。(4)化学镀锌在铝箔表面沉积微量锌元素形成Zn-Al微电池、电位差为0.9V,腐蚀体系中阴极石墨与阳极铝箔形成C-Al腐蚀电池、电位差为1.794V;Zn-Al微电池与C-Al腐蚀电池产生叠加效应,促进铝箔表面点蚀的萌生,增加隧道孔密度,提高腐蚀铝箔的比表面积和比电容。
【图文】：

贵州大学 2019 届硕士研究生学位论文电容器简介电容器结构器主要由阳极箔、阴极箔、电解质、电解纸、1 所示。阳极箔作为电容器的阳极，连接电路铝薄膜，，这是铝箔由电化学腐蚀后经化成工艺其表面氧化膜的厚度和质量直接影响到电容器的关键所在。电解纸作为电容器中电解质的载证电解质溶液能渗透到阴、阳极箔的海绵态其表面也有一层氧化铝薄膜，但阴极箔的实图 1-1 将阳极箔和阴极箔分别与正、负极相解电容器的芯子，用铝外壳封装，便构成铝电

图 1-2 由阴极介电材料和阳极介电材料（如厚度分别为 dc、da的氧化铝膜）构成的电解电容器侧面示意图g.1-2 The schematic diagram of electrolytic capacitor composed of the cathode and adielectric materials (The thickness of alumina films are dcand darespectively)电解电容器可看作由具有电容特性的阴极氧化膜和阳极氧化膜互相串的平板电容器，其中，阴极介电材料厚度为 dc、阳极介电材料厚度为 da解电容器的总电容量C与阳极氧化膜电容Ca和阴极氧化铝膜电容Cc之式（1-3）所示，介电材料的承受电压、电容和介电材料厚度三者之间（1-4）所示[23-24]：acCCC111 accaacddCCUU 由于阴极箔表面通常只是一层非常薄的氧化铝膜，由公式（1-1）可知，
【学位授予单位】：贵州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TF821

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本文编号：2650331