CN101271768A - 包含多个薄的粉烧成型阳极的湿式电解电容器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及包含多个薄的粉末成型阳极的湿式电解电容器，包括多个阳极、阴极和设置成与阳极和集电器电接触的工作电解质；尤其涉及包含多个薄的粉烧成型阳极的湿式电解电容器。一般可采用任意数量的阳极，如从2到40，在一些实施方案中从3到30，而在一些实施方案中，从4到20。阳极薄且一般厚约1500微米或更小，在一些实施方案中约1000微米或更小，在一些实施方案中约50到约500微米。通过采用多个本质较薄的阳极，最后得到的湿式电解电容器能够获得优秀的电特性。例如，等效串联电阻(“ESR”)——当在电路中充放电时电容器表现得象电阻的程度——可小于约1500毫欧姆，在一些实施方案中小于约1000毫欧姆，在另一些实施方案中小于约500毫欧姆，在2伏偏压和1伏信号在频率1000Hz测得。

Description

包含多个薄的粉烧成型阳极的湿式电解电容器
技术领域
本发明涉及湿式电解电容器。
背景技术
电解电容器因它们的容积效率、可靠性和工艺兼容性而越来越多地用于电路设计。通常，电解电容器具有比一些其它类型电容器大的电容/单位体积，这使电解电容器在相对高电流和低频率电路中很有用。已开发的一种电容器为湿式电解电容器，其包括阳极、阴极和液体或“湿”工作电解质。湿式电解电容器往往能提供高电容与低泄漏电流的良好结合。在有些情况下，湿式电解电容器可表现出超越固体电解电容器的优点。例如，湿式电解电容器在一些情况下可在比固体电解电容器高的工作电压下运行。另外，例如，湿式电解电容器在尺寸上可比固体电解电容器大得多，从而对于这类大的湿式电解电容器产生较大的电容。
在常规湿式电解电容器中，阳极可为金属箔(例如铝箔)。由于电容器的静电电容与其电极面积成比例，金属箔的表面可以在形成绝缘膜之前粗糙化或经受化学转化以增加其有效面积。该金属箔的表面粗糙化步骤被称作蚀刻。蚀刻通常通过浸没至盐酸溶液中的方法(化学蚀刻)或者通过在盐酸的水溶液中进行电解的方法(电化学蚀刻)进行。电解电容器的电容通过阳极箔粗糙化的程度(表面积)以及氧化膜的厚度和介电常数确定。
由于通过蚀刻金属箔可以提供的表面积有限，所以还在湿式电解电容器中尝试了采用多孔的烧结体(也被称作“烧结料(slug)”)。钽烧结料例如可以通过使粉状钽颗粒与合适的粘合剂/润滑剂混合以确保所述颗粒在压成阳极时将彼此粘附而形成。粉状的钽在高压下围绕钽线压制并在高温下在真空下烧结以形成海绵样的结构，该结构非常坚固和致密并且非常多孔。所得钽烧结料的多孔性提供大的内表面积。尽管其高表面积，但是阳极烧结料可以呈现高的ESR和电容对频率的的灵敏性。进一步的，所述烧结料在尺寸上通常大于阳极箔，由此使得难以将它们引入需要高容积效率的应用中。因而，现在对于改进的湿式电解电容器存在需求。
发明内容
根据本发明的一种实施方案，所公开的湿式电解电容器包括多个阳极、阴极、和被设置成与该阳极和阴极电接触的工作电解质。阳极厚度大约1500微米或更小，且由粉末成型。电容器还包括与所述阳极电连接的阳极终端、和与所述阴极电连接的阴极终端。
本发明的其他特征和方面在下面更详细给出。
附图说明
本发明针对本领域普通技术人员的完全并可行的公开，包括其最佳模式，在说明书的其余部分结合附图进行了进一步详细的说明，其中：
图1为根据本发明形成阳极的方法的一种实施方案的示意图；
图2为根据本发明的电容器的一种实施方案的截面图。
本说明书及附图中附图标记的重复使用代表本发明的相同或相似的特征或要素。
具体实施方式
本领域普通技术人员能认识到，本讨论仅仅为示例性实施方案的描述，不用于限制本发明的更广泛方面，更广泛方面体现在示例性构造中。
本发明涉及湿式电解电容器，包括设置成与阴极以及工作电解质电接触的多个阳极。任何数量的阳极一般都可以采用，如2到40个，在某些实施方案中3到30个，在另一些实施方案中4到20个。阳极薄且一般厚度为大约1500微米或更小，在某些实施方案中大约1000微米或更小，在另一些实施方案中大约50到大约500微米。通过使用多个本质(in nature)较薄的阳极，最后制成的湿式电解电容器能够获得优秀的电特性。例如，等效串联电阻(equivalent series resistance，“ESR”)——当在电路中充放电时电容器表现得类似电阻的程度——可以小于大约1500毫欧姆，在某些实施方案中小于大约1000毫欧姆，在一些实施方案中小于大约500毫欧姆，测量条件是在1000Hz频率下2伏偏压及1伏信号。
如本领域所熟知的，阳极的物理布局一般是可以变化的。参考图2，所示电容器200包括两个(2)个体阳极65的阵列100。每一个阳极65被设置在个体阴极64之间，所以采用了共三个阴极64。当然，一般可以采用任何数量的阴极，如1到50个，在某些实施方案中3到40个，在另一些实施方案中4到30个。在该特殊实施方案中，阵列100包括1行和1列阳极和阴极，它们排列成顶/底表面相互邻接(垂直排列)以最小化组件高度。例如，由宽度(x方向)和长度(y方向)所限定的阴极的顶表面位于邻接阳极的相应底表面。可替代地，阳极和阴极可以“端对端”设置，以便一个电容器的后表面位于邻接另一电容器的前表面或后表面(水平排列)。应该理解的是，阳极和阴极不必须在同一方向上延伸。例如，一个阴极的表面可以被设置在基本与x方向垂直的平面上，而另一个阴极的表面可以被设置在基本与y方向垂直的平面上。但是，合意地还是阳极/阴极基本在同一方向上延伸。
为了形成集成的电容器组件，各个阳极和阴极被电连接于各自的阴极和阳极终端。该终端用做电容器组件的电连接并有助于稳定各个阳极和阴极防止移动。任何导电材料均可用于制作该终端，如导电材料(例如，钽、铌、铜、镍、银、镍、锌、锡、钯、铅、铜、铝、钼、钛、铁、锆、镁、及其合金)。特别适合的导电金属包括，例如镍、铌和钽。终端一般可以被以任何希望的方式设置，以使其相互之间电绝缘并能够连接各个电容器。如在图2中，电容器200包括含有阴极引线72的各个阴极64，阴极引线72通常与阴极终端172(如，钽线)相连接。类似地，各个阳极65含有阳极引线62，阳极引线62通常与阳极终端162(如，钽线)相连接。阴极引线72和阳极引线62可以以公知技术分别电连接于终端172和162。例如，引线可以直接连接终端(如激光焊接、导电粘合剂等)、或通过另外的导电元件(如金属)与终端连接。
分隔物117也可以被设置于阴极和阳极之间以阻止其直接接触，还允许工作电解质144的离子流流向电极。在已知的电解质类型中用做分隔物的任何材料均可用作本发明的分隔物。实例包括：纸、塑料纤维、玻璃纤维、由这些纤维制成的纸、多孔膜、和离子渗透性材料(如NafionTM)。典型地，阳极和相应的阴极被隔离开的距离大约10微米到大约1000微米。
如果需要，电容器200的部件可以容纳于容器119内。虽然任意形状都可采用，但是容器119是带有顶121和底123的圆柱形。容器119的顶121被盖125和密封件127(如橡胶软木)所覆盖。容器119和/或盖125可以由任何各种导电材料制成，如铜、镍、银、镍、锌、锡、钯、铅、铜、铝、钼、  钛、铁、锆、镁、及其合金。终端162和172延伸穿过盖125以提供后续电连接。为确保终端162和172之间的电绝缘，提供了在与盖125邻近的区域内将终端封装的导电棒175(如不锈钢、铌等)。
形成所述多个阳极、阴极和工作电解质的特定方式可以变化。在此，可以根据本发明制成的这些部件的各种实施方案现在将更详细地描述。应该理解的是以下的描述仅仅是示例性的，本发明还可预见其他实施方案。
I阳极
阳极一般由粉末组合物形成，该粉末组合物主要由电子管金属(即能够氧化的金属)构成、或由化合物构成，该化合物包含电子管金属作为其成分。可以采用的适合的电子管金属包括但不限于：钽、铌、铝、铪、钛、这些金属的合金，等等。例如，阳极可以由一般认为是半导电材料或者强导电材料的电子管金属氧化物或氮化物(如：氧化铌、氧化钽、氮化钽、氮化铌等)形成。用于阳极的特别适合的电子管金属氧化物包括氧化铌，它具有铌与氧原子比率为1∶小于2.5，在一些实施方案中为1∶小于1.5，在一些实施方案中为1∶小于1.1，以及在一些实施方案中是1∶1.0±0.2。例如，氧化铌可以是Nb0.7，NbO1.0，NbO1.1，和NbO2。这些电子管金属氧化物的其他例子请看美国专利6,322,912(Fife)，结合于此作为本发明所有方面的参考。电子管金属氮化物的例子还在以下文章中有所描述：″Tantalum Nitride：A New Substrate for SolidElectrolytic Capacitors″，T.Tripp；Proceedings of CARTS 2000：20thCapacitor and Resistor Technology Symposium，2000年3月6-20日。
粉末组合物包含具有特征为提高电容器阳极性能的颗粒。例如，该颗粒可以具有约0.5到约10.0m2/g，在一些实施方案中约0.7到约5.0m2/g，在一些实施方案中约2.0到约4.0m2/g的比表面积。类似地，最终堆积密度一般为从约0.1到约20克每立方厘米(g/cm3)，在一些实施方案中约0.5到约12g/cm3，在一些实施方案中约1到约8g/cm3。一般而言，这些颗粒还具有筛分尺寸分布至少约60目，在一些实施方案中约60到约325目，在一些实施方案中约100到约200目。颗粒还可以具有高于约90wt.％的纯度水平，在一些实施方案中高于约95wt.％，而在又一些实施方案中，高于约98wt.％.
如果需要，可以采用机械研磨技术以将所述颗粒磨碎至需要的尺寸。例如，粉末(例如NbO或者Nb2O5)可以分散在流体介质(例如乙醇、甲醇、氟化流体等等)中以形成浆料。该浆料可随后在磨机中与研磨介质(例如金属球，例如钽)结合。研磨介质的数量一般可以根据磨机的尺寸改变，例如大约100-大约2000，和在一些实施方案中大约600-大约1000。可以以任何比例结合起始粉末、流体介质和研磨介质。例如，起始陶瓷粉末与研磨介质的比率可以为大约1∶5到大约1∶50。同样地，流体介质的体积与起始陶瓷粉末的结合体积的比率可以为大约0.5∶1至大约3∶1，在一些实施方案中大约0.5∶1至大约2∶1，和在一些实施方案中大约0.5∶1至大约1∶1。可以使用的磨机的一些实例描述于美国专利Nos.5,522,558；5,232,169；6,126,097；和6,145,765，其以其整体针对所有目的通过参考引入本文。
研磨可以进行所需的任何预先确定的时间量以达到目标比表面积。例如，研磨时间可以为大约30分钟至大约40小时，在一些实施方案中大约1小时至大约20小时，和在一些实施方案中大约5小时至大约15小时。研磨可以在任何需要的温度下进行，包括在室温或升高的温度下。研磨以后，流体介质可以从粉末分离或除去，例如通过风干法、加热、过滤、蒸发等等。例如，所述粉末可以任选经历一个或多个酸沥滤步骤以除去杂质。这样的酸沥滤步骤在所属领域是公知的并可以采用任何各种酸类，例如无机酸类(例如，盐酸、氢溴酸、氢氟酸、磷酸、硫酸、硝酸、等等)、有机酸类(例如，柠檬酸、酒石酸、甲酸、草酸、苯甲酸、丙二酸、琥珀酸、己二酸、酞酸、等等)；等等。虽然并不要求，但是所述颗粒还可以使用所属领域已知的任何技术附聚。典型的附聚技术包括例如，在真空或惰性气氛中，在大约800℃-大约1400℃的温度下进行总时间周期为大约30-大约60分钟的一个或多个热处理步骤。
为了形成粉末组合物，通常将颗粒分散在溶剂中。其中，溶剂用于溶解粉末组合物的在陶瓷焙烧条件(firing conditions)下易挥发的组分。溶剂还可用于控制粉末组合物的粘度，从而促进薄膜的形成。可以采用各种溶剂中的任何溶剂，例如水；二醇(例如丙二醇、丁二醇、三乙二醇、己二醇、聚乙二醇、乙氧基二甘醇、和双丙甘醇)；乙二醇醚(例如甲基乙二醇醚、乙基乙二醇醚、和异丙基乙二醇醚)；醚(例如二乙醚和四氢呋喃)；醇(例如甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、和丁醇)；三酸甘油酯；酮(例如丙酮、甲基乙基酮、和甲基异丁基酮)；酯(例如乙酸乙酯、乙酸丁酯、二乙二醇醚乙酸酯、和甲氧基丙基乙酸酯)；酰胺(例如二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二甲基辛酸/癸酸脂肪酸酰胺和N-烷基吡咯烷酮)；腈(例如乙腈、丙腈、丁腈和苄腈)；亚砜或砜(例如二甲亚砜(DMSO)和环丁砜)；等等。合意的是可以采用水性溶剂(例如水)。事实上，水可以组成粉末组合物中使用的一种或多种溶剂的大约20wt％或更多，在一些实施方案中大约50wt％或更多，和在一些实施方案中大约75wt％-100wt％。
粉末组合物中使用的一种或多种溶剂的总浓度可以变化，但通常是粉末组合物的大约1wt％-大约50wt％，在一些实施方案中大约5wt％-大约40wt％，和在一些实施方案中大约10wt％-大约30wt％。当然，使用的一种或多种的溶剂具体量部分地取决于粉末组合物所需的固体含量和/或粘度。例如，固体含量可以为按重量计大约20％-大约90％，更特别地，按重量计大约30％-大约80％，并且甚至更加特别地，按重量计大约40％-大约75％。通过改变粉末组合物的固体含量，陶瓷颗粒在粉末组合物中的存在可以受到控制。例如，为了形成具有较高的颗粒含量的粉末组合物，其配方可以提供有相对高的固体含量以使得更大百分比的颗粒将结合入阳极。此外，粉末组合物的粘度也可以根据施加方法和/或所用溶剂的类型改变。但是，粘度通常是大约5至大约200帕-秒，在一些实施方案中大约10至大约150帕-秒，和在一些实施方案中大约20至大约100帕-秒，其通过Brookfield DV-1粘度计使用在12rpm和25℃操作的18号转子测量。如果需要，在粉末组合物中可以使用增稠剂或其它粘度调节剂以提高或降低粘度。
所述粉末组合物任选地含有粘合剂和/或润滑剂。尽管可以使用任何粘合剂，但是有机粘合剂特别适用。这样的粘合剂的实例可以包括，例如，聚(乙烯基缩丁醛)；聚(乙酸乙烯酯)；聚(乙烯醇)；聚(乙烯基吡咯烷酮(pyrollidone))；纤维素聚合物，例如羧甲基纤维素、甲基纤维素、乙基纤维素、羟乙基纤维素和甲基羟乙基纤维素；无规立构聚丙烯、聚乙烯；聚乙二醇(例如来自Dow Chemical Co.的Carbowax)；硅聚合物，例如聚(甲基硅氧烷)、聚(甲基苯基硅氧烷)；聚苯乙烯、聚(丁二烯/苯乙烯)；聚酰胺、聚酰亚胺和聚丙烯酰胺、高分子量聚醚；环氧乙烷和氧化丙烯的共聚物；含氟聚合物，例如聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯和氟-烯烃共聚物；和丙烯酸类聚合物，例如聚丙烯酸钠、聚(低级烷基丙烯酸酯)，聚(低级烷基甲基丙烯酸酯)、和低级烷基丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯的共聚物。
供粉末组合物之用的特别合适的粘合剂是玻璃化转变温度为大约50℃或更低以使得所得粉末组合物的挠性不受到显著限制的胶乳聚合物粘合剂。而且，所述胶乳聚合物还通常具有大约-35℃或更高的玻璃化转变温度以最小化其粘合性。可以使用的一些合适的聚合物网格(lattice)可以基于聚合物例如，但不局限于，苯乙烯-丁二烯聚合物、聚乙酸乙烯酯均聚物、乙烯基-乙酸酯乙烯共聚物、乙烯基-乙酸酯丙烯酸或甲基丙烯酸聚合物、乙烯-氯乙烯聚合物、乙烯-氯乙烯-乙酸乙烯酯聚合物、聚氯乙烯聚合物、腈聚合物、和任何其它在所属领域已知的合适胶乳聚合物。可以在本发明中使用的市售丙烯酸粘合剂例如包括：RhoplexTM AC-261、RhoplexTM EC-1791、RhoplexTM 2019R、RhoplexTMB-60-A、和RhoplexTM EC-2885，其可从Rohm and Haas Co获得。
除了粘合剂之外，所述粉末组合物还可以包括促进颗粒形成电容器阳极的能力的其它组分。例如，在粉末组合物中可以使用一种或多种分散剂以减少悬浮体的表面张力。一种类别的适合分散剂包括具有酸基的阴离子聚合物或其盐。这样的聚合物通常例如包含至少一种含有烯属不饱和酸的单体和任选至少一种烯属不饱和非离子单体。合适的酸单体包括具有羧酸基团的单体，例如丙烯酸、甲基丙烯酸、衣康酸、富马酸、巴豆酸、马来酸、衣康酸单甲基酯、富马酸单甲酯、和富马酸单丁酯；酐，例如马来酐和衣康酸酐；或其组合。合适的烯属不饱和单体包括(甲基)丙烯酸的烷基酯，例如丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯和甲基丙烯酸甲酯；(甲基)丙烯酸的羟基酯，例如甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、和甲基丙烯酸羟丙酯；芳族单体，例如苯乙烯和α-甲基苯乙烯；和链烯，例如二异丁烯。合适的阴离子聚合物分散剂的市售实例包括例如，TamolTM 731A(聚(马来酐)的钠盐)和TamolTM 850(聚(甲基丙烯酸甲酯)的钠盐)，其中两者都可从Rohm & Haas Co获得。
还可以在粉末组合物中使用润湿剂或表面活性剂以促进形成具有合意的铺展性的均匀一致的粉末组合物。合适的表面活性剂可以包括阳离子表面活性剂、非离子表面活性剂、阴离子表面活性剂、两性表面活性剂，等等。非离子表面活性剂例如可具有疏水基，例如长链烷基或烷基化的芳基，以及包括一定数目(例如1-大约30)的乙氧基和/或丙氧基部分的亲水链。可以使用的一些类别的非离子表面活性剂的实例包括但不局限于，乙氧基化烷基酚、乙氧基化和丙氧基化的脂肪醇、甲基葡萄糖的聚乙二醇醚、山梨糖醇的聚乙二醇醚、环氧乙烷-氧化丙烯嵌段共聚物、脂肪(C8-C18)酸类的乙氧基化酯、环氧乙烷与长链胺或酰胺的缩合产物、环氧乙烷与醇的缩合产物，及其混合物。特别合适的非离子表面活性剂可以包括1摩尔在直链或支链烷基中含有大约8-18个碳原子的烷基酚与大约5-30摩尔的环氧乙烷的聚环氧乙烷缩合物。烷基酚乙氧化物的具体实例包括壬基酚缩合的，大约9.5摩尔环氧乙烷每摩尔壬基酚；二壬基酚缩合的，大约12摩尔环氧乙烷每摩尔酚；二壬基酚缩合的，大约15摩尔环氧乙烷每摩尔酚；和二异辛基酚(diisoctylphenol)缩合的，大约15摩尔环氧乙烷每摩尔酚。这样的化合物可以商品名TritonTM CF-100从Midland，Michigan的Dow Chemical Co商购。
还可以在粉末组合物中使用增塑剂以提高粉末组合物的成膜特征，并向未经过后续处理的(green)条带提供较低温度下的挠性。增塑剂是众所周知的并可以使用各种各样的增塑剂。典型增塑剂的实例包括矿物油；二醇如丙二醇；邻苯二甲酸酯类如邻苯二甲酸二辛酯和邻苯二甲酸苄基丁酯；以及长链脂族酸类，例如油酸和硬脂酸；及其混合物。
粉末组合物各组分的浓度可根据所需的热量、使用的施加方法的湿提取能力(wet pick-up)等等改变。例如，粉末组合物内颗粒的量通常为大约20wt％-大约90wt％，在一些实施方案中大约40wt％-大约85wt％，和在一些实施方案中大约60wt％-大约80wt％。一种或多种粘合剂还可以组成粉末组合物的大约0.01wt％-大约20wt％，在一些实施方案中大约0.1wt％-大约15wt％，和在一些实施方案中大约1wt％-大约10wt％。其它组分，如分散剂、表面活性剂、增塑剂等等，可各自组成粉末组合物的大约0.001wt％-大约10wt％，在一些实施方案中大约0.01wt％-大约5wt％，和在一些实施方案中大约0.1wt％-大约3wt％。
通常可使用各种传统的制造过程来形成所述阳极。例如，压制粉末阳极的实例描述于Fife等的美国专利No.7,099,143，其以其整体通过参考引入本文。或者，所述阳极可以由化学还原以形成导电材料(例如NbO、钽)的陶瓷颗粒(例如Nb2O5、Ta2O5)形成。例如，包含陶瓷颗粒的粉末组合物可以初始形成并采用已知方法比如印刷、条带拉制(tapedrawing)、条带流延(又名刮涂或刃涂)、模制、挤出、排液流延(draincasting)等以薄层形式沉积在基底上。如果需要，可以形成多个层以达到阳极的目标厚度。一旦形成，所述一个或多个层可以经历热处理以化学还原陶瓷颗粒并形成导电阳极。此类粉浆形成的阳极可以显示出小的厚度、高的宽厚比(即宽度与厚度比)和均匀密度，这又可以导致改进的容积效率和等效串联电阻(“ESR”)。示例性的粉浆形成的阳极，例如以上所述的，描述于与本申请同一天提交并命名为“Anode for Use inElectrolytic Capacitors”的共同未决申请，其以其整体通过参考并入本文。
在一个特别的实施方案中，粉末组合物条带流延在载体基底上。所述载体基底可以由各种不同的材料形成，如聚烯烃(例如聚丙烯、聚乙烯等等)、聚酯(例如聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯等等)、聚碳酸酯、聚丙烯酸酯(例如聚甲基丙烯酸甲酯)、聚苯乙烯、聚砜、聚醚砜、乙酸丁酸纤维素、玻璃、金属、其组合；等等。在一个特别的实施方案中，所述载体基底由聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)形成。载体基底可以为膜、片材、面板或板形式的材料，并可以通过任何公知的方法形成，例如吹制、流延、挤出、注入模制等等。涂覆的载体基底可随后在刀刃组件(例如，刀具、刮片等等)下通过，以刀刃组件下的间隙控制涂层的厚度。铺展在载体基底上以后，干燥粉末组合物以除去其易挥发组分。所得干燥层可以从载体基底剥离，从而得到独立的(free-standing)、未经过后续加工的条带。示例性的流延技术描述于例如，美国专利：Howatt的No.2,582,993；Park，Jr.的2,966,719；Zellner，等的4,786,342；Shanefield，等的5,002,710；和Wang，等的6,776,861，其以其整体针对所有目的通过参考引入本文。
例如，参照图1，显示了可以在本发明中使用的条带流延方法的一个实施方案。如描述的，液体粉末组合物14最初被倾注、泵送或者以其它方式提供至液体贮器10。液体粉末组合物14可随后从贮器设置到移动的载体基底膜13上，该膜从供给辊12展开并通过辊32拉紧。粉末组合物14由此润湿载体基底膜13并由该膜携带通过在刮片15与膜13之间形成的间隙22以形成陶瓷层24。间隙22的尺寸影响所得陶瓷层的厚度，并可以通过改变刮片15的高度和/或位置来调节。通常，所述厚度为大约1-大约150微米，在一些实施方案中大约5-大约100微米，并且在一些实施方案中大约20-大约80微米。一旦形成，所述陶瓷层24可随后输送到干燥区，在该区溶剂从粉末组合物蒸发以形成干燥的“未经过后续处理的”条带层。干燥可以在环境条件下(例如在空气中在环境温度下)或通过任何所属领域公知的已知干燥技术(例如烘箱)完成。一旦干燥，“未经过后续处理的”条带层然后卷绕在拉紧辊36上用于后续加工，例如将条带切割至一定形状(例如六边形、正方形、圆形、椭圆形、矩形、三角形等等)。
尽管可以使用单层条带以形成本发明的电容器阳极，但也可以使用多个层。所述层可以例如在流延过程期间形成。或者，可以形成未后续处理条带的分离的层、堆叠，并随后一起层压以产生阳极。无论它们以何特别的方式形成，多个层的使用提供了许多好处，包括帮助最小化在粉末组合物中可能发生的任何变化的能力。所用个体层的数目通常可以改变，但通常为2-50，在一些实施方案中为3-30，以及在一些实施方案中4-20。堆叠层的总厚度较小以使所得阳极薄。例如，所述层的总厚度通常是大约2000微米或更低，在一些实施方案中大约1000微米或更低，以及在一些实施方案中大约100-大约800微米。
当将多个条带层堆叠在一起时，常常希望在相邻的条带层之间安置稍后在焙烧期间除去的一个或多个牺牲元件(sacrificial members)。因此，在除去所述牺牲元件时，可以在所得阳极中保留相应于各个元件的尺寸和形状的空间。这样的空间可以提供许多益处，包括提高阳极的多孔性，提供用于插入阳极引线的位置等等。所述牺牲元件通常可以由能够在后续焙烧步骤中除去的任何材料形成。通常，还选择所述材料以在阳极形成期间具有足够的强度和完整性以使得条带层不会坍塌在烧尽所述元件留下的空间上。为此目的示例性材料包括例如，合成聚合物，例如聚酰胺(例如尼龙6、尼龙66、尼龙11或尼龙12)、聚酯、聚氯乙烯、含氟聚合物(例如聚偏二氟乙烯)、聚烯烃类(例如聚烯烃)等等。这样的合成聚合物可以组成所述插入材料的大约50wt％或更多，在一些实施方案中大约70wt％或更多，和在一些实施方案中大约90wt％或更多。所述牺牲元件的形式也可以按需选择，例如具有任何已知构造的纤维，例如单丝或复丝(例如编织物)、油墨等等。
所述一个或多个牺牲元件的一个益处是一个或多个空间的所需形状和尺寸可以通过选择适当的一个或多个牺牲元件来容易地控制。例如，当所述空间被配置为容纳阳极引线时，该空间的截面尺寸的目标值可以比所述线的实际尺寸略大以适应条带层在随后焙烧期间的收缩。例如，该空间的目标可以为具有比所述线的各个尺寸大至少大约1％，在一些实施方案中至少大约2％，和在一些实施方案中大约5％-大约20％的截面宽度。引线通常具有大约50-大约1000微米的截面宽度，在一些实施方案中大约100-大约750微米，和在一些实施方案中大约150-大约500微米。因此，所述空间可具有大约55-大约1200微米的目标截面宽度，在一些实施方案中大约110-大约900微米，和在一些实施方案中大约165-大约600微米。为了获得这样的空间，该牺牲元件的相应截面宽度也可以为大约55-大约1200微米，在一些实施方案中大约110-大约900微米，和在一些实施方案中大约165-大约600微米。对于所述一个或多个牺牲元件和相应的一个或多个空间的形状也没有限制，并且可以为长方形、正方形、圆形、椭圆形、三角形、六边形等等。
无论是否采用牺牲元件，所述条带层通常使用任何惯用的压制技术压制以形成整体式阳极体。可以采用惯用的压制模具，例如使用模头和一个或多个冲杆的单工位压床。或者，可以使用砧座型压制模具，其仅仅使用模头和单一的下冲杆。单工位压制模具可以若干基本类型获得，例如具有改变能力的凸轮、肘杆(toggle)/钩爪和偏心/曲轴式压机，例如单动、双动、浮沉模具、移动平台、无砧座锤锤头、螺杆、冲击、热压、精压(coining)或精压(sizing)。通常可以选择压制的时间和压力以提供所需的整体式体而位于整体式体中的任何牺牲元件的完整性均没有显著破坏。同时，如果需要，可以采用连续的压制步骤以将一个或多个牺牲元件预层压至条带层并其后以形成整体式实体。
压制之后，所得整体式阳极体可随后切块成为任何所需的形状，例如正方形、矩形、圆形、椭圆形、三角形等等。具有多于四(4)个边缘的多边形状(例如六边形、八边形、七边形、五边形等等)由于它们相对高的表面积是特别所需的。阳极还可以具有“开槽”形状，其含有一个或多个沟道、凹槽、凹坑或压痕以提高表面和容积之比来最小化ESR并扩展电容的频率响应。这样的“开槽”阳极描述于例如美国专利：Webber等的Nos.6,191,936；Maeda等的5,949,639；和Bourgault等的3,345,545，以及美国专利申请Hahn等的No.2005/0270725，其全部以其整体通过参考引入本文。
切块的阳极体然后经历加热步骤，其中所述体内非陶瓷组分(例如粘合剂、牺牲元件、分散剂、润湿剂、溶剂等等)的大多数(如果不是全部的话)被除去。阳极体加热的温度取决于阳极体中采用的组分的类型。例如，阳极体通常通过烘箱加热，该烘箱在大约500℃-大约1750℃的温度下操作，在一些实施方案中大约600℃-大约1600℃，和在一些实施方案中大约700℃-大约1500℃。这样的加热可以实施大约10-大约300分钟，在一些实施方案中大约20-大约200分钟，和在一些实施方案中大约30分钟-大约90分钟。加热可以在空气中或者在受控气氛下(例如在真空下)发生。
无论如何，阳极体经历热处理以通过化学还原陶瓷颗粒形成导电阳极体。例如，电子管金属五氧化物(例如Nb2O5)可以还原成金属对氧的原子比为1∶小于2.5，在一些实施方案中1∶小于2.0，在一些实施方案中1∶小于1.5，和在一些实施方案中1∶1的电子管金属氧化物。此类电子管金属氧化物实例可以包括氧化铌(例如NbO)、氧化钽等等，并更详细地描述于美国专利Fife的No6,322,912，其以其整体通过参考引入本文。为了完成所需的化学还原，通常采用从陶瓷接受氧原子的吸气材料(getter material)。所述吸气材料可以为能够将具体的起始陶瓷还原为氧还原的陶瓷的任何材料。优选，吸气材料包括钽、铌、其合金或其组合。该吸气材料可以具有任何形状或尺寸。例如，吸气材料可以为含有待还原的氧化铌的托盘形式或者可以是以颗粒或粉末粒度。
热处理也通常发生在促进氧原子从陶瓷到吸气材料转移的气氛中。例如，热处理可以在还原气氛中进行，例如在真空、惰性气体、氢等等中。所述还原气氛可以是大约10托-大约2000托的压力，在一些实施方案中大约100托-大约1000托，和在一些实施方案中大约100托-大约930托。还可以采用氢及其它气体(例如氩或氮)的混合物。热处理可以使用在金属热处理中常用的任何热处理装置或炉子进行。热处理的温度、还原气氛和时间可取决于许多因素，例如陶瓷的类型、陶瓷的还原量、吸气材料的量和吸气材料的类型。通常，热处理在大约800℃-大约1900℃的温度下实施，在一些实施方案中大约1000℃-大约1500℃，和在一些实施方案中大约1100℃-大约1400℃，时间为大约5分钟-大约100分钟，和在一些实施方案中大约30分钟-大约60分钟。
金属颗粒接着被烧结以便在颗粒和阴极基底之间形成结合。虽然这样的烧结步骤(一步或多步)可与下面描述的阴极涂层的烧结同时进行，但是通常希望在阴极涂层烧结前单独烧结金属颗粒。这样，烧结条件可针对所采用的颗粒更具体地定制。例如，金属颗粒可在高于阴极涂层的烧结温度下进行烧结，如温度约1000℃到约2500℃，在一些实施方案中约1000℃到约2000℃，在另一些实施方案中约1200℃到约1800℃。加热步骤(一步或多步)可发生于较低压力下，如小于约200毫托(millitorr)，在一些实施方案中小于约100毫托，而在另一些实施方案中小于约50毫托。加热步骤(一步或多步)的总时间可以为约10分钟到约1小时。
本发明的阳极可具有任意期望的形状，如正方形、矩形、圆形、椭圆形、三角形等。具有多于四(4)个边缘的多边形状(例如六边形、八边形、七边形、五边形等等)由于它们相对高的表面积是特别所需的。阳极还可以具有“开槽”形状，其含有一个或多个沟道、凹槽、凹坑或压痕以提高表面和容积之比来最小化ESR并扩展电容的频率响应。这样的“开槽”阳极描述于例如美国专利：Webber等的Nos.6,191,936；Maeda等的5,949,639；和Bourgault等的3,345,545，以及美国专利申请Hahn等的No.2005/0270725，其全部以其整体通过参考引入本文。
一旦形成，阳极通常被阳极化以使得绝缘膜在阳极上和阳极内形成。阳极化是电化学过程，通过该过程阳极金属被氧化以形成介电常数比较高的材料。例如，氧化铌(NbO)阳极可以阳极化以形成五氧化二铌(Nb2O5)。具体地，一个实施方案中，氧化铌阳极在升高的温度(例如大约85℃)浸入弱酸溶液(例如磷酸、多磷酸、其混合物等等)中以形成具有一定厚度的五氧化二铌涂层，所述高温由受控量的电压和电流提供。电源最初保持在恒定电流直至到达需要的形成电压。此后，电源保持在恒定电压以确保在阳极的表面上形成所需的绝缘体厚度。阳极化电压通常为大约10-大约200伏特，和在一些实施方案中大约20-大约100伏特。除了在阳极的表面上形成之外，一部分的绝缘氧化膜还通常将在所述材料的孔表面上形成。应该理解，所述绝缘膜可以由其它类型的材料并使用不同的技术形成。
II.阴极
阴极可以使用任何的各种技术构造。在一个实施方案中，阴极含有由适用于形成电容器的任何金属形成的集电器，例如钽、铌、铝、镍、铪、钛、铜、银、钢(例如不锈钢)、其合金，等等。阴极集电器的结构通常可如本领域技术人员所公知的那样改变。例如，集电器可以为容器、罐、箔、片材、泡沫体、筛孔(mesh)、筛网(screen)、布料、毡等等的形式。在一个实施方案中，阴极集电器是筛孔材料。选择阴极集电器的表面积以提供一定水平的电容量。例如，所述阴极集电器覆盖大约0.1-大约25平方厘米的表面积，在一些实施方案中大约0.2-大约15平方厘米，和在一些实施方案中大约0.5-大约10平方厘米。应该理解，集电器的比表面积可以比上述的指定范围大许多。
在某些实施方案中，阴极涂层在集电器上形成，其在与电解质的界面处支持电化学电容并具有高的表面积对体积比率。阴极涂层可含有电化学活性颗粒，该颗粒是导电的以使得电解质保持与阴极集电器好的电接触。导电性的程度可以依据电化学活性颗粒在大约20℃的“电阻系数”表征，其通常小于大约1欧姆-厘米，在一些实施方案中小于大约1×10-2欧姆-厘米，在一些实施方案中小于大约1×10-3欧姆-厘米，并在一些实施方案中小于大约1×10-4欧姆-厘米。电化学活性颗粒增加有效的阴极表面积，在其上电解质与阴极集电器电化学联系。如此增加的有效阴极表面积使得可以形成如下电容器：它对于给定尺寸具有增加的阴极电容和/或对于给定电容具有减小的尺寸。通常，电化学活性颗粒具有至少大约200m2/g的比表面积，在一些实施方案中至少大约500m2/g，和在一些实施方案中至少大约1500m2/g。为了达到所需表面积，电化学活性颗粒通常具有小的尺寸。例如，电化学活性颗粒的中值粒径可以小于大约100微米，在一些实施方案中大约1-大约50微米，和在一些实施方案中大约5-大约20微米。同样，所述电化学活性颗粒可以是多孔的。并不意欲受到理论限制，据信多孔颗粒为电解质提供通道以更好地接触阴极集电器。例如，电化学活性颗粒可具有平均直径大于大约5埃的孔/通道，在一些实施方案中大于大约20埃，和在一些实施方案中大于大约50埃。
可以使用任何的各种电化学活性颗粒。例如，金属可以用作电化学活性颗粒，例如由钌、铱、镍、铑、铼、钴、钨、锰、钽、铌、钼、铅、钛、铂、钯、和锇，以及这些金属的组合形成的颗粒。例如，在一个特别的实施方案中，电化学活性颗粒是钯颗粒。还可以使用非绝缘的氧化物颗粒。合适的氧化物可包括选自如下的金属：钌、铱、镍、铑、铼、钴、钨、锰、钽、铌、钼、铅、钛、铂、钯、和锇，以及这些金属的组合。特别合适的金属氧化物包括二氧化钌(RuO2)和二氧化锰(MnO2)。还可以使用具有所需水平的导电性的含碳颗粒，例如活性碳、炭黑、石墨等等。一些合适形式的活性碳和用于形成其的技术描述于美国专利：Ivey等的No5,726,118；Wellen等的5,858,911；以及Shinozaki等的美国专利申请No.2003/0158342，其全部以其整体通过参考引入本文。
由于常常难以直接将电化学活性颗粒结合至阴极集电器，所以还可以在阴极涂层中使用粘合剂以有效地将电化学活性颗粒粘附至阴极集电器。可以使用提供所需水平的粘附强度的任何粘合剂。例如，合适的粘合剂可包括聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、羧甲基纤维素、氟烯烃共聚物交联聚合物、聚乙烯醇、聚丙烯酸、聚酰亚胺、石油沥青、煤沥青和酚树脂。
在一个特别的实施方案中，在阴极涂层中使用无定形聚合物粘合剂以帮助电化学活性颗粒粘附至阴极集电器。许多常用的粘合剂由本质上是半晶态或晶态(例如聚四氟乙烯)的热塑性聚合物形成。在电容器的形成期间，这样的粘合剂通常熔化并由此“润湿”电化学活性颗粒的大部分。相反，据信具有相对高“玻璃化转变温度”(“Tg”)的无定形聚合物不会经历熔体流动至和常用的热塑性粘合剂相同的程度，并因此留下部分颗粒未覆盖以充当与电解质和集电器的电化学界面，由此提高电容量。更具体地说，无定形聚合物通常具有大约100℃或更高的玻璃化转变温度，在一些实施方案中大约150℃或更高，和在一些实施方案中大约250℃或更高。如本领域所公知的，玻璃化转变温度可以使用差示扫描量热法(“DSC”)根据ASTMD-3418测定。
可以使用具有所需玻璃化转变温度的任何的各种无定形聚合物。一个类别的特别合适的无定形聚合物是热塑性聚酰亚胺，其通常含有通过酰亚胺键(即其中两个羰基连接至相同的氮原子的键)偶联的芳环。合适的热塑性聚酰亚胺可包括例如，聚(酰胺-酰亚胺)，例如可以从SolvayPolymers以名称Torlon TM获得；聚(醚-酰亚胺)，例如可以从GE Plastics以命名Ultem TM获得)；其共聚物；等等。例如，酰胺-酰亚胺聚合物可以衍生自酰胺-酰胺酸聚合物前体。该聚酰胺-酰胺酸前体然后热固化，通常在高于大约150℃的温度，以形成聚酰胺-酰亚胺。聚酰胺-酰胺酸可以通过至少一种多元羧酸酐或其衍生物与至少一种伯二胺的缩聚反应制备。更特别地，该酸酐通常是偏苯三酸或其衍生物，例如偏苯三酸酐的低级烷基酯或偏苯三酸卤化物(例如，偏苯三酸酐的酰基氯，即氯化偏苯三酸酐(TMAC)。伯二胺通常类似地是芳族二胺，例如对苯二胺、间苯二胺、氧基双(苯胺)、联苯胺(benzidene)、1，5-二氨基萘、氧基双(2-甲基苯胺)2，2-双[4-(对氨基苯氧基)苯基]丙烷、双[4-(对氨基苯氧基)]苯、双[4-(3-氨基苯氧基)]苯、4，4′-亚甲基二苯胺或其组合。其它有用的芳族伯二胺的实例描述于美国专利号：Cole等的5,230,956和Ireland等的6,479,581，其以其整体通过参考引入本文。特别合适的芳族二胺包括间苯二胺和氧基双(苯胺)。
尽管并不要求，但是无定形聚合物粘合剂可以以颗粒形式提供以提高其粘附特性。在使用时，这样的粘合剂颗粒通常具有大约1-大约250微米的粒径分布，和在一些实施方案中大约5-大约150微米。例如，颗粒可具有大约150微米或更低的D90粒度分布(90wt％的颗粒具有报告值以下的直径)，在一些实施方案中大约100微米或更低，和在一些实施方案中大约75微米或更低。
阴极涂层中电化学活性颗粒和粘合剂的相对量可以根据电容器所需的性质改变。例如，更大相对量的电化学活性颗粒通常将导致具有更大阴极电容的电容器。但是，如果电化学活性颗粒的量太大，阴极涂层可能不足以结合至阴极集电器。因此，为了实现这些性质之间适当的平衡，阴极涂层通常分别含有的电化学活性颗粒和粘合剂的重量比为大约0.5∶1-大约100∶1，在一些实施方案中大约1∶1-大约50∶1，和在一些实施方案中大约2∶1-大约20∶1。所述电化学活性颗粒可以组成阴极涂层的大约50wt％-大约99wt％，在一些实施方案中大约60wt％-大约98wt％，和在一些实施方案中大约70wt％-大约95wt％。同样地，粘合剂可组成阴极涂层的大约1wt％-大约40wt％，在一些实施方案中大约2wt％-大约30wt％，和在一些实施方案中大约5wt％-大约20wt％。
除了含有电化学活性颗粒和粘合剂之外，阴极涂层还可以含有其它组分。例如，在一些实施方案中可以使用导电的填料以进一步提高涂层的导电性。这样的导电填料可能在抵消可能由于粘合剂覆盖电化学活性颗粒的一部分表面而引起的导电性的任何损失方面特别有益。可以使用任何合适的导电填料，例如金属颗粒(例如，银、铜镍、铝等等)；非金属颗粒(例如炭黑、石墨等等)。在使用时，导电填料可组成阴极涂层的大约1wt％-大约40wt％，在一些实施方案中大约2wt％-大约30wt％，和在一些实施方案中大约5wt％-大约20wt％。
为了将涂层施加至阴极集电器，电化学活性颗粒、粘合剂和/或导电填料可以分别或一起与溶剂混合，以形成涂料制剂。可以采用任何溶剂，例如水；二醇(例如，丙二醇、丁二醇、三乙二醇、己二醇、聚乙二醇、乙氧基二甘醇、和双丙甘醇)；乙二醇醚(例如甲基乙二醇醚、乙基乙二醇醚、和异丙基乙二醇醚)；醚(例如二乙醚和四氢呋喃)；醇(例如甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、和丁醇)；三酸甘油酯；酮(例如丙酮、甲基乙基酮、和甲基异丁基酮)；酯(例如乙酸乙酯、乙酸丁酯、二乙二醇醚乙酸酯、和甲氧基丙基乙酸酯)；酰胺(例如二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二甲基辛酸/癸酸脂肪酸酰胺和N-烷基吡咯烷酮)；腈(例如乙腈、丙腈、丁腈和苄腈)；亚砜或砜(例如、二甲亚砜(DMSO)和环丁砜)；等等。尽管溶剂的浓度通常可以改变，但是其存在量通常是涂料制剂的大约25wt％-大约95wt％，在一些实施方案中大约30wt％-大约90wt％，和在一些实施方案中大约40wt％-大约85wt％。
涂料制剂的固体含量和/或粘度通常可依照要求改变以实现所需的涂层厚度。例如，固体含量可以为大约5％-大约60wt％，更特别地，大约10％-大约50wt％，并且甚至更加特别地，大约20％-大约40wt％。通过改变涂料制剂的固体含量，涂层中颗粒的存在可以受到控制。例如，为了形成具有较高的电化学活性颗粒含量的阴极涂层，该制剂可以提供有相对高固体含量以使得更大百分比的颗粒在施加过程中并入涂层。此外，涂料制剂的粘度也可以根据涂布方法和/或所用溶剂的类型改变。例如，对于一些涂布技术(例如浸涂)可以使用较低粘度，而对于其它涂布技术可以使用较高的粘度。通常，所述粘度小于大约2×106厘泊，在一些实施方案中小于大约2×105厘泊，在一些实施方案中小于大约2×104厘泊，和在一些实施方案中小于大约2×103厘泊，例如通过BrookfieldDV-1粘度计由LV转子测量。如果需要，在涂料制剂中可以使用增稠剂或其它粘度调节剂以提高或降低粘度。
一旦形成，所述涂料制剂可随后使用任何已知的技术施加到阴极集电器。例如，阴极涂层可以使用例如如下技术施加：溅射、筛网印刷、浸渍、电泳涂布、电子束沉积、喷涂、辊压、刷涂、刮片流延、离心浇铸、掩蔽和真空沉积。其它合适的技术还描述于美国专利：Evans等的No.5,369,547；Evans等的6,594,140；和Shah等的6,224,985，其以其整体通过参考引入本文。例如，阴极集电器可以浸入涂料制剂中或者由涂料制剂喷涂。所述涂料制剂可以覆盖集电器的全部表面。或者，所述涂料制剂可以仅仅覆盖集电器的一部分以保留空间用于引线停靠(reside)在集电器上。例如，涂料制剂可以覆盖集电器表面的大约25％至100％，和在一些实施方案中集电器表面的大约60％至大约95％。在施加后，涂料制剂可以任选干燥以除去任何的一种或多种溶剂。例如，干燥可以在大约50℃到大约150℃的温度下实施。
III.电解质
工作电解质是在阳极和阴极之间提供连接通路的电活性材料，并且通常为液体，例如溶液(例如含水或无水的)、分散体、凝胶等等的形式。例如，该工作电解质可以是酸(例如硫酸、磷酸或硝酸)的水溶液、碱(例如氢氧化钾)或盐(例如铵盐，例如硝酸盐)的含水溶液，以及所属领域已知的任何其它合适的工作电解质，例如溶于有机溶剂的盐(例如溶于二醇基溶液的铵盐)。各种其它电解质描述于Evans等的美国专利Nos.5,369,547和6,594,140，其以其整体通过参考引入本文。
在一个特别的实施方案中，电解质是相对中性的并具有大约5.0-大约8.0的pH，在一些实施方案中大约5.5-大约7.5，和在一些实施方案中大约6.0-大约7.5。尽管具有中性的pH水平，但该电解质仍然是导电的。例如，电解质可具有大约10或更高毫西门子每厘米(“mS/cm”)的电导率，在一些实施方案中大约30mS/cm或更高，和在一些实施方案中大约40mS/cm-大约100mS/cm，在25℃的温度下测定。电导率的值可通过使用任何已知的电导仪(例如Oakton Con Series 11)在25℃的温度下获得。
工作电解质可包括帮助优化其导电性、pH、以及在存储和使用电容器期间的稳定性的多种组分。例如，通常使用用作所述电解质的其它组分的载体的溶剂。所述溶剂可以组成电解质的大约30wt％-大约90wt％，在一些实施方案中大约40wt％-大约80wt％，和在一些实施方案中大约45wt％-大约70wt％。可以使用任何的各种溶剂，例如水(例如，去离子水)；醚(例如，二乙醚以及四氢呋喃)；醇(例如，甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇和丁醇)；三酸甘油酯；酮(例如，丙酮、甲基乙基酮和甲基异丁基酮)；酯(例如，乙酸乙酯、乙酸丁酯、二乙二醇醚乙酸酯和甲氧基丙基乙酸酯)；酰胺(例如，二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二甲基辛酸/癸酸脂肪酸酰胺以及N-烷基吡咯烷酮)；腈(例如，乙腈、丙腈、丁腈以及苄腈)；亚砜或砜(例如，二甲亚砜(DMSO)以及环丁砜)；等等。尽管不一定需要，常常希望使用水性溶剂(例如水)以帮助电解质的pH保持在相对中性的水平。事实上，水可以组成电解质中使用的一种或多种溶剂的大约50wt％或更多，在一些实施方案中大约70wt％或更多，和在一些实施方案中大约90wt％-100wt％。
工作电解质的电导率可以由一种或多种离子化合物(即含有一种或多种离子或能够在溶液中形成一种或多种离子的化合物)提供。合适的离子化合物可包括，例如，无机酸类，例如盐酸、硝酸、硫酸、磷酸、多磷酸、硼酸、含硼的酸，等等；有机酸类，包括羧酸类，例如丙烯酸、甲基丙烯酸、丙二酸、琥珀酸、水杨酸、磺基水杨酸、己二酸、马来酸、苹果酸、油酸、没食子酸、酒石酸、柠檬酸、甲酸、乙酸、羟基乙酸、草酸、丙酸、酞酸、间苯二酸、戊二酸、葡糖酸、乳酸、天冬氨酸、谷氨酸、衣康酸、三氟乙酸、巴比土酸、肉桂酸、苯甲酸、4-羟基苯甲酸、氨基苯甲酸，等等；磺酸类，例如甲磺酸、苯磺酸、甲苯磺酸、三氟甲磺酸、苯乙烯磺酸、萘二磺酸、羟基苯磺酸，等等；聚合酸类，例如聚(丙烯酸)或聚(甲基丙烯酸)酸和其共聚物(例如，马来酸-丙烯酸、磺酸-丙烯酸、和苯乙烯-丙烯酸系共聚物)、鹿角菜(carageenic)酸、羧甲基纤维素、藻酸，等等；等等。还可以使用上述酸类的酐(例如马来酐)和盐。所述盐可以为金属盐形式，例如钠盐、钾盐、钙盐、铯盐、锌盐、铜盐、铁盐、铝盐、锆盐、镧盐、钇盐、镁盐、锶盐、铈盐)，或者由所述酸与胺(例如，氨、三乙胺、三丁胺、哌嗪、2-甲基哌嗪、聚烯丙胺)反应制备的盐。
选择离子化合物的浓度以实现电导率和pH之间的所需平衡。也就是说，强酸(例如磷酸)可以用作离子化合物，但是其浓度通常受到限制以保持所需的中性pH水平。在使用时，强酸通常组成电解质的大约0.001wt％-大约5wt％，在一些实施方案中大约0.01wt％-大约2wt％，和在一些实施方案中大约0.1wt％-大约1wt％。另一方面，可以使用弱酸(例如乙酸)，只要达到所需的电导率即可。在使用时，弱酸通常组成电解质的大约1wt％-大约40wt％，在一些实施方案中大约2wt％-大约30wt％，和在一些实施方案中大约5wt％-大约25wt％。如果需要，可以在电解质中使用弱酸和强酸的共混物。离子化合物的总浓度可以改变，但通常是电解质的大约1wt％-大约50wt％，在一些实施方案中大约2wt％-大约40wt％，和在一些实施方案中大约5wt％-大约30wt％。
如果需要，还可以在电解质中使用碱性pH改性剂，其使用量能够有效平衡离子化合物对pH的影响。合适的碱性pH改性剂可包括，但不局限于氨；单、二和三烷基胺；单、二和三烷醇胺；碱金属和碱土金属氢氧化物；碱金属和碱土金属硅酸盐；及其混合物。碱性pH改性剂的具体实例是氨；氢氧化钠、钾和锂；硅酸钠、钾和锂；单乙醇胺；三乙胺；异丙醇胺；二乙醇胺；和三乙醇胺。
为了确保电解质在正常的存储和使用条件保持稳定，通常期望其凝固点为大约-20℃或更低，和在一些实施方案中，大约-25℃或更低。如果需要，可以使用一种或多种防冻剂，例如二醇(例如丙二醇、丁二醇、三乙二醇、己二醇、聚乙二醇、乙氧基二甘醇、双丙甘醇等等)；乙二醇醚(例如甲基乙二醇醚、乙基乙二醇醚、异丙基乙二醇醚等等)；等等。尽管防冻剂的浓度可以改变，但是其存在量通常是电解质的大约5wt％-大约50wt％，在一些实施方案中大约10wt％-大约40wt％，和在一些实施方案中大约20wt％-大约30wt％。也应注意，电解质的沸点通常是大约85℃或更高，和在一些实施方案中大约100℃或更高，以使得电解质在升高的温度保持稳定。
还可以在工作电解质中使用去极化剂以帮助抑制氢气在电解电容器阴极的析出，否则该析出可能成为电容器凸起并最后失效的起因。在使用时，去极化剂通常组成电解质的大约百万分之一到大约百万分之500份(“ppm”)，在一些实施方案中大约10-大约200ppm，和在一些实施方案中大约20-大约150ppm。
合适的去极化剂可包括硝基芳族化合物，例如2-硝基酚、3-硝基酚、4-硝基酚、2-硝基苯甲酸、3-硝基苯甲酸(benzonic acid)、4-硝基苯甲酸、2-硝基苯乙酮、3-硝基苯乙酮、4-硝基苯乙酮、2-硝基苯甲醚、3-硝基苯甲醚、4-硝基苯甲醚、2-硝基苯甲醛、3-硝基苯甲醛、4-硝基苯甲醛、2-硝基苯甲醇、3-硝基苯甲醇、4-硝基苯甲醇、2-硝基酞酸、3-硝基酞酸、4-硝基酞酸、等等。特别合适的硝基芳族去极化剂是硝基苯甲酸类、其酐或盐，由一个或多个烷基(例如甲基、乙基、丙基、丁基等等)取代。这样的烷基取代的硝基苯甲酸化合物的具体实例包括例如，2-甲基-3-硝基苯甲酸；2-甲基-6-硝基苯甲酸；3-甲基-2-硝基苯甲酸；3-甲基-4-硝基苯甲酸；3-甲基-6-硝基苯甲酸；4-甲基-3-硝基苯甲酸；其酐或盐；等等。并不意欲受到理论限制，据信，当阴极电位达到低区域或电池电压高时，烷基取代的硝基苯甲酸化合物可以优先地电化学吸附在阴极表面的活性部位上，并可以随后在阴极电位上升或电池电压低时从其中解吸进入电解质中。以此方式，所述化合物是“电化学可逆的”，这可以提供对氢气产生改进的抑制。
IV.其他组分
除了以上确定的那些之外，在湿式电解电容器中还可以使用其它任选的组分。例如，可以使用覆盖所述集电器和/或阴极涂层的导电聚合物涂层。合适的导电聚合物可包括但不局限于，聚吡咯；聚噻吩，例如聚(3，4-亚乙基二氧基噻吩)(PEDT)；聚苯胺；聚乙炔；对聚苯；和其衍生物。所述导电聚合物涂层还可以由多个导电聚合物层形成。例如，导电聚合物涂层可含有由PEDT形成的一层和由聚吡咯形成的另一层。
尽管并不要求，但所述导电聚合物涂层可进一步提高电容器的有效电容。例如，当导电单体聚合时，其通常假定为无定形的、非晶状的形式，当在扫描电子显微镜下观察时看起来有些象网格。这意味着所得导电聚合物涂层具有高的表面积并因此起到一定作用以增加施加了该导电聚合物的涂覆的集电器的有效表面积。可以利用多种方法以将导电聚合物涂层施加至阴极涂层。例如，可以使用例如筛网印刷、浸渍、电泳涂布和喷雾的技术来形成所述涂层。例如，在一个实施方案中，用来形成所述导电聚合物(例如PEDT)的一种或多种单体可最初与聚合催化剂混合以形成分散体。例如，一种合适的聚合催化剂是BAYTRON C(BayerCorp.)，其是甲苯-磺酸铁(III)和正丁醇。BAYTRON C是用于BAYTRONM的市售催化剂，所述BAYTRON M是3，4-亚乙基二氧基噻吩，是同样由Bayer Corporation出售的PEDT单体。一旦形成分散体，涂覆的阴极集电器可随后浸入该分散体以使得导电聚合物形成。或者，催化剂和单体(一种或多种)也可以分别地施加。在一个实施方案中，催化剂可以溶于溶剂(例如丁醇)并随后作为浸渍溶液施加。尽管以上已经描述了多种方法，但是应该理解，也可以利用用于施加所述涂层(包括导电聚合物涂层)的任何其它方法。例如，可用于施加此类包括一种或多种导电聚合物的涂层的其它方法描述于下述美国专利：Sakata等的No.5,457,862；Sakata等的5,473,503；Sakata等的5,729,428；和Kudoh等的5,812,367，其以其整体通过参考引入本文。
也可以任选在导电聚合物涂层和阴极涂层之间设置保护涂层。据信所述保护涂层可改进导电聚合物涂层和阴极涂层之间界面的机械稳定性。保护涂层可以由相对绝缘的树脂材料(天然的或合成的)形成。可以使用的一些树脂材料包括但不局限于，聚氨酯、聚苯乙烯、不饱和或饱和脂肪酸的酯(例如甘油酯)等等。例如，合适的脂肪酸的酯包括但不局限于，月桂酸、肉豆蔻酸、棕榈酸、硬脂酸、桐酸、油酸、亚油酸、亚麻酸、紫胶桐酸、紫胶酸、等等的酯。已经发现这些脂肪酸的酯在以相对复杂的组合使用以形成“干性油”时特别适用，这使得所得薄膜能够迅速地聚合成稳定层。这样的干性油可包括单、二和/或三甘油酯，其具有分别带有酯化的一个、两个和三个脂肪酰基残基的甘油主链。例如，可以使用的一些合适的干性油包括但不局限于，橄榄油、亚麻籽油、蓖麻油、桐油、大豆油和紫胶。这些和其它保护涂层材料更详细地描述于Fife等的美国专利No6,674,635，其以其整体通过参考引入本文。
本发明的电解电容器可以用于多种应用，包括但并不限于医疗应用，例如除颤器；汽车应用；军事应用，例如雷达系统；等等。本发明的电解电容器还可以在消费类电子设备中使用，包括收音机、电视等等。
本发明可以参考下列实施例更好地理解。
实施例1
最初由下列组合物形成陶瓷体：
材料                 Wt％
去离子水             19.05
非离子表面活性剂     0.19
阴离子聚合物分散剂   1.30
丙烯酸粘合剂         9.76
Nb2O5粉末            69.70
所述成分在专用的(dedicated)M-18振动式磨机中研磨。一旦形成，则组合物在粉浆罐(slip pot)中通过搅拌24小时脱气。所述粉浆被流延成聚丙烯载体上的0.001875英寸(1.875密耳)条带。带有润湿条带的该载体跨越维持在50℃恒温的水浴漂浮2分钟以促进干燥。在干燥阶段结束时，金属刀刃将流延条带从载体分离且该条带连同单片纸一起辊轧以防止该条带在存储期间自我粘着。从条带切下6”×6”的片块。然后将条带的这些片块中的9片彼此顶部堆叠并在3000psi的压力下粘在一起10秒钟。在编织机(loom)内编织牺牲元件(sacrificial member)并设置在两个9层堆跺(stacks)之间。所述牺牲元件由通过Shakespeare制成的WN-101钓鱼线(fishing line)(直径为0.0083英寸)形成。此后，所述堆跺层和编织物在Shinto压机中在209kgf/cm2的压力下被压在一起18秒钟。将压制的垫从编织物切除然后在Clifton压机中通过在1845psi压制2秒钟并释放该压力、在1845psi压制4秒钟并释放该压力、并&释放、并随后在1845psi压制16秒钟而层压。将该层压的垫使用PTCCC-7100切块机切块为21.2mm×12.7mm片。切块体(diced body)的厚度为0.7mm。切块体各自重0.55g。
实施例2
由实施例1的陶瓷体形成湿式电解电容器。最初，将不锈钢筛网(150×150目，从McMaster获得)切成2.2cm×1.1cm的矩形。将阴极引线(规格150微米的退火的不锈钢304线)切成2.5cm的长度。这些矩形和线然后首先在45℃肥皂水中在超声波浴中冲洗30分钟并随后用去离子(“DI”)水冲洗4次。在85℃烘箱中干燥30分钟后，将样品在丙酮中在环境温度下再次去脂20分钟。将样品在85℃烘箱中干燥以除去全部残留的丙酮，用去离子水冲洗5次并随后在85℃烘箱中干燥。使用点焊机将阴极引线焊接至矩形筛网1.1cm边缘的中央。深度为大约1.0mm。然后在1.0体积％H2SO4和0.1体积％HCl的溶液中蚀刻矩形筛网1分钟，由去离子水去脂45次，并随后由鼓风机在环境温度下干燥。该筛网基底的所得厚度为大约130微米。
然后通过在烧杯中由磁力搅拌器在12.0克N-甲基吡咯烷酮(NMP)中混合4.0克Norit DLC Super 30活性碳而制备墨水。将0.4克BP2000炭黑作为导电填充材料加入。随后加入0.5克Torlon TF 4000(SolvayAdvanced Polymers Co.)。连续混合在环境温度下持续超过12小时。通过浸渍涂布将墨水施加至不锈钢基底。将刮勺用于刮掉基底两面上过剩的墨水以防止涂层在底部稠化。这些润湿的阴极在120℃预干燥15分钟并随后在260℃热固化30分钟。加载量为0.0107克且厚度为150μm。
为了电测量，使用一个长方形的NbO阳极相对两个阴极构造简单的电容器。该阳极通过将实施例1的阳极体设置在多孔Al2O5基底上形成。该体然后在空气中加热至800℃并保持60分钟。然后在两个(2)钽基底(0.1875英寸厚)之间平直地放置该去除粘合剂后的部件并在氢气氛中加热至1200℃并保持120分钟。此后，将0.19毫米钽线插入由尼龙线留下的孔中。通过在1300℃在真空中加热该部件30分钟而将该线结合至所述体。该阳极然后在25伏特在处于85℃的常用含磷浴中阳极化以形成致密的氧化物绝缘体。这些长方形的阳极为20.0毫米长，11.0毫米宽和0.7毫米厚。在一个阳极、两个阴极和两个分隔物堆跺在一起之后，将一片透明胶带用于卷绕该组件。该分隔物由KP60纸(MHTechnologies Co.)形成，其厚度为18微米，长度2.3cm，宽度1.2cm，且绝缘强度为23.6V/微米。
将两个阴极引线焊接至阴极以最小化接触电阻。将阳极-分隔物阴极组件在根据表1中的组成制备的含水溶液中真空浸渍30分钟。
表1.工作电解质的组成及性能
Figure A20081008547800271
使用了EG&G273稳压器/恒流器和Solartron 1255频率响应分析器(FRA)。硬件和电化学电池之间的联系通过Screibner Corrware2.1软件进行。在湿阳极-分隔物-阴极组件上在0.1Hz到100,000Hz的频率窗口内进行阻抗测量且偏压分别控制在2.0V、5.0V和8.0V。尼奎斯特图的实部(real part)给出了电容器对于给定频率的等效串联电阻(ESR)而虚部用于使用下列公式计算电容量：
C = 1 2 × π × f × Z ′ ′
C：电容(F)
f：频率(Hz)
Z″：阻抗的虚部(欧姆)
在0.1Hz测量的电容量用于估计直流条件下的电容量。其对于2.0V、5.0V和8.0V偏压分别为2.53mF、2.37mF和2.31mF。ESR在1000Hz的频率评估并且并不像电容量那样依赖于偏压。其对于所有偏压均保持为大约1.0Ω。
阴极分开在三电极系统中使用循环伏安法测量。反电极为5.0cm2的铂筛网且参比电极为饱和甘汞电极(SCE)。阴极电位在相对SCE为-0.5V和相对SCE为0.5V之间以25mV/s的速度扫描。阴极的DC电容量通过下列公式计算：
C = ΔQ ΔU
C：阴极电容
Q：电荷
U：阴极电位
阴极电容估计为558.7mF，这超过阳极电容200倍。
实施例3
电容器如实施例2中所述形成，区别在于在阴极墨水中不使用炭黑。所得阴极加载量为0.0107克。在0.1赫兹测量的电容量对于2.0V、5.0V和8.0V偏压分别为2.57mF、2.42mF和2.37mF。1000Hz频率下的ESR为1.98Ω。阴极电容估计为550.0mF。
实施例4
电容器如实施例2中所述形成，区别在于加入了1.0克Torlon TF4000。所得阴极加载量为0.0113克。在0.1赫兹测量的电容量对于2.0V、5.0V和8.0V偏压分别为2.54mF、2.41mF和2.35mF。频率1000Hz的ESR为1.35Ω。阴极电容估计为550.0mF。
实施例5
电容器如实施例2中所述形成，区别在于将0.4克乙炔碳(Chevron)用作导电填料。所得阴极加载量为0.0060克。在0.1赫兹测量的电容量对于2.0V、5.0V和8.0V偏压分别为2.60mF、2.36mF和2.23mF。频率1000Hz的ESR为1.15Ω。阴极电容估计为500.0mF。
实施例6
如实施例5中所述形成电容器，区别在于不锈钢筛网为SS Monel304 120×120筛网。所得阴极加载量为0.0074克。在0.1赫兹测量的电容量对于2.0V、5.0V和8.0V偏压分别为2.64mF、2.46mF和2.39mF。频率1000Hz的ESR为1.24Ω。阴极电容估计为403.4mF。
实施例7
如实施例6中所述形成电容器，区别在于不锈钢筛网为SS Monel316 150×150筛网。在0.1赫兹测量的电容量对于2.0V、5.0V和8.0V偏压分别为2.69mF、2.47mF和2.37mF。频率1000Hz的ESR为1.24Ω。阴极电容估计为384.9mF。
实施例8
如实施例5中所述形成电容器，区别在于阴极基底为110PPI(Inco)的镍泡沫体。阴极加载量为0.013克。在0.1赫兹测量的电容量对于2.0V、5.0V和8.0V偏压分别为2.66mF、2.37mF和2.28mF。频率1000Hz下的ESR为1.13Ω。阴极电容估计为1250mF。
实施例9
电容器如实施例7中所述形成，区别在于将0.4克BP2000炭黑用作导电填料。阴极加载量为0.074克。在0.1赫兹测量的电容量对于2.0V、5.0V和8.0V偏压分别为2.54mF、2.38mF和2.32mF。频率1000Hz的ESR为1.16Ω。阴极电容估计为372.3mF。
实施例10
如实施例2中所述制备10块NbO阳极、11块阴极和20块分隔物纸并以阴极、分隔物和阳极的顺序堆跺。各长方形阳极长度为11.0毫米，宽度为11.0毫米，且厚度为0.7毫米。为了匹配阳极的尺寸，将阴极也切成11.0毫米宽的正方形。与实施例2相同大小的分隔物纸简单地折叠成U形以围绕一块阳极。阳极引线和阴极引线从堆跺中以相反的方向出来。整个堆跺由一片透明胶带围绕。所有的阳极钽和阴极不锈钢引线均被修整为6.0毫米长。将阳极引线焊接至一根直径为0.2毫米的粗直径不锈钢丝并将阴极引线焊接至另一线。堆跺的厚度为10.0mm。阳极-分隔物-阴极组件在实施例2中使用的含水电解质中真空浸渍30分钟。在0.1赫兹测量的电容量对于2.0V、5.0V和8.0V偏压分别为14.53mF、12.84mF和12.34mF。频率1000Hz的ESR为0.22Ω。
实施例11
阳极和阴极如实施例2中所述制备并在尺寸上有一些更改。具体地，阳极和阴极基底被切成宽度为1.0cm的正方形。与实施例2相同大小的分隔物纸被折叠成U形以围绕阳极。如图3所示，两个NbO阳极连同3个阴极水平地堆跺在一起。阳极钽引线和阴极不锈钢引线均被修整为6.0毫米长。在氩气氛保护下用激光焊机，阳极钽引线被焊接到0.2毫米直径的粗直径钽线上而阴极不锈钢引线焊接至粗直径不锈钢丝。两根粗线都由点焊机焊接至铌棒。镍引线然后被焊接至这些铌棒。该组件然后由透明胶带围绕以提高压缩并在工作电解质(在以下表2中列出)中真空浸渍30分钟，然后插入壳体。
将该壳体和橡胶软木从Nichicon VZ 16V-10mF引线式铝电解电容器中取出，并首先在清洁剂中清洗并随后在丙酮中清洗以除去残留的化学品。该圆柱形的铝壳体具有18.0mm的OD并且为30.0mm高。然后所述部件被用于包装湿NbO电容器。由于所述铝壳体仅仅用作容器而不是作为阳极或阴极，其内表面由条带掩蔽以防止其直接接触阳极-阴极组件。吸收性棉球被置于所述壳体的底部并随后由2.5克工作电解质预饱和。在电极组件插入所述壳体之后，该壳体立即由车床卷曲。寿命测试需要在85℃16伏等级的2000小时应用。
制备两种工作电解质以用于以下表2中列出的测试。
表2.用于寿命测试湿NbO部件的工作电解质
    组成     A     B
    H2O     214.4g     214.4g
    乙二醇     103.2g     103.2g
    乙酸     62.4g     62.4g
    H3PO4     1.0g     1.0g
    H3BO3     1.0g     1.0g
    NH3.H2O     79.5mL     79.5mL
    3-甲基-4-硝基苯甲酸     1.0ppm     30.0ppm
-30℃和105℃之间的热循环没有显示在每种电解质上出现沉淀的任何信号。寿命测试的结果在以下表3中列出。
表3.寿命测试的结果
如表3明显所示的，气体析出抑制剂、3-甲基-4-硝基苯甲酸的浓度上的区别对这些电容器的初始性能没有显示出显著的影响。但是，使用电解质B的电容器在16伏等级的应用(甚至在85℃2000小时之后)下显示出很稳定的电特性，并且不受到气体析出的损害。使用电解质A(含有低浓度的气体析出抑制剂)的电容器，由于在寿命测试最初阶段的气体形成所引起的壳体膨胀的结果而破裂。因此，气体析出抑制剂的浓度可以维持在相对高的水平上以确保延长的使用寿命。
实施例12
阳极和阴极如实施例2中所述制备。阳极被切为5.16mm×3.88mm×0.58mm的矩形。在这些阳极的形成中使用两种不同的形成电解质。电解质为1.0wt％H3PO4(磷酸)、0.5wt％H3PO4与0.5wt％H5PO4(多磷酸)的混合。这些阳极首先在24伏特下在85℃阳极化120分钟。如表1所示，一些阳极稍后进行真空退火和/或经历第二次形成。电容量通过使用静电充电/放电方法在如实施例11所述的电解质B中测量这些阳极相对大的钽烧结料阴极的DC电池容量(cell capacitance)而测得。相应地在1.0wt％H3PO4中测量泄露电流。在85℃规一化的泄漏电流的计算中，使用2.0伏特偏压下的DC电容量和施加16伏特的额定电压之后2小时测量的泄漏电流。结果在以下表4中列出。
表4.阳极化和/或真空退火的条件和结果
Figure A20081008547800321
如指出的，在含磷浴中形成的阳极显示出比在磷酸和多磷酸的混合物中形成的阳极更高的泄漏电流。
实施例13
使用实施例1的方法形成体，区别在于制造16层的单个堆跺而没有任何牺牲元件。层压的垫被切块为5.50mm×3.85mm体。这些体的厚度为0.6mm。为了促进引线的附着，用Kulicke&Soffa切块锯切出垂直于条带平面的0.005”缝达2mm的深度。切割之后，使用实施例2中描述的方法将该体还原成NbO。将0.19mm直径的钽线切成9mm长度。该线的一端压成紧密地装配进通过所述锯切出的缝中的厚度。将TrumpfProfiweld激光器用于在阳极体每一侧面上的2点中焊接所述线。激光点的尺寸为0.30mm。这些阳极在85℃的温度下使用每阳极0.05A的恒定电流在调节至8600μS的电导率的磷酸浴中阳极化至15V，直至达到15V。阳极随后在15V保持90分钟。阳极化部件的电容量在18％硫酸(sulfuric)中测量，其中采用了用作阴极的大的多孔钽体。用来进行电容量测量的仪器是Hewlett Packard 4263A三用表。在120Hz使用10V外部偏压测量电容量。4个部件的平均电容为160.3μF。
实施例14
使用实施例1的方法形成体，区别在于使用了两个8层的堆跺。从垫上切下部件。使用平均130个部件测量下列未经过后续处理的尺寸：
长度：              5.51mm(标准偏差0.041)
宽度：              3.85mm(标准偏差0.104)
厚度：              0.598mm(标准偏差0.0128)
重量：              0.0357g(标准偏差0.0012)
密度(由平均值计算)：2.815g/cc(标准偏差0.077)
在经由实施例2中描述的方法还原成NbO之后，使用平均390个部件测量下列尺寸：
长度：              5.18mm(标准偏差0.054)
宽度：              3.62mm(标准偏差0.082)
厚度：              0.550mm(标准偏差0.0100)
重量：              0.0268g(标准偏差0.0007)
密度(由平均值计算)：2.603g/cc(标准偏差0.072)
这些阳极在85℃的温度下使用每阳极0.05A的恒定电流在调节至8600μS的电导率的磷酸浴中阳极化至35V，直至达到35V。阳极随后在35V保持90分钟。阳极化部件的电容量在18％硫酸中测量，其中使用了作为阴极的大的多孔钽体。用来进行电容量测量的仪器是HewlettPackard 4263A三用表。在120Hz使用10V外部偏压测量电容量。平均电容(390个部件)为102.3μF且平均CV/g为133,000μFV/g。
实施例15
使用实施例14的方法形成体，区别在于将尼龙带(尺寸0.6858mm×0.0762mm)用于制造牺牲缝。
实施例16
使用实施例15的方法形成体，区别在于在粘着(tacking)和层压之前，使用尖锐的针在每一条带中冲压出孔。这样做是为了在最终产品中产生多孔性。
实施例17
使用实施例16的方法形成体，区别在于在粘着和层压之前，在每一条带的面上印刷有机墨线。该墨水由下列组合物制造：
材料                     量(克)
Reusche油，G-2622型      8.266
Nb2O5粉末                2.135
炭黑，Columbian Raven22  2.923
所述墨水如下形成。最初，将Reusche油放入Univex MF20行星式混合器中。将所述混合器设置在位置1。将Nb2O5粉末缓慢地添加至混合器内的油中。一旦添加了所有的Nb2O5，该混合物再混合5分钟。然后将炭黑缓慢添加至该混合器中，仍在位置1进行。一旦添加了所有的碳，该混合器调节至位置2。该混合物然后再混合10分钟。混合之后，该材料通过Kent floor型3辊式磨机(淬火的4”×8”钢辊，磨机间隙设为0.0005”)加工2次。研磨之后，该混合物被放入Thompson DSRA-12混合器中并共混30分钟。在Thompson混合器中混合之后，将所述材料放回3辊式磨机进行一次最终加工(final pass)并集中在聚丙烯容器中。
将325目不锈钢筛网粘到金属堆跺框架上。掩蔽该筛网以暴露所需的电极图案连同基准校直标记。将碳墨放置在掩蔽的筛网上并将堆跺框架设置在条带片之一上方0.25”处。然后将涂刷器用于在该条带上印刷图案。该过程在另一片条带上重复。将第二片对齐堆跺在先前的条带上以使得电极图案与在先的条带呈180°。重复该过程以产生在最终阳极中具有槽缝的交替图案的堆跺。
实施例18
粉末组合物最初如下形成：
材料                Wt％
去离子水            16.54
非离子表面活性剂    0.23
阴离子聚合物分散剂  0.35
丙烯酸粘合剂        8.01
Nb2O5粉末           71.07
该混合物按照实施例1中的方法一起研磨并流延成条带。然后将该条带切成6”×6”的片块。在粘着和层压之前，也在每一条带的面上印刷实施例17的有机墨水。
将325目不锈钢筛网粘到金属堆跺框架上。掩蔽该筛网以暴露所需的电极图案连同基准对齐标记。将碳墨放置在掩蔽的筛网上并将堆跺框架设置在6”×6”条带片之一上方0.25”处。然后将涂刷器用于在该条带上印刷图案。该过程在另一片条带上重复。将第二片对齐堆跺在先前的条带上以使得电极图案与在先的条带呈180°。重复该过程以产生印刷有电极的条带的22层堆跺。在该堆跺的每一端上堆跺四层未印刷的层以制造30层的总堆跺高度。
按照实施例1的方法将阳极体切割至3.5mm×1.8mm的尺寸。该部件为1.25mm厚。将阳极体放入炉中在空气中在1000℃2小时以除去有机粘合剂和牺牲碳墨。为了将Nb2O5还原为NbO，该体在氢气中以50℃每分钟加热至1400℃并在1400℃在两个1/2”厚的钽吸气块之间保持30分钟。所得体具有交替均匀的多孔层。
为了产生用于阳极化的引线，使用光斑尺寸0.5mm的TrumpfProfiweld激光器将所述体分别地连接至0.005”厚的铌箔矩形片上。这些阳极在85℃的温度下使用每阳极0.1A的恒定电流在调节至8600μS的电导率的磷酸浴中阳极化至35V，直至达到35V。阳极随后在35V保持90分钟。阳极化部件的电容量在18％硫酸中测量，其中采用大的多孔钽体作为阴极。用来进行电容量测量的仪器是Hewlett Packard 4263A三用表。在120Hz使用2V外部偏压测量电容量。平均电容(8部件)为26.4μF。
实施例19
按照实施例18制造多层NbO体。分别地，将Haberer阳极压制机用于将来自HC Starck NbO的NbO体压在0.19mm的钽线上。然后在1500℃烧结该体以在所述线上产生致密结构。然后使用光斑尺寸为0.5mm的Trumpf Profiweld激光器将该线的NbO部分焊接至上面产生的多层体。这些阳极在85℃的温度下使用每阳极0.1A的恒定电流在调节至8600μS的电导率的磷酸浴中阳极化至32V，直至达到32V。阳极随后在32V保持90分钟。阳极化部件的电容量在18％硫酸中测量，其中大的多孔钽体用作阴极。用来进行电容量测量的仪器是Hewlett Packard4263A三用表。在120Hz使用10V外部偏压测量电容量。平均电容(8部件)为28.0μF。
本发明的这些及其它修改和改变可以由本领域普通技术人员实现，而不会背离本发明的精神和范围。此外，应该理解，各种实施方案的各个方面可以完全或部分地互换。而且，本领域普通技术人员将理解上文的描述仅仅是示例性的，而并不意欲限制如所附权利要求中所述的本发明。

Claims (22)

1.一种湿式电解电容器，包括：
多个阳极，厚度约1500微米或更小，所述阳极由粉末形成；
阴极；
工作电解质，设置成与阴极和阳极电接触；
阳极终端，与阳极电连接；以及
阴极终端，与阴极电连接。
2、如权利要求1所述的湿式电解电容器，其中所述电容器包含2到40个阳极。
3、如权利要求1所述的湿式电解电容器，其中所述电容器包含3到30个阳极。
4、如权利要求1所述的湿式电解电容器，其中所述阳极的厚度为约50到约500微米。
5、如权利要求1所述的湿式电解电容器，其中阳极包括钽。
6、如权利要求1所述的湿式电解电容器，其中所述阳极包括氧化铌。
7、如权利要求1所述的湿式电解电容器，其中所述阳极通过化学还原所述粉末形成。
8、如权利要求7所述的湿式电解电容器，其中所述粉末包括五氧化二铌。
9、如权利要求1所述的湿式电解电容器，其中阳极引线从阳极伸出，所述阳极引线与阳极终端连接。
10、如权利要求1所述的湿式电解电容器，其中阴极引线从阴极伸出，所述阴极引线与阴极终端连接。
11、如权利要求1所述的湿式电解电容器，其中阳极包含电介质层。
12、如权利要求1所述的湿式电解电容器，其中所述电容器包含多个阴极，其中至少一个阳极被置于至少两个阴极之间。
13、如权利要求12所述的湿式电解电容器，其中所述电容器包含3到40个阳极。
14、如权利要求12所述的湿式电解电容器，其中所述阳极和阴极垂直排列。
15、如权利要求12所述的湿式电解电容器，其中所述阳极和阴极水平排列。
16、如权利要求1所述的湿式电解电容器，进一步包括被置于阴极和至少一个阳极之间的分隔物，所述分隔物允许工作电解质流动。
17、如权利要求1所述的湿式电解电容器，其中阴极，阳极，和工作电解质被容纳于容器内。
18、如权利要求17所述的湿式电解电容器，其中所述容器包括盖，其中阳极终端和阴极终端从所述盖中伸出。
19、如权利要求1所述的湿式电解电容器，其中阴极包括集电器和电化学活性颗粒的涂层。
20、如权利要求1所述的湿式电解电容器，其中工作电解质为含水溶液。
21、如权利要求1所述的湿式电解电容器，其中所述电容器具有约1500毫欧姆或更小的等效串联电阻，在1000Hz频率的2伏偏压和1伏信号下测得。
22、如权利要求1所述的湿式电解电容器，其中所述电容器具有约500毫欧姆或更小的等效串联电阻，在1000Hz频率的2伏偏压和1伏信号下测得。
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