鋁電解電容器用陽極箔極差電壓的影響研究

林穎

（新疆眾和股份有限公司 烏魯木齊 830013）

鋁電解電容器是電器產品中的核心元件之一，其電容、漏電流、介質損耗等多項重要性能指標都依賴于陽極箔的質量優劣。而電壓作為陽極箔關鍵指標，僅檢測耐壓值不足以充分反映其耐電壓性能，還有必要研究其在加電過程中的變化，即極差電壓，從而進一步判斷陽極箔性能的優劣。

通過改變燒片爐溫度和延長耐壓值檢測時間，研究影響鋁電解電容器用陽極箔極差電壓的因素，闡述極差電壓形成原因，并給出通過檢測極差電壓判斷不同處理條件下形成的陽極箔表面質量優劣的方法，對開發制備性能更為優良的陽極箔工藝具有重大指導意義。

1 實驗

1.1 實驗材料和設備

實驗采用新疆眾和生產的高壓腐蝕箔，用深圳新宙邦科技股份有限公司生產的電子化學品自配電解液加電化成，最后用深圳聚英匯科自動化系統有限公司生產的全程控六通道時間電壓測試儀(后文簡稱電壓測試儀)測試陽極箔電壓。

1.2 實驗方法

用五級混酸化成工藝生產陽極箔的工藝路線如下：高溫水煮、一級化成、二級化成、三級化成、四級化成、五級化成、1#燒片爐、一次修復、磷酸處理、二次修復、2#燒片爐、三次修復、耐水合處理、干燥。

耐壓值測試方法按新疆眾和《中高壓鋁電解電容器用陽極箔產品手冊》中的化成箔耐壓值檢測方法檢測，升壓時間Tr是電壓升至90%Vf所用的時間，耐壓值Vt 是檢測時間為Tr+180s 時的電壓。極差電壓測試方法為，根據工藝特性，延長檢測時間至Tr+Tx，直至電壓曲線拐頭向上，電壓曲線中的Vt(max)-Vt(min)即為極差電壓，見圖1。

圖1 延長耐壓值檢測時間至Tr+Tx的電壓曲線示意圖

實驗一：固定2#燒片爐溫度為350℃，調整1#燒片爐溫度分別為350℃、450℃和500℃，通過五級化成得到3 個樣品；再固定1#燒片爐溫度為500℃，將2#燒片爐溫度調整至450℃，通過五級化成得到1 個樣品。最后用電壓測試儀分別測試4個樣品耐壓值，測試電流2mA，測試時間Tr+180s。

實驗二：用1#燒片爐溫度500℃，2#燒片爐溫度450℃的五級化成生產1 個樣品，再用電壓測試儀進行耐壓值測試，測試電流2mA，測試時間Tr+2100s，同一樣品重復測量3次。

實驗三：用1#燒片爐溫度500℃，2#燒片爐溫度450℃的五級化成生產4 個樣品，再用電壓測試儀進行耐壓值測試，4 個樣品第一次測試電流分別為1mA、2mA、4mA 和8mA，測試時間Tr+180s，4 個樣品第二次測試電流均為2mA，測試時間Tr+500s。

2 實驗結果與分析

2.1 電解液浸蝕陽極箔表面缺陷對極差電壓的影響

不同燒片爐溫度下樣品的極差電壓如圖2 所示。圖2 可以看出，固定2#燒片爐溫度為350℃，將1#燒片爐溫度從350℃提升至450℃和500℃時，從沒有極差電壓到極差電壓越來越大，直至將2#燒片爐溫度提升至450℃時，極差電壓達到最大。

圖2 電解液浸蝕陽極箔表面缺陷對極差電壓的影響

在相同形成電壓下，隨著燒片爐溫度的升高，陽極箔γ′-Al2O3氧化膜結晶度提高，陽極箔Vt(max)、Vt和Vt(min)都會增加，但由于表面缺陷的增加，在加電初期，電解液會浸蝕到更多的缺陷處，導致電壓下降更快，極差電壓也更大。當陽極箔表面缺陷充分暴露后，電壓下降至Vt(min)，之后陽極的氧化反應開始占主導，氧化膜不斷修復，甚至在長時間恒流加電條件下，氧化膜不斷增厚，促使陽極箔耐電壓能力提升，電壓曲線開始上翹，只要加電時間足夠長，陽極箔的最終電壓都會超過Vt(max)。由此看出，通過檢測極差電壓大小，可以定性反映陽極箔表面缺陷的多少。

2.2 陽極雙電層電壓變化對極差電壓的影響

同一樣品重復檢測三次時的極差電壓如圖3 所示。圖3 可以看出，第二次和第三次檢測樣品電壓時，雖然電壓變化趨勢仍沿著上一次檢測時的電壓曲線，但起始時都有極差電壓。

圖3 陽極雙電層電壓變化對極差電壓的影響

由于樣品的檢測過程存在電化學反應，陽極箔作為電化學反應的陽極，表面存在雙電層，在加電初期，雙電層迅速充電至最大電壓，之后隨著Al3+在電場作用下不斷從陽極箔內部穿過氧化膜到達固液界面，消耗吸附在界面上的O2-或OH-，導致面電荷密度下降，引起雙電層電壓下降，直到反應達到平衡，雙電層電壓趨于穩定，陽極箔表觀電壓不再下降。所以，在每一次樣品電壓檢測起始時，都會有極差電壓。

為進一步確認雙電層電壓的變化會造成極差電壓，進行了實驗三。每一個樣品檢測二次，第一次檢測電流逐步翻倍，第二次檢測電流均為2mA 時的極差電壓如下圖4所示。圖4可以看出，隨著檢測電流的增加，雙電層面電荷密度增加，雙電層電壓升高，導致陽極箔表觀電壓增加，但4個樣品第二次檢測電流相同時，雙電層電壓將趨于一致，陽極箔的表觀電壓也都趨于一致。

圖4 不同電流下陽極雙電層電壓變化對極差電壓的影響

3 結論

通過不斷提升燒片爐溫度以增加陽極箔表面缺陷和延長其電壓檢測時間的方式，找出陽極箔極差電壓的形成原因，并得出以下結論：

1）隨著燒片爐溫度的升高，陽極箔γ′-Al2O3氧化膜結晶度提高，缺陷增加，電解液浸蝕更多缺陷處，導致電壓下降更快，極差電壓也更大。

2）在陽極箔電壓檢測加電初期，雙電層電壓較高，隨著氧化反應的進行，雙電層電壓下降，導致陽極箔表觀電壓下降，極差電壓變大。

3）由于陽極箔極差電壓受其表面缺陷影響較大，可以在相同檢測條件下，即在雙電層電壓變化影響趨于一致的情況下，通過比較極差電壓的大小，可以定性判斷不同處理條件下形成的陽極箔表面質量優劣。