專利名稱：電極和帶有該電極的電容器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種帶有一個電極放電器和一個電極本體的電容器電極，該電極本體與該電極放電器接通，并在其表面設置了一層電介質層。此外，本發(fā)明涉及一種具有該電極的電容器。
眾所周知，在電容器的電極中，該電極本體是一個用鈮制成的多孔燒結體而該電介質層則是通過Nb2O5的多孔燒結體的陽極氧化制成的。這類電極原則上可作為電解電容器的陽極使用。其中，該燒結體的孔隙用一種陰極材料填充，該陰極材料與一個陰極放電器接通。
這類公知的電極具有這樣的缺點，即由于氧氣可從電介質層擴散進入電極本體，該電介質層沒有足夠的長期穩(wěn)定性。由于氧氣的擴散，在電介質中形成低氧化物，例如半傳導性的NbO2或金屬傳導的NbO。這樣，電介質變得較薄，從而降低耐壓強度和電容器在一定時間后產(chǎn)生故障。
所以本發(fā)明的目的是提出一種具有足夠的長期穩(wěn)定性的電容器電極。
根據(jù)本發(fā)明，這個目的是通過權利要求1的一種電極來實現(xiàn)的。具有該電極的電容器以及本發(fā)明的其他結構可從其他各項權利要求中得知。
本發(fā)明提出的電容器電極具有一個電極放電器和一個電極本體，該電極本體與該電極放電器接通，并在它的表面設置了一層電介質層。在該電極本體和電介質層之間設置了一層中間層，該中間層阻止該電介質層和電極本體之間的物質交換。
此外，本發(fā)明提出一種具有本發(fā)明電極的電容器，該電極具有對應電極，并在該中間層和對應電極之間設置該電介質層。
其次，本發(fā)明提出一種電容器，該電極的孔隙的表面用一個對應電極覆蓋，而該對應電極則與一個對應電極放電器接通。
本發(fā)明的電極具有這樣的優(yōu)點，即該中間層可有效地阻止該電介質層或電極本體的材料交換，從而提高電極本體或電介質層的穩(wěn)定性，而且該電極或用它制成的電容器具有提高的長期穩(wěn)定性。
本發(fā)明特別適用于電極本體為一種多孔體的電極。多孔體的特點，是具有大的表面，因而在本發(fā)明的電容器中，如果孔隙的表面用一個對應電極覆蓋時，則可實現(xiàn)具有大容量的電容器。
多孔的電極本體例如可用粉末或膏燒結而成，特別是用含鉭或鈮的粉末或相應的膏的壓坯燒結而成。
電極的電介質層例如可通過一種物體的表面層的氧化來實現(xiàn)，它的沒有氧化的剩余部分則形成電極本體。在這種情況中，電介質層如果選擇成使之能夠阻止氧的擴散，則是特別有利的。這樣，就可阻止氧從電介質層擴散進電極本體，從而可有效地減少因氧的損失所引起的電介質層的隨時間的變化。
作為阻止氧擴散的中間層例如可含有鈧、釔、鑭系元素、鈦、鋯、釩、鉻或鉬。作為锎系元素則有鑭、鈰、鐠、釹、釙、釤、銪、釓、鋱、鏑、鈥、鉺、鐿、銩或镥。全部這些材料都由于對氧的低的擴散速度而特別適用作氧的擴散墊壘。
經(jīng)驗表明，在電極本體含有鈮和電介質層含有Nb2O5的情況中，采用含釩的中間層是特別有利的。
其中，中間層的厚度應具有至少兩層單原子層，但也可用較厚的中間層。
本發(fā)明的電極特別宜用一種包括一個A組分和一個B組分的材料制成。其中，B組分的表面能小于A組分的表面能，且中間層包括從B組分的原材料分離的部分，B組分可以是材料的摻雜形式。
通過借助B組分制作中間層可特別簡便而又不花大的費用，因為該中間層由此可自動地在本發(fā)明所述的適當部位即在電極本體的表面上制成。作為材料尤其可用一種金屬合金，在這種材料中，B組分所占的重量百分比一般在10ppm和50％之間(ppm＝100萬分之幾)。
這種合金具有這樣的優(yōu)點，即用它制成的電極本體同時具有電容器所需的導電性能。當該合金的A組分是一種適合于構成一種電介質的單向導電金屬時，或當A組分是一種含有該單向導電金屬的合金時，是特別有利的。單向導電金屬具有這樣的特性，即這類金屬可通過氧化生成一層合適的電介質層。作為單向導電金屬例如可用鉭或鈮。作為含有單向導電金屬的合金例如可用鉭-鈮合金，這種合金在通過氧化生成該電介質層時也能成一種具有優(yōu)良特性的相應的混合氧化物。在這些情況中，B組分可以是上述單金屬之一，例如釩或其化合物。
此外，用一種含鈮和釩的合金制作該電極本體也是有優(yōu)點的，因為由于鈮的表面能(γ＝2.983焦耳/米2)和釩的表面能(γ＝2.876焦耳/米2)不同而可簡便地從分離的釩中生成一層中間層。釩分離到鈮的表面例如可在電極本體氧化后通過適當?shù)臒崽幚韥韺崿F(xiàn)。
下面結合一些實施例和附圖來詳細說明本發(fā)明。


圖1表示本發(fā)明電極的原理結構的示意橫截面；圖2表示用本發(fā)明電極作為陽極的一種電解電容器的示意橫截面。
圖1表示一個帶有電極本體2的電極，該電極本體與一個電極放電器1導電連接。在電極本體2的表面上設置了一層電介質層3。在電極本體2和電介質層3之間設置了一層中間層4。
圖2表示一個用本發(fā)明電極作為陽極的電解電容器，其中的電極相當于圖1的結構，且該電極的電極本體2是一個帶有孔隙7的多孔體。電極本體2最好含有一種例如鉭或鈮的單向導電金屬，用它可通過陽極氧化制成一種介電的氧化物。
電極本體2最好用一種粉末狀的鈮和釩的合金制成。其中，電極放電器1做成金屬導線的形狀或大面積金屬放電器的形狀。例如含鉭的導線或含鈮的導線或大面積的放電器用一種相應的粉末材料壓制并隨即與之燒結在一起。從而形成一個與電極放電器1連接的多孔電極本體2。釩在合金中所占的重量百分比一般為10ppm和50％之間。
制造電極也可用一種膏，這種膏通過一種合適的方法例如絲網(wǎng)印刷法涂覆在電極放電器1上，然后進行燒結。
在下一道工藝步驟中，通過陽極氧化在電極本體2的表面上形成Nb2O5介電層，即電介質層3。鈮電極的特點，是具有高的比電荷和形成的電介質的高介電常數(shù)。上述工藝步驟作為成形是業(yè)內公知的，并在例如用一個電極本體2浸入一種磷酸含量一般為0.1和5％之間的電解液中，在一般為30和85℃之間的溫度下進行。在電極放電器1和在成形時所用的對應電極之間最好加一個介于10和80伏之間的成形電壓。
在下一道工序中，在通過250和450℃之間進行0.3至3小時的熱處理形成氧化物后，實現(xiàn)釩的一部分從合金分離到電極本體2的表面，并在電介質層3和電極本體2之間形成中間層4。由于釩和鈮的不同的表面能，所以分離是可能的。
中間層4由可能仍含有雜質的釩組成。釩具有這樣的性能，它與鈮比較，溶解氧較差，且擴散較差。所以，釩對電介質層3中從Nb2O5放出的，要擴散進鈮電極本體2的氧是一個合適的擴散墊壘。否則，通過這種氧損失勢必使氧化層隨時間推移而變成低氧化物。
此外，這樣制成的電極可按熟知的方式組成一個電容器。
電極的孔隙7用一種對應電極材料5填充，例如用MnO2或一種導電的聚合物填充。在下一道工序中，制作接觸層8、9，這兩個接觸層最后與對應電極放電器6連接。第一接觸層8例如可用石墨制成，而第二接觸層9則例如可用銀導電漆制成。
本發(fā)明不受示范性示出的實施例的限制，而是用其最一般的形式通過權利要求1和13來界定的。
權利要求
1.電容器的電極，包括-一個電極放電器(1)，-一個電極本體(2)，-該電極本體與電極放電器(1)接通，并-在其表面上設置了一層電介質層(3)，在電極本體(2)和電介質層(3)之間設置了一層中間層(4)，該中間層阻止電介質層(3)和電極本體(2)之間的物質交換。
2.按權利要求1的電極，其中電極本體(2)是一個多孔體。
3.按權利要求1至2的電極，其中電極本體(2)用一種粉末或膏燒結而成。
4.按權利要求1至3的電極，其中電介質層(3)通過一種物體的表面層的氧化來制成，它的未氧化的剩余部分則形成電極本體(2)，中間層(4)阻止電介質層(3)和電極本體(2)之間的氧擴散。
5.按權利要求1至4的電極，其中中間層(4)含有鈧、釔、鑭系元素、鈦、鋯、釩、鉻或鉬。
6.按權利要求1至5的電極，其中電介質層(3)含有Nb2O5、電極本體(2)含有鈮而中間層(4)則含有釩。
7.按權利要求1至6的電極，其中中間層(4)具有至少兩層單原子層的厚度。
8.按權利要求1至7的電極，其中電極本體(2)用一種包括一個A組分和一個B組分的材料制成，其中B組分的表面能小于A組分的表面能，中間層(4)包括從B組分的材料中分離的部分。
9.按權利要求8的電極，其中電極本體(2)用一種金屬合金或摻雜制成，且B組分在合金中所占的重量百分比為10ppm和50％之間。
10.按權利要求9的電極，其中A組分是一種單向導電金屬或一種含有單向導電金屬的合金而B組分則是一種金屬。
11.按權利要求1至10的電極，其中電極本體(2)用一種含有鈮和釩的合金制成，而中間層(4)則含有分離出的釩。
12.按權利要求8的電極，其中B組分以摻雜的形式存在于電極本體(2)的材料中。
13.具有權利要求1至12所述的一個電極的電容器，有一個對應電極(5)，并在中間層(4)和對應電極(5)之間設置了一層電介質層(3)。
14.按權利要求13的電容器，其中該電極的孔隙(7)的表面用一個對應電極(5)覆蓋，而對應電極(5)則與對應電極放電器(6)接通。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種帶有一個電極放電器(1)和一個電極本體(2)的電容器電極，該電極本體與電極放電器(1)接通，并在其表面設置了一層電介質層(3)。在電極本體(2)和電介質層(3)之間，設置了一層中間層(4)，該中間層阻止電介質層(3)和電極本體(2)之間的物質交換。借助中間層(4)特別減少了氧從電介質層(3)擴散入電極本體(2)中，這樣該電極就具有較大的長期穩(wěn)定性。此外，本發(fā)明涉及一種用本發(fā)明這個電極作陽極的電容器。
文檔編號H01G9/004GK1473339SQ01815385
公開日2004年2月4日 申請日期2001年7月30日 優(yōu)先權日2000年9月8日
發(fā)明者M·施藤策爾, H·茨爾根, J·吉伯, , M 施藤策爾 申請人:埃普科斯股份有限公司