[发明专利]在固态电容器阳极制备中的粉末改性

说明书

技术领域

本发明涉及固态电容器领域，特别是涉及用于现代电子设备的高 性能电容器。具体地，本发明涉及一种方法，通过该方法可以将阀作 用材料的粉末改性为使其适合用于形成固态电解电容器的电容器阳 极。本发明主要提供一种方法，通过该方法可以将原始(非结构化的) 粉末转化为一种结构化的粉末，本发明还提供由该方法获得的或可得 的粉末。

背景技术

目前固态电容器采用一种粉末冶金工艺制造，在该工艺中通过烧 结阀作用金属或陶瓷粉末形成一种高表面积多孔阳极体。典型的阀作 用材料是钽或铌金属或铌的低价氧化物(如一氧化铌，它是一种具有 阀作用性能的导电陶瓷)。尽管上述的材料是最常用的，对于本领域 技术人员其他阀作用材料将是已知的。

所述的多孔阳极体提供一种高比表面积，因此其在最终的电容器 中提供高比电容的电位。为了获得该最佳性能，必须仔细控制孔隙率 以使其形成有效的电容器。该阳极体的孔隙率可能受到前驱体粉末的 粒度及粒子分布(“结构”)的影响，该前驱体粉末在烧结时形成多 孔阳极体。对孔隙率的其他影响包括前驱体粉末的细粒子的微孔率和 形状，预凝聚的程度，原始凝聚物的粒度和分布，该粉末材料的化学 性质，结晶性，该粉末的烧结物活性，用于形成未烧结(green)阳极 体的压力，在成形过程中所用的润滑剂类型，以及与粉末混合的粘合 剂。然而，如果前驱体粉末的结构不适合，则将难以获得具有优异孔 隙率的阳极体。对于某些材料极难获得具有所需结构的粉末。例如， 一氧化铌易碎并且在通过研磨形成粉末的过程中形成极细小的粉末， 这种细小粉末不适合用于烧结来形成制造电容器用的阳极体。

在本领域中电容器级粉末通常指“结构化的粉末”。美国专利6,322, 912、6,391,275及6,592,740公开了用于制造电容器的NbO粉末形 成方法。在这些用于形成NbO粉末的固态不均衡反应中，前驱体是 Nb₍₀₎和稳定的氧化物Nb₂O₅。这些制剂被粉末化为一种具有1μm或 更小粒度的初级粒子，并以生成一氧化铌所需的化学计量比混合。该 混合物在氢或氢/氩保护气氛中加热到约1400℃并反应几小时。该五氧 化物因此被还原为其低价氧化物，而且该金属由释放的氧来氧化直到 五氧化物和金属转化为一氧化铌NbO。凝聚的NbO然后基于该材料产 生的脆度而被研磨成约2μm精细粒度。

前驱体金属Nb可以通过很多方法制备。一种是Nb₂O₅的铝热剂 还原方法。该方法包括点燃铝和五氧化铌的混合物。五氧化铌从其氧 化态还原为Nb₍₀₎金属而铝被氧化为氧化铝(Al₂O₃)。洗净氧化铝粉 末并净化铌金属，例如通过电子束加热。接着通过研磨可以使铌锭形 成为粉末。通过暴露于氢气中使铌脆化使得研磨变得容易。另一种获 得Nb金属的还原过程如下：

K₂NbF₇+5Na＝Nb₍₀₎+5NaF+2KF

一种镁还原/净化工艺于是可以被用于获得Nb粉末。美国专利6, 131,062公开了一种两步还原工艺，通过该工艺由稳定的氧化物前驱 体制备铌金属。

稳定的五氧化物Nb₂O₅可以通过一种方法制成，该方法包括通过 添加NH₄OH溶液从水溶H₂NbF₇中沉淀Nb(OH)₅。然后可以从溶液 中分离氢氧化铌并煅烧形成五氧化物。另一种方法仅包括铌金属的控 制氧化。

应认识到制造结构化的电容器级NbO粉末的方法花费相当高而 且能效低，这是因为该方法包括多个反应步骤、加热及研磨工艺。