[发明专利]一种钽电容器用钽壳内壁RuO2薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电化学电容器领域，涉及一种钽电容器用钽壳内壁RuO₂薄膜的制备方法，该薄膜应用于气密封全钽电容器和钽外壳超级电容器。

背景技术

超级电容器(Supercapacitor)，亦称电化学电容器(electrochemical capacitor，EC)，是一种具有高比能量、高的比功率、快速充放电能力、长的循环寿命等优点的储能组件。电化学电容器(包括双电层和超级电容器)是建立在电化学原理基础上的新型大容量储能器件。作为储能装置，其能量的储存是通过采用大比面积多孔电极以及能量储存在扩散双层之间来实现的。它同时具备电池高能量和电容器高功率的优点。且在性能上又优于电池和电容器。

电化学电容器按电极材料可分为三类：碳电极、金属氧化物电极和导电聚合物电极电化学电容器。第一类碳材料主要利用碳材料高的比表面积，从而产生很高的双电层电容；第二类导电聚合物主要利用导电聚合物的氧化还原反应产生的准电容；第三类为过渡金属氧化物，主要利用氧化物具有多种价态，氧化物可以在多种价态之间转化，而产生的准电容，如α-MnO₂·nH₂O、α-V₂O₅·nH₂O、RuO₂·nH₂O、IrO₂、NiOx、WO₃、PbO₂、Co₃O₄、SrRuO₃等。金属氧化物电化学电容器主要以RuO₂为电极材料，其理论充电密度可高达1450C/g，平均比容量约为1620F/g。由于RuO₂的成本较高，人们一直在寻找能替代它的材料。但是到目前为止，RuO₂作为最有前途的电容器电极材料的地位没有动摇。现在制备RuO₂薄膜方法很多，如溶胶-凝胶法、化学气相沉积、物理气相沉积、溅射沉积、涂覆热分解等。目前生产的混合电容器用的RuO₂薄膜的制备，主要采用涂覆热分解的方法。但需要多次涂覆热分解，操作较为繁琐。电沉积制备无定形RuO₂处于实验室阶段，而且主要沉积在钛基片上。电沉积制备RuO₂薄膜，当厚度超过0.3μm后，会出现开裂的情况，降低了薄膜与基体之间的附着力，其电沉积的支持电解质为氯化钾，由于电沉积过程中析氢严重，导致薄膜疏松，附着力差。

钽电容器利用Ta作为电极，即钽是导体，但当被氧化时转变成高质量的绝缘体。就钽电容器而言，钽作为阳极(anode)被氧化成电介质，然后形成另外的阴极(cathode)。通过利用当烧结和硬化钽粉末时产生的孔隙而得到钽电容器。在钽粉烧结式钽电容器中，又因工作电解质的不同，分为固体电解质钽电容器和非固体电解质钽电容器。非固体电解质钽电容器的工作电解质是通过单向赋能在钽金属表面生成的一层极薄的五氧化二钽膜。此层氧化膜介质完全与组成电容器的一极结合成一个整体，不能单独存在。这种电容器一般不能承受任何反向电压。因此，常规钽电容器使用中必须严格控制反向电压。

气密封非固体电解质全钽电容器具有可靠性高，耐反压能力强，性能稳定等优点，适用于卫星、通讯、宇航等军用电子设备。但是现有的气密封非固体电解质全钽电容器中，钽壳应用于电容器只是作为壳体封装材料，这种钽电容器电容量低、体积重量大、寿命和可靠性差、易失效等缺点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种钽电容器用钽壳内壁RuO₂薄膜的制备方法，该方法适用于气密封全钽电容器和钽外壳超级电容器。该方法制备的RuO₂薄膜可作为电容器的阴极材料以减少阴极材料的数量，能显著减少电容器的体积，提高电容器的体积能量密度，从而使高能电容器小型化成为可能。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种钽电容器用钽壳内壁RuO₂薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)钽壳预处理：将钽壳打磨、抛光和清洗；备用；

2)可旋转悬挂电极的制备：采用中空石墨电极作为阳极，中空石墨电极的壁上设有多个通孔；