[发明专利]一种高储能密度固态薄膜电容器及其制备方法

说明书

本发明涉及一种高储能密度固态薄膜电容器及其制备方法，该电容器包括衬底基片(1)、下部电极(2)、活性硅钛复合掺杂氧化铝薄膜(3)、上部电极(4)，所述的下部电极(2)涂覆在衬底基片(1)表面上，所述的活性硅钛复合掺杂氧化铝薄膜(3)设置在上部电极(4)和下部电极(2)之间。与现有技术相比，本发明具有结构和制备工艺简单，储能密度高，而且采用的是固态薄膜作为电介质，内部不存在电解液，因而使用安全可靠等优点。

技术领域

本发明属于电容器制备技术领域，涉及一种高储能密度固态薄膜电容器及其制备方法。

背景技术

随着全球能源危机的不断加深，提高传统能源利用效率和开发新能源显得更加迫切。人们从十九世纪就开始对电容器进行了研究，此后各种不同介质材料的电容器应运而生。通信技术的飞速发展使得电子电路越来越集成化、小型化，这也对电容器提出了更高的要求，使其向小型化、高储能、高可靠性、轻质量、多功能化方向发展。高储能密度电容器由于具有充放电速度快、性能稳定的优点，已广泛应用于电动汽车、脉冲电源、发电储能系统中，也越来越引起人们的关注。然而在电容器的制造和使用过程中，介质膜不可避免的会出现各种各样的缺陷，实现介质膜在强场下工作的关键技术是电介质的缺陷自愈或自修复。

铝电解电容器在工作过程中，阳极氧化膜的局部会由于某种原因受到破坏，产生一些弱点，使电容器的漏电流增大，但由于电解电容器是以电解质作为阴极，因此在外加电压的作用下，非固体电解质中的O^2-快速地被输运到缺陷处与从铝基底电离出来的Al³⁺结合，在氧化膜破坏处重新形成氧化膜，起到自行修补的作用，使电容器恢复正常工作能力，这种能力称为电解电容器的自愈或自修复作用。钽固态电容器的自愈作用主要是在Ta₂O₅膜的缺陷处流过大电流而产生高热，使作为阴极的MnO₂材料分解为高阻的Mn₂O₃，将缺陷堵塞。

金属化薄膜电容器即是在聚酯薄膜的表面蒸镀一层金属膜代替金属箔作为电极，因为金属化膜层的厚度远小于金属箔的厚度，因此卷绕后体积也比金属箔式电容体积小很多。金属化薄膜电容器具有一种所谓的自我复原作用，即假设电极的微小部份因为电介质脆弱而引起短路时，引起短路部份周围的电极金属，会因当时电容器所带的静电能量或短路电流，而引发更大面积的溶融和蒸发而恢复绝缘，使电容器再度恢复电容器的作用。

电解电容器的自愈特性仅仅是修复电解电容器的局部微小的弱点，对于重大缺陷，如出现大的漏电流，发生击穿等，则电容器失效不可避免。对于铝电解电容器，其电容量低，体积庞大，需要电解液实现其缺陷自修复。然而正是由于这些电解液的存在使电容器的安全性和可靠性受到很大影响，如电解液的泄漏问题；在电解电容器长时间工作后，电解液引起的电容器爆炸问题；电解电容器中，电解液及其保护装置占据大量空间，极大的限制了其储能密度的提高等问题；随着铝电解电容器中电解液干涸，铝电解电容器的负极面积会大大减小，同时正负电极的距离也随之增大，而且这个增加不再是介电常数高的氧化铝，这样铝电解电容器的电容量将大大下降而失效，使铝电解电容器存在寿命短的问题。钽固态电容器因采用固态的MnO₂作为电解质，安全和稳定性都比电解电容器好，但其价格昂贵，电容量较小，应用范围有限，而且在钽电容器中MnO₂占据的体积比较大，这样会限制其自身储能密度的提高。

而对于金属化薄膜电容器，也有其固有缺陷：一是由于金属化电容在长期工作条件中易出现容量丢失以及自愈后会导致容量减小；另一缺点为耐受大电流能力较差，这是由于金属化膜层比金属箔要薄很多，承载大电流能力较弱。