摘要：电容器作为现代工业生产中必不可少的电子元件，其用量大，且使用范围广泛。当前的常见的电容器主要有电解、有机薄膜、陶瓷等三大类，我国电容器的年产量在全球电容器年产量中所占比例约为33%，其中铝电解电容器在三大类电容器的产量中所占比例接近50%。随着科学技术的不断发展，国内外的铝电解电容器技术也在不断的优化、完善和创新，铝电解电容器的应用范围不断扩大，其需求量也不断增加。基于此，本文从铝电解电容器的结构及原理入手，介绍了当前铝电解电容器的关键技术，对国内外铝电解电容器技术发展进行了简单的比较，并对其未来的发展趋势进行了简要阐述。
关键词：铝电解电容器；国内外技术现状；发展趋势
铝电解电容器以单位体积电容量大、体积小、重量轻、价廉而著称,在各种电子电路中被广泛用于低频滤波、音频耦合、隔直流、储能等,属于大量使用的、不可取代的电子元件之一。近年来随着国际信息产业的飞速发展,显示器、电源供应市场、主板更新以及PS2对V-Chip、汽车电子的促进都给电容器市场注入了新的活力。科学技术的发展使铝电解电容器的应用领域也在不断地拓宽。可以预见,铝电解电容器的生产与销售在今后相当长的时间内不仅不会萎缩,反而将具有更强的生命力和更广阔的发展空间。为适应电子整机不断向小型化、高密度组装化方向迅速发展,将进一步缩小铝电解电容器体积,提高比容,延长寿命,降低等效串联电阻。
1.铝电解电容器的结构及原理
铝电解电容器是一种采用特殊制造工艺和特殊结构生产制造的电容器，其分为阴极和阳极两个电极板，其中阳极是采用特殊定制的阀金属，并借助电化学方法在阀金属的表面生成一层厚度极薄且具有单向导电性的氧化膜，并且将该层薄膜作为介质；铝电解电容器的阴极是一种采用固状电解质或能够生成和修复氧化膜介质的液状电解质。目前，常用的铝电解电容器为是箔式卷绕型结构，其阳极为铝质金属箔，采用电化学方法在阳极的铝金属箔表面生成一层AL2O3氧化膜作为介质；而阴极则采用多孔性电解纸所吸附的工作电解质。
2.铝电解电容器的关键技术
2.1片式化技术
片式化技术是铝电解电容器领域发展中的关键技术之一，在该技术领域的研究与开发方面较为活跃。在各种不同的片式化电子元件中，开发技术难度最大的就是铝电解电容器的片式化技术，但是片式化的铝电解电容器具有容量大、电容量温度稳定、适合表面组装等优点，并且价格低廉，因此正在逐步取代传统的铝电解电容器，在电子领域内被大范围使用。近年来，随着人们对计算机和数码相机等电子产品的需求不断增加，片式铝电解电容器成为了近几年电容器领域内最值得开发的产品，其片式技术的发展空间较大。目前，日本的片式化技术处于国际领先水平，如三洋电子部品、松下电子部品、Nichicon及Elna等公司将铝电解电容器的片式化技术都作为自身新的利润增长点。但是，当前我国的铝电解电容器片式化技术相对落后，片式化铝电解电容器的生产厂家较少，生产能力相对不足。
2.2电解质固体化技术
当前，电解质固体化技术是铝电解电容器技术发展的重要方向。由于固体电解质具有稳定性高、高频低阻抗特性极好、寿命较长、温度特性好、工作温度范围广、耐反向电压力能力强等优点，因此，铝电解电容器技术中的电解质固体化技术被认为是实现大幅度提高铝电解电容器性能和铝电解电容器SMD化的关键技术之一。目前，在铝电解电容器中普遍使用的是液体电解质，其对阀金属表面生成的Al2O3氧化膜介质层具有自行修复的作用，这就容易导致液体电解质的铝电解电容器进入失效模式。一般来说，铝电解电容器常见的失效模式为短路失效，该模式的发生具有一定随机性，可能导致整个机组电性能的稳定性下降。目前，日本的Sanyo公司开发出了一种TCNQ固体电解质的电解质固体化技术，随后日本的Chemicon公司和Nichicon公司采用电化学方法，利用高分子材料作为电解质制作而成了质量较高的固体电解材料。总之，随着科学技术的不断发展，电解质固体化技术问题的研究也在不断深化。
2.3高比容电极的制造技术
高比容电极的制造技术是提高铝电解电容器比率电容量、进一步缩小电容器体积的关键技术。近几年，国内外高比容电极制造的主要研究方向有高比容、高效能化成工艺的开发，高比容电蚀工艺的开发以及低容量衰减率工艺的开发等。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆目前来说，由于中低压铝电解电容器采用的阳极箔的实际扩面倍率和理论的扩面倍率相差较大，因此提高其工艺技术的空间较大，特别是在高比容电蚀工艺的开发领域、加强光箔的质量控制以及对电蚀前预处理的工艺进行改进等方面非常值得业内人士关注。另外，当前部分国家采用电化学腐蚀的方法让铝箔的扩面工程不断向纳米级靠近，但是在工业领域内，其扩面倍率的提升速度相对较慢，且工艺的研究需要进一步深入以取得突破。
3.工作电解液研究进展
工作电解液是铝电解电容器的实际阴极,起提供氧离子、修补铝阳极氧化膜的重要作用。它与产品的质量和新颖性密切相关。有关电解液的配制,是研制大容量超高压铝电解电容器的关键技术。一般工作电解液要求具有高的氧化效率、较稳定的物化性质、较小的电阻率、高的闪火电压等,且pH值接近中性,对铝箔和密封材料无腐蚀。
3.1工作电解液的成分
铝电解电容器的工作电解液由溶质、溶剂和添加剂组成。溶剂决定了电容器的工作温度范围,影响着电解液的电导率,对离子溶剂化起关键作用,对闪火电压也有相当影响。溶质的作用是提供离子,使电解液导电并具有氧化能力。现在选用的溶质主要是含氧弱酸及其盐类。此外还加入碱,目的是要它提供合适的阳离子,以调整电解液的pH值、电阻率和闪火电压等。为了改善电解液的某些性能,需要在其成分中加上添加剂。由于对铝电解电容器的要求越来越高,所用添加剂的品种也在逐渐增多。添加剂虽然用量极少,但对改善和提高电容器电性能影响极大。
2.2固体铝电解电容器
采用液体电解质的普通铝电解电容器,存在着一些缺点。首先液体电解质的等效串联电阻(ESR)较大,高频下阻抗值大,难以适应信息技术向高频化发展的趋势;其次液体电解质的性能受温度的影响很大,其电阻率随温度的下降急剧上升,在高温下性能极不稳定,限制了电容器在低温或高温下的使用。此外,以液体电解质为阴极的铝电解电容器不能承受表面贴装工艺中的再流焊,难以实现片式化。以上缺点导致其性能与应用范围受到了限制。
3.新时期我国铝电解电容器技术行业发展策略与思考
3.1瞄准高端市场，加大新产品开发与创新力度
在铝电解电容器未来的发展中，我国的铝电解电容器制造厂商应根据自身的实际情况，将目标瞄准高档市场，不断加大对新产品的研发力度，力争在各项关键技术上取得更大的进展。在加大创新的同时，我们应不断加强铝电解电容器制造的过程管理，进一步做好电容器产品的质量控制，从产品质量这一基础性要求入手，在保证产品质量的同时，努力缩小我国铝电解电容器与国外发达国家之间的差距；其次，要不断扩大配套高档市场的份额，提高我国铝电解电容器制造行业的经济效益，使其达到一个创新与发展相结合的良性循环。
3.2零部件、材料企业要积极配合铝电解电容器制造企业
对于零部件及材料，我们应加强与国外高端技术企业的合作力度，瞄准国际高档市场的铝电解电容器零部件和材料的技术要求和标准，自主研发并生产靠近国际先进技术水平的零部件和材料，从而进一步保证我国铝电解电容器产品的质量与国外发达国家相当，同时又能有效降低生产成本，不断提高我国铝电解电容器在国际上的竞争力。
结论
近几年,铝电解电容器技术的发展主要表现在片式化技术、电解质固体化技术和高比容电极箔制造技术3个方面。新型固体铝电解电容器不仅实现了片式化,而且克服了传统铝电解电容器温度和频率特性差的缺点,达到近乎理想电容器的阻抗频率特性,使铝电解电容器的电性能和可靠性发生了质的飞跃,极大拓宽了铝电解电容器的应用领域。传统电容器制造技术的改进提高了电容器的性能,使其适应了表面贴装技术的发展潮流,进一步拓展了电解电容器的生存空间。
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论文作者:陈国燕
论文发表刊物:《电力设备》2017年第32期
论文发表时间:2018/4/11
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