一种低压硬质高比容铝电极箔的腐蚀工艺方法

摘要

本发明涉及一种低压硬质高比容铝电极箔的腐蚀工艺方法，属于铝箔制造技术领域。该方法以PWM控制技术的恒流型定频电源提供电化学腐蚀动力，低压铝电极箔的腐蚀过程分成三次不同工艺条件来完成，分别是布点腐蚀、深度扩孔腐蚀、新孔腐蚀，经过以上三次腐蚀后的铝箔，可以得到在每平方厘米的腐蚀量10mg以内，比容达到75μF/cm2以上的高比容、性能卓越的低压腐蚀电极箔。

说明书

技术领域

本发明涉及一种铝电极箔的腐蚀工艺方法，具体涉及一种低压硬质高比容铝电极箔的腐蚀工艺方法，属于铝箔制造技术领域。

背景技术

在电解电容器家族中，铝电解电容器是性能上乘、价格低廉、用途广泛的基础元件，近20年来在世界范围内得到很大发展，大量地应用于家用电器、计算机、通讯、工业控制、电动汽车、电力机车及军事和宇航设备中。十几年来，全球电容器的生产量持续增长，而铝电解电容器保持了其占整个电容器市场三分之一强的地位，其年增长率稳定保持在4-6%。电极箔是铝电解电容器的主要原材料，是技术含量和附加值最高的部分，电极箔制造业的发展状况直接影响到铝电解电容器产业的发展。日本是全球电容器用铝极箔最大的生产及消费市场，日本铝电解电容器产量最高时曾经达到全球产量的75%以上，目前日本铝电解电容器的产量仍达世界产量40%以上，现有大部分产量转移到中国大陆，所以说，与铝电解电容器同步发展的电极箔具有很大的市场空间。小型化、片式化铝电解电容器是重点发展的产品之一，因此高比容的低压电极箔是今后低压箔的发展重点。

电容器的容量是与介质的介电常数εr和电极面积S成正比，与电极间距d成反比。铝电解电容器的介质是氧化铝膜层，介电常数εr和电极间距d已经由该膜层固定了，故其容量的大小来源于电极面积S的大小。铝电解电容器用电极箔的生产制造过程分为腐蚀过程和化成过程，这其中腐蚀过程是扩大电极面积S，而化成过程是表面生长铝氧化膜层。低压铝电极箔的腐蚀过程主要是铝光箔在以盐酸为主体的腐蚀液体中，施加交流电进行局部的电化学腐蚀，形成海绵体的表面，实现表面积最大化。

低压铝电极箔的腐蚀过程一般包含三个技术方面：一是参与电化学反应的电源特性、二是原材料光箔状态、三是腐蚀电化学反应的工艺条件参数。低压铝电极箔的腐蚀方法从上世纪六十年代开始，由直流电腐蚀转为交流电腐蚀，至现在有两种腐蚀技术：一是工频电源、硬质光箔、高酸度常温的工艺方法；另一是变频（10—35Hz）电源、软质光箔、低酸度低温的工艺方法。

前一种腐蚀技术也称为工频腐蚀技术，其特点表现为，提供电化学腐蚀动力的电源是工频电源，即直接用可调式变压器将市电变成低电压大电流的、频率不变（50Hz）的交流电输出；在原材料光箔方面是使用硬质光箔，即铝板经过冷轧成箔片后就可使用；在工艺参数方面是高酸度盐酸（20wt%）为主体腐蚀液体、分二次腐蚀（布点腐蚀和深度腐蚀）来完成、过程中各液体温度一般在36℃左右。

后一种腐蚀技术也称为变频技术，其特点表现为，所用电源是低频率的变频电源，即先将市电整流后再转变为10-35Hz的交流电输出，参与电化学反应；原材料光箔是半软态铝箔，即将冷轧好的硬质光箔在真空、300℃左右下退火数小时而成；腐蚀液体是以10wt%低酸度盐酸为主体、温度一般在20℃左右的低温条件、分多级（十级左右）、根据每一级的状态选用不同的电源频率和温度来完成腐蚀过程。

在工频腐蚀技术中，所使用的工频电源虽然结构简单，但也存在控制精度很差、交流波形失真大的问题，也因为波形失真，造成产品电极铝箔不容易得到较高的比容。而在变频腐蚀技术中，所使用变频电源的设备投入大、对使用环境要求高，导致产品的成本也高。另外，在多级腐蚀过程中，每级的电源频率选择、电流密度大小、温度的高低设定等要求前后级的配合非常紧密，所适用的工艺条件范围比较窄。在市场激烈竞争的环境下，过高的设备费用投入是不明智的，而且后续的维护费用也是相当巨大，但工频电源及腐蚀技术的产品在稳定性和先进性难以满足客户的需求，仅在成本上还有少量的存在空间。

中国发明“电解电容器低阻抗阳极铝箔腐蚀方法及其化学处理处理液”，申请号200610201482.2公开了一种制备低阻抗电解电容器阳极铝箔的方法，采用的是化学腐蚀。

发明内容

本发明的目的是提供一种低压硬质高比容铝电极箔的腐蚀工艺方法，以PWM控制技术的恒流型定频电源提供电化学腐蚀动力，低压铝电极箔的腐蚀过程分成三次不同工艺条件来完成，可以得到高比容、性能卓越的产品。

为实现上述发明的目的，本发明采取的技术方案如下：

一种低压硬质高比容铝电极箔的腐蚀工艺方法，包括如下步骤：

（1）布点腐蚀：先将经过除油处理后的铝光箔在布点腐蚀液体中浸泡30~60秒，再施以0.3A/cm2电流密度，作用时间12~20秒，温度维持在35~45℃；

（2）深度扩孔腐蚀：在步骤（1）布点腐蚀产生点蚀的基础上进行深度腐蚀，伴随着蚀孔的扩大腐蚀，温度维持在30~35℃，加电过程中施以平均0.15A/cm2电流密度，作用时间300~400秒；

（3）新孔腐蚀：在步骤（2）深度扩孔腐蚀作用下，形成的蚀孔有一定的孔径和深度的基础上，再以较大的电流密度进行腐蚀，产生大量新孔，得到较高比容的电极箔；

（4）后处理：经过以上三次腐蚀后的铝箔，按照常规方式进行清洗、烘干，得到在每平方厘米的腐蚀量10mg以内、比容达到75μF/cm2以上、性能优良的低压腐蚀电极箔。

所述电流由PWM控制技术的恒流型、定频50Hz电源来提供；

所述的布点腐蚀液体的主体是由18wt%盐酸、0.8wt%硫酸构成；

所述的深度扩孔腐蚀液体是由20wt%盐酸、1.2wt%硫酸、6g/L草酸、300mg/L硫脲、150mg/L氯化铁构成；

所述的新孔腐蚀液体配方同布点腐蚀，温度维持在25~35℃，施以0.27A/cm2电流密度，作用时间110~130秒。

变频电源：变频电源是在国内一般的称呼，更准确的说，应该叫交流电力频率转换器，即Ac power Frequency Converter，一般用缩写AFC来称呼。适用于低压铝电极箔腐蚀的变频电源有输出频率低（10-35Hz）且连续可调、大电流（3000A左右），故造价昂贵。

PWM：脉冲宽度调制，英文名称Pulse Width Modulation。

腐蚀量：铝光箔参与电化学反应而被腐蚀、去掉的部分，即单位光箔重量减去完成腐蚀过程后的重量。

本发明的有益效果是：采用PWM控制技术的恒流型定频（50Hz）电源，能很好解决成本、精度、产品性能等方面的问题；在腐蚀工艺过程中，选取硬质光箔、高酸度、常温（30℃左右）、分三次腐蚀，可以得到产品稳定、性能比容高的低压铝电极箔；三次腐蚀为布点腐蚀、深度扩孔腐蚀和新孔腐蚀，能够有效地解决工频腐蚀技术中比容不高、变频腐蚀技术中因多级的配合而工艺适用范围小等问题；在整个腐蚀量中，布点腐蚀约占1-5%，深度扩孔腐蚀约占50-70%，而新孔腐蚀约占25-35%。在较少设备投入、较低运行维护费用下，结合腐蚀工艺变更，可以获得中薄厚度电极箔与变频腐蚀技术一样比容、高厚度电极箔与变频腐蚀技术接近比容的效果。

附图说明

    图1 为工艺流程图。

具体实施方式

下面通过实例对本发明做进一步详细说明，这些实例仅用来说明本发明，并不限制本发明的范围。

实施例1

一种低压硬质高比容铝电极箔的腐蚀工艺方法，包括如下步骤：

1.布点腐蚀：先将经过除油处理后的国产95μm硬质光箔在布点腐蚀液体中浸泡45秒，再施以0.3A/cm2电流密度，作用时间16秒，布点腐蚀液体的构成主体是18wt%盐酸、0.8wt%硫酸，温度维持在40℃；

2.深度扩孔腐蚀：在前道工序产生点蚀的基础上进行深度腐蚀，伴随着蚀孔的扩大腐蚀，腐蚀液体的构成主体是20wt%盐酸、1.2wt%硫酸，还添加6g/L草酸、300mg/L硫脲、150mg/L氯化铁，温度维持在33℃，加电过程中施以平均0.15A/cm2电流密度，作用时间360秒；

3.新孔腐蚀：在前道工序作用下，形成的蚀孔有一定的孔径和深度的基础上，再以较大的电流密度进行腐蚀，产生大量新孔，得到较高比容的电极箔，用“布点腐蚀”同样配方的液体，温度维持在30℃，施以0.27A/cm2电流密度，作用时间120秒；

4.经过以上三次腐蚀后的铝箔，按照常规的后处理方式进行清洗、烘干，可以得到在每平方厘米的腐蚀量10mg以内、比容达到75μF/cm2以上、性能优良的低压腐蚀电极箔。

实施例2

一种低压硬质高比容铝电极箔的腐蚀工艺方法，包括如下步骤：

1.布点腐蚀：先将经过除油处理后的国产95μm硬质光箔在布点腐蚀液体中浸泡30秒，再施以0.3A/cm2电流密度，作用时间12秒，布点腐蚀液体的构成主体是18wt%盐酸、0.8wt%硫酸，温度维持在35℃；

2.深度扩孔腐蚀：在前道工序产生点蚀的基础上进行深度腐蚀，伴随着蚀孔的扩大腐蚀，腐蚀液体的构成主体是20wt%盐酸、1.2wt%硫酸，还添加6g/L草酸、300mg/L硫脲、150mg/L氯化铁，温度维持在30℃，加电过程中施以平均0.15A/cm2电流密度，作用时间300秒；

3.新孔腐蚀：在前道工序作用下，形成的蚀孔有一定的孔径和深度的基础上，再以较大的电流密度进行腐蚀，产生大量新孔，得到较高比容的电极箔，用“布点腐蚀”同样配方的液体，温度维持在25℃，施以0.27A/cm2电流密度，作用时间110秒；

4. 后处理：经过以上三次腐蚀后的铝箔，按照常规方式进行清洗、烘干，可以得到在每平方厘米的腐蚀量10mg以内、比容达到75μF/cm2以上、性能优良的低压腐蚀电极箔。

实施例3

一种低压硬质高比容铝电极箔的腐蚀工艺方法，包括如下步骤：

1.布点腐蚀：先将经过除油处理后的国产95μm硬质光箔在布点腐蚀液体中浸泡60秒，再施以0.3A/cm2电流密度，作用时间20秒，布点腐蚀液体的构成主体是18wt%盐酸、0.8wt%硫酸，温度维持在45℃；

2.深度扩孔腐蚀：在前道工序产生点蚀的基础上进行深度腐蚀，伴随着蚀孔的扩大腐蚀，腐蚀液体的构成主体是20wt%盐酸、1.2wt%硫酸，还添加6g/L草酸、300mg/L硫脲、150mg/L氯化铁，温度维持在35℃，加电过程中施以平均0.15A/cm2电流密度，作用时间400秒；

3.新孔腐蚀：在前道工序作用下，形成的蚀孔有一定的孔径和深度的基础上，再以较大的电流密度进行腐蚀，产生大量新孔，得到较高比容的电极箔，用“布点腐蚀”同样配方的液体，温度维持在35℃，施以0.27A/cm2电流密度，作用时间130秒；

4. 后处理：经过以上三次腐蚀后的铝箔，按照常规方式进行清洗、烘干，可以得到在每平方厘米的腐蚀量10mg以内、比容达到75μF/cm2以上、性能优良的低压腐蚀电极箔。

实施例4

一种低压硬质高比容铝电极箔的腐蚀工艺方法，包括如下步骤：

1.布点腐蚀：先将经过除油处理后的国产95μm硬质光箔在布点腐蚀液体中浸泡40秒，再施以0.3A/cm2电流密度，作用时间14秒，布点腐蚀液体的构成主体是18wt%盐酸、0.8wt%硫酸，温度维持在38℃；

2.深度扩孔腐蚀：在前道工序产生点蚀的基础上进行深度腐蚀，伴随着蚀孔的扩大腐蚀，腐蚀液体的构成主体是20wt%盐酸、1.2wt%硫酸，还添加6g/L草酸、300mg/L硫脲、150mg/L氯化铁，温度维持在32℃，加电过程中施以平均0.15A/cm2电流密度，作用时间330秒；

3.新孔腐蚀：在前道工序作用下，形成的蚀孔有一定的孔径和深度的基础上，再以较大的电流密度进行腐蚀，产生大量新孔，得到较高比容的电极箔，用“布点腐蚀”同样配方的液体，温度维持在28℃，施以0.27A/cm2电流密度，作用时间115秒；

4. 后处理：经过以上三次腐蚀后的铝箔，经过以上三次腐蚀后的铝箔，经过以上三次腐蚀后的铝箔，按照常规方式进行清洗、烘干，可以得到在每平方厘米的腐蚀量10mg以内、比容达到75μF/cm2以上、性能优良的低压腐蚀电极箔。

实施例5

一种低压硬质高比容铝电极箔的腐蚀工艺方法，包括如下步骤：

1.布点腐蚀：先将经过除油处理后的国产95μm硬质光箔在布点腐蚀液体中浸泡50秒，再施以0.3A/cm2电流密度，作用时间18秒，布点腐蚀液体的构成主体是18wt%盐酸、0.8wt%硫酸，温度维持在42℃；

2.深度扩孔腐蚀：在前道工序产生点蚀的基础上进行深度腐蚀，伴随着蚀孔的扩大腐蚀，腐蚀液体的构成主体是20wt%盐酸、1.2wt%硫酸，还添加6g/L草酸、300mg/L硫脲、150mg/L氯化铁，温度维持在34℃，加电过程中施以平均0.15A/cm2电流密度，作用时间380秒；

3.新孔腐蚀：在前道工序作用下，形成的蚀孔有一定的孔径和深度的基础上，再以较大的电流密度进行腐蚀，产生大量新孔，得到较高比容的电极箔，用“布点腐蚀”同样配方的液体，温度维持在33℃，施以0.27A/cm2电流密度，作用时间125秒；

4. 后处理：经过以上三次腐蚀后的铝箔，按照常规方式进行清洗、烘干，可以得到在每平方厘米的腐蚀量10mg以内、比容达到75μF/cm2以上、性能优良的低压腐蚀电极箔。

每个步骤的腐蚀量应根据光箔厚度和应用目的作出调整，以达到最佳效果。