浅述缓蚀剂对中高压铝电解电容器铝箔的影响

摘要：浅述了缓蚀剂的作用机理和在铝电解电容器中的具体应用。简述了中高压铝电解电容器阳极铝箔腐蚀扩孔时缓蚀剂的作用。并简单总结了目前国内腐蚀电容器阳极铝箔常用的缓蚀剂类型与特点。

关键词： 缓蚀剂；铝电解电容器；腐蚀

0 引言

铝电解电容器是现代电子产品中不可或缺的元件之一。由于它制作成本相对低廉，性能优越，制作工艺简单，所以其市场规模已经日渐庞大，已在电子产品中有了广泛应用。随着现代电子科学技术的突飞猛进，铝电解电容器的产量与市场需求也在迅速增长并且正朝着小型化，高能化，成本最小化的方向发展。为了最大程度的实现电容器的高能化，提高比电容便是重中之重，已知电容器的比电容正比于介电常数和电介质层的有效表面积，并且反比于电介质层的厚度，而铝氧化膜的介电常数是定值，电介质层厚度往往由工作电压来决定，所以增大铝箔的比表面积便成为了目前最可行、最便捷的扩容方法。目前广泛应用的方法是对铝箔的表面进行腐蚀扩孔以增大表面积，从而增大比电容，缓蚀剂在其中起到了重要的作用。本文主要研究了缓蚀剂对中高压铝电解电容器比电容的影响，并进行简要介绍和概述。

1.缓蚀剂在中高压电解电容器中的作用

目前常采用的高比电容铝箔的制备方法是将高纯铝箔放入含有盐酸的混合电解液中用直流电长时间侵蚀，从而使铝箔表面生成均匀的孔洞，但电解液中的盐酸同时也会使铝箔变薄，腐蚀孔不能深入生长，从而使比电容降低。这就要求添加缓蚀剂来削弱盐酸侵蚀液对铝箔的自腐蚀作用。

1.1.试验

此试验的电解液为盐酸，添加少量的聚丙烯酸作为缓蚀剂，使用直流电流进行腐蚀。结果为表1所示，图表表明：缓蚀剂使中压腐蚀铝箔的比电容提高23%左右，失重有所降低[1.2]。

1.2.试验结论

观察扩孔后照片以及孔径分布可以得出：使用缓蚀剂可以增大孔密度、减小孔径。对于缓蚀机理，可以理解为由于分子量很大、链节较长、分子尺寸较大，同时线性高分子的相互作用和缠绕，使之难以进入铝箔隧道孔的蚀孔内部，只能吸附在铝箔表面，从而使铝箔表面的侵蚀减少，侵蚀扩孔仅仅发生在蚀孔内部，所以可以在失重较小的情况下获得较高的比电容[2]。

2.缓蚀剂的作用机理

上述试验中应用了有机高分子缓蚀剂聚丙烯酸，虽然添加量较少，但是有效的抑制了铝箔在盐酸电解液中的自腐蚀，使得其电学性能明显加强。而缓蚀剂种类繁多，对铝箔的缓蚀效果各有不同，这就要求我们对每种缓蚀剂的作用机理做出深入的了解进而在不同的电解液中使用最适合的缓蚀剂。

根据缓蚀剂对腐蚀介质中金属电极表面的作用原理，我们可以把缓蚀剂分为界面一直作用、电解质层抑制作用、膜抑制作用、钝化膜抑制作用四种，也可以简化分为界面作用机理和相界作用机理两种[3]。本文主要讨论铝电解电容器阳极箔的缓蚀，而阳极缓蚀剂主要是对电池的阳极电化学过程起阻滞作用，以引起阳极极化作用增强，使腐蚀电位正移。从而抑制电子在阳极的交换，使得腐蚀电流减小，从而达到缓蚀的目的。

从图1的伊文斯极化图我们可以看出：Ea为阳极的初始点位，Ec为阴极的初始电位。在未加缓蚀剂时，阳极的极化曲线EaA和阴极极化曲线EcA相交与点A。A点对应的点位为腐蚀点位Eo，对应的电流也正是腐蚀电流Io。在加入某种阳极型缓蚀剂以后，阳极极化阻力增大，该现象在伊文斯曲线图上可表示为阳极的极化曲线的斜率增大。由图可得阳极极化曲线与阴极极化曲线交与点A*。这时的腐蚀点位相应的上移到E，并且对应的腐蚀电流为I*。由此可以得出结论，适量加入缓蚀剂之后，腐蚀点位增大，腐蚀电流减小，从而抑制了阳极电极反应的发生。

2.1. 其他缓蚀剂

除了聚丙烯酸，阳极型缓蚀剂还有铬酸盐、重铬酸盐、磷酸盐、钼酸盐、亚硝酸盐、亚铁氰化钠、烷基胺、硫醇等[3]。

在此引用日本学者的实验。他提出，含有磺酸基的可溶性高分子电解质可以有效的抑制铝箔表面的溶解。此类电解质包括聚苯乙烯磺酸、苯酚磺酸甲醛缩合体、聚乙烯磺酸以及他们的盐。实验在310V条件下化成，实验结果如表2所示[2.4]。

虽然磺酸基实验证明的可溶性高分子电解质在一定程度上可以增加铝箔的比电容，但是目前该种电解质的作用机理并不是十分明确。

2.2. 有关缓蚀剂的讨论

可以肯定的是，缓蚀剂并没有一种明确的定义，因为一种物质是否能够作为缓蚀剂是有高度的选择性的。如在高温高压条件下的氧气可以作为不锈钢在氨基甲酸胺介质中的缓蚀剂，少量水分是不锈钢在高浓度醋酸介质中的缓蚀剂等。某种缓蚀剂对一种金属起到缓蚀作用的同时有可能对另一种金属起到腐蚀作用。并且有时有些单独使用缓蚀效果不好的化合物，经过一定比例混合之后能够具有良好的缓蚀性能。所以说目前大量的无机化合物和有机化合物都有成为优良缓蚀剂的可能。

3. 总结

通过以上论述，可以得到以下结论：

3.1.铝电解电容器作为现代电子产品的重要元件，增大比电容是非常重要的。而增大铝电解电容器的比电容常用的有效方法是提高铝箔的比表面积。

3.2.通过电解对铝箔表面进行均匀孔蚀是提高比电容的关键技术。

3.3.电解扩面技术常常面临铝箔的自腐蚀问题，这便要求使用高效的缓蚀剂来减缓铝箔的自腐蚀，从而使孔蚀均匀化。

3.4.缓蚀剂可用于减缓铝箔表面的自腐蚀，并且缓蚀剂种类繁多，对气氛和介质等具有较高的选择性。不同缓蚀剂间还可通过混合等方式增强其缓蚀能力，这就要求我们理解各种缓蚀剂的作用机理，特别是有机缓蚀剂的结构，才能够充分运用规律来不断找到更多高性能的缓蚀剂，从而更大程度上的提高铝箔的比电容。

参考文献：

[1] 闫康平，王建中，严季新。中高压电容器铝箔扩孔液中缓蚀剂的作用。电子元件与材料，2001，20（6） 1001-2028

[2] 王银华，杜国栋，许金强，等。中高压铝电解电容器阳极箔研究进展。电子元件与材料，2006，25（6）：1001-2028

[3] 崔，唐梦奇，许淳淳，等。中国防腐蚀工程师实用技术大全（第一册）。2001

[4] 藤治，朝浩之，神保晴男。解コンデンサ用ァルミニゥム箔のエシチニグ方法[P]特平7-123099.1995-12-25

作者简介：张臣（1991-），男，汉族，学士，聊城大学材料学院本科生