钽电容器阴极片的制备方法、钽电容器阴极片及钽电容器与流程

本发明属于钽电容器制造，尤其涉及一种钽电容器阴极片的制备方法、钽电容器阴极片和钽电容器。

背景技术：

1、全钽电解电容器和高能钽混合电容器可采用二氧化钌（ruo2）作为阴极活性材料。ruo2具有双电层电容和可逆电化学氧化还原赝电容特性，可在阴极工作过程中参与电荷存储。采用ruo2作为阴极活性材料时，除ruo2材料本身的电化学性质外，其在导电基底上的有效负载面积以及与电解液的接触界面也会影响阴极的电化学性能。

2、现有技术已经公开在钽基体上形成ruo2阴极层。例如，cn104409216b公开了一种ta2o5-ruo2/ta电容器的制备方法，其采用钽材料作为阴极基体，将含钌源的溶液施加于钽阴极筒内壁，经干燥后在500～600 ℃下进行热处理，以形成ruo2阴极层。该技术能够在钽基体上形成ruo2活性材料，但ruo2的有效负载面积仍受到钽基体表面结构的影响。为了提高钽基体的实际表面积，现有技术还提出了多种多孔钽箔的制备方法。例如，cn116288636b公开了一种耐高压有序多孔钽箔及其制备方法与应用，采用激光辅助电化学腐蚀的方式在钽箔上形成有序多孔结构。cn117558560a公开了一种高能束流辅助制备有序多孔钽箔的方法及其产品和应用，通过在钽箔表面的ta2o5氧化层上构筑阵列型微结构，并结合后续电化学腐蚀形成有序多孔钽箔。上述技术主要通过对钽箔进行结构加工增加其实际表面积。

3、但是，对于以ruo2作为活性材料的钽电容器阴极片，仅增加钽基底的孔隙和表面积，并不能使新增表面自然转化为ruo2活性界面。随着孔结构向钽箔内部延伸，ruo2还需要进入孔道并形成于孔壁表面。采用溶液涂覆及后续热处理方式形成ruo2时，其在复杂孔结构中的进入和覆盖受到孔道尺度、深度及涂覆过程等因素影响；而若仅在平面钽箔表面形成ruo2膜层，又难以充分增加单位几何面积内的活性材料负载界面。

4、因此，有必要提供一种将钽箔三维孔结构构筑与ruo2活性层形成相结合的钽电容器阴极片制备方法，使钽箔形成不同尺度的孔结构，并使ruo2能够进一步形成于所述孔结构的表面，从而提高多孔钽基材新增表面的利用程度。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种钽电容器阴极片的制备方法，旨在解决现有技术中钽基底三维表面积构筑与ruo2活性层形成相互独立，多孔结构所增加的表面难以得到充分利用的技术问题。本发明通过飞秒激光在钽箔上形成微米级盲孔，通过电化学刻蚀进一步形成尺度较小的孔结构，并采用原子层沉积在所形成的分级多孔钽基材表面形成ruo2膜层。

2、第一方面，本发明提供一种钽电容器阴极片的制备方法，包括：

3、对钽箔进行预处理；

4、采用飞秒激光直接对预处理后的所述钽箔进行消融加工，在所述钽箔表面形成多个第一孔结构，所述第一孔结构为微米级盲孔；

5、对形成有第一孔结构的钽箔进行电化学刻蚀，在所述钽箔表面和所述第一孔结构的内壁形成尺度小于所述第一孔结构的第二孔结构，得到分级多孔钽基材；

6、采用原子层沉积法在所述分级多孔钽基材表面形成ruo2膜层，得到钽电容器阴极片。

7、在其中一个实施例中，所述采用飞秒激光对预处理后的所述钽箔进行消融加工，在所述钽箔表面形成多个第一孔结构的步骤包括：

8、对预处理后的所述钽箔表面进行扫描；

9、根据扫描结果，以及目标点阵间距和目标阵列排布方式，采用飞秒激光在预处理后的所述钽箔上依次进行消融加工，在所述钽箔表面形成多个第一孔结构，所有所述第一孔结构形成盲孔阵列。

10、在其中一个实施例中，所述采用飞秒激光对预处理后的所述钽箔进行消融加工，在所述钽箔表面形成多个第一孔结构的步骤，包括：

11、对预处理后的所述钽箔表面进行扫描；

12、根据扫描结果，以及目标孔深度、目标点阵间距和目标阵列排布方式，采用飞秒激光在预处理后的所述钽箔的厚度方向上依次进行预设次消融加工，在所述钽箔表面形成多个第一孔结构，所有所述第一孔结构形成盲孔阵列。

13、在其中一个实施例中，所述对形成有第一孔结构的钽箔进行电化学刻蚀的步骤，包括：

14、将铂片和所述形成有第一孔结构的钽箔共同置入预设电极液中，以饱和甘汞电极为参比电极、所述形成有第一孔结构的钽箔为工作电极、所述铂片为对电极，采用脉冲电位对所述形成有第一孔结构的钽箔进行刻蚀。

15、在其中一个实施例中，所述预设电极液为含有氯化钾和去离子水的丙醇溶液。

16、在其中一个实施例中，所述采用原子层沉积法在所述分级多孔钽基材表面形成二氧化钌膜层的步骤，包括：

17、将异丙醇以脉冲形式通入反应腔，使所述异丙醇与所述分级多孔钽基材表面接触；

18、对所述反应腔进行第一次抽气；

19、将四氧化钌以脉冲形式通入所述反应腔，使所述四氧化钌与经过异丙醇处理的表面发生反应；

20、对所述反应腔进行第二次抽气；

21、重复上述步骤，在所述分级多孔钽基材表面形成二氧化钌膜层。

22、在其中一个实施例中，所述对钽箔进行预处理的步骤包括：

23、将所述钽箔依次置于甲苯和无水乙醇中进行超声清洗；

24、将超声清洗后的所述钽箔置于naoh溶液中进行浸入处理；

25、采用去离子水对浸入处理后的所述钽箔进行冲洗，并进行干燥。

26、在其中一个实施例中，所述采用原子层沉积法在所述分级多孔钽基材表面形成二氧化钌膜层的步骤前，包括：

27、对反应腔的腔室壁进行预热并将温度维持在80°c，将输送管线加热至60°c。

28、第二方面，本发明提供一种钽电容器阴极片，所述钽电容器阴极片由第一方面中任一项所述的制备方法制备而成。

29、第三方面，本发明提供一种钽电容器，所述钽电容器包括第二方面所述的钽电容器阴极片。

30、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

31、（1）本发明首先采用飞秒激光直接对钽箔基体进行消融，在钽箔表面形成具有一定孔径和深度的微米级盲孔（第一孔结构），再通过电化学刻蚀在钽箔表面和所述盲孔内壁形成尺度较小的孔结构。两种加工方式分别作用于不同尺度，有利于在保持连续钽基体的基础上增加可用于负载ruo2的实际表面积。

32、（2）本发明采用原子层沉积法形成ruo2膜层，异丙醇和ruo4以脉冲形式交替进入反应腔，并在两个反应物脉冲之间进行抽气或吹扫。气态反应物能够进入与外部连通的孔结构，有利于ruo2沿钽箔外表面、微米级盲孔（第一孔结构）内壁以及较小尺度孔结构表面形成，从而提高分级多孔结构所提供表面的利用程度。

33、（3）本发明将飞秒激光消融加工、电化学刻蚀和ruo2原子层沉积依次设置，前两者用于形成具有不同尺度的三维多孔钽基材，后者用于在所述三维表面形成ruo2活性层，使钽基材孔结构的构筑与活性材料的形成在工艺上相互衔接。同时，ruo2原子层沉积采用较低的基底温度，有利于降低较高温度处理对钽箔基底产生热影响的风险。