一種鈮外殼鉭電解電容器的制造方法及電容器的制造方法
【專利摘要】本發明公布了一種鈮外殼鉭電解電容器的制造方法及電容器，該電容器采用圓柱形或方形金屬鈮外殼封裝，為氣密封結構，且為單體電容器，一個鈮殼和鈮絕緣子組成的電容器腔體內連接一個或多個鉭陽極塊；首先制備鈮絕緣子，鈮絕緣子所用引出端為鉭絲，鉭絲外焊接鎳管，在鉭絲和鈮蓋之間燒結有絕緣玻璃粉，起絕緣、密封、耐酸作用，再將負極與鈮蓋焊接，即完成鈮絕緣子部分的制作；在電容器的裝配中，先將組合好數片鉭陽極和陰極裝入圓柱形或方形金屬鈮殼中，并將正極與鈮絕緣子中的鉭絲焊接，再加入聚四氟墊片固定；將裝配好的電容器通過激光焊機進行焊接，然后通過注液孔注入電解質溶液，再激封焊注液孔，即得到本發明鈮外殼鉭電解電容器。
【專利說明】—種鈮外殼鉭電解電容器的制造方法及電容器
【技術領域】
[0001]本發明涉及電容器領域，尤其涉及一種鈮外殼鉭電解電容器的制造方法，以及按此方法加工的鈮外殼鉭電解電容器。
【背景技術】
[0002]目前，現有的全鉭電解電容器為以純鉭粉為陽極、鈮殼作為陰極材料加工而成的電解電容器，鉭電容器的優點是電性能穩定，且是所有電容器中體積小而又能達到較大電容量的產品。隨著通訊、醫療、交通等領域的電子電氣設備向小體積、大功率、高頻率、高工作電壓方向發展，電子設備對電容器的額定工作電壓、高頻特性以及體積比容量的要求越來越聞，尤其在航空航天設備中大幅提聞電容器能量密度而提聞有效載荷能力。由于組電容器產品的需求量不斷增大，造成鉭資源的缺乏，而目前的研究中均未能有效解決可完全替代的材料，因此在這一方面成為眾多學者研究的課題之一。
[0003]鈮、鉭作為同族稀有元素，具有相似的電子結構和相近的物理化學性質，并且鈮資源比鉭豐富，價格低廉、穩定，因此成為研究的首選目標。鈮作為陽級時受熱和電應力影響對介電氧化膜的破壞，造成漏電流增大而影響了電容器的使用。但鈮作為陰極時則不會影響到鉭電容器的性能，因此在電容器的陰極(即外殼)材料可用鈮完全替代鉭。
[0004]若采用鈮作為外殼，該材料具有熔點高、加工性能好、耐腐蝕、蒸汽壓低、膨脹系數小等優良性能；然而鈮板在拉深與沖壓過程中硬化現象較嚴重，在深沖引伸鈮殼時容易產生開裂、拉痕、變形，影響產品尺寸、外觀、產品一致性等，其以上特征缺陷較同族的鉭更為嚴重；因此在高能電容器領域，現有技術中沒有采用鈮作為陰極外殼，一般只考慮鉭。
[0005]眾所周知，銀的密度是鉭密度的51.8%，相對于鉭，具有重量輕、儲量大、價格低等優點，尤其是航天、航空、導彈等領域，對重量的要求極高，采用鈮外殼鉭電容器，可降低同型號全鉭電容器的重點。例如:0 35.5X8的高能鉭電容器鉭外殼其重量為23.58，若換成鈮外殼則重量為12.28，可減輕48.1%的重量，因此其意義則極其重大，尤其在航天、航空領域。
[0006]通過專利檢索，存在以下已知的現有技術方案:
專利1:
申請號201120251913.2，申請日2011-07-18，授權公告日2012-05-23，一種方形固態電容器，其特征在于所述方形固態電容器包括一多孔狀的鉭燒結塊，該鉭燒結塊包覆在一塑化的導電高分子材料層內，該導電高分子材料層外設置一碳膠和銀膠層，一陰極連接碳膠和銀膠層。該方形固態電容器設計合理，具有絕佳的低漏電處理能力及強化擊穿電壓，其具有更強的擊穿電壓(807)及改進的漏電流仏0特性，老化后不會產生瞬間擊穿現象。其制備方法簡單，容易實現工業化規模生產。
[0007]專利2:
申請號:200610134467.0,申請日:2006-11-29,
【公開日】2007-05-16，本發明屬于大功率電子器件【技術領域】，涉及一種混合型超級電容器。其特征是用鉭做電容器的陽極，用二氧化釕電極做電容器的陰極，充以電解液。鉭陽極和電解液形成電解電容器，二氧化釕電極在電解液中形成電化學電容器，二者通過電解液等效串聯，形成具有電解電容器和電化學電容器共同優點的超級電容器。這種電容器的鉭陽極由鉭粉壓制而成，二氧化釕涂敷于基板集流體上形成陰極，電解液是硫酸溶液。本發明的效果和益處是提高超級電容器的工作電壓，并保持高儲能密度的特點。消除了常規超級電容器工作電壓低、多級串聯會降低儲能密度和功率密度的不足，解決了一般超級電容器不能用于脈沖功率系統的問題。本電容器結構簡單，工業實現方便。
[0008]專利3:
申請號:200420035723.7,申請日:2004-04-28，
【公開日】2005-06-01，一種以電化學電容器和鉭電解電容器相結合的高能鉭混合電容器，它包括一個或多個由高比容鉭粉壓制而成的陽極鉭芯，一個或多個涂有無定形氧化物、和注入的電解質之間形成電化學電容器的陰極，多個隔離層；一個鉭外殼，所述陰極、隔離層和陽極鉭芯按照從上到下的順序依次逐個疊放在該鉭外殼內，一個由鈮蓋和玻璃體7構成的鉭-玻璃絕緣子，所述正極引線穿過玻璃體引出；所述負極引線焊接在所述鈮蓋上；在鈮蓋上有一個在注入電解質后再密封的工藝小孔；一個緩沖墊；一個置于陽極鉭芯周圍的環形襯墊。其體積較小，能量密度高。
[0009]專利4:
申請號:201010147967.4，申請日:2010-04-16,授權公告日2012.05.02，一種全鉭外殼鉭電解電容器引出線的引出方式及電容器，為單體電容器，電容器的引出方式是:正負極引出均為鎳片或鍍鎳銅片引出，分別為正極鎳片或鍍鎳銅片引出片和負極鎳片或鍍鎳銅片引出片，且為正極鎳片或鍍鎳銅片引出片和負極鎳片或鍍鎳銅片引出片的端頭開有接線孔，正極鎳片或鍍鎳銅片引出片和負極鎳片或鍍鎳銅片引出片做成的引出片用導線與其它電子元件裝置連接，且為正極鎳片或鍍鎳銅片引出片和負極鎳片或鍍鎳銅片引出片通過激光焊接分別作為電容器引出片焊接在電容器上，作為電容器容量的引出裝置。
[0010]通過以上的檢索發現，以上技術方案不能影響本發明的新穎性；并且以上專利文件的相互組合不能破壞本發明的創造性。
【發明內容】
[0011]本發明的目的是針對航天、航空、導彈等武器裝備中對重量的要求，在保證非固體鉭電容器性能的情況，提供一種比全鉭電容器重量輕的鉭電容器的制造方法及電容器。
[0012]為實現以上目的，本發明采用如下技術方案。
[0013]根據本發明的一個方案，一種鈮外殼鉭電解電容器的制造方法，該電容器采用金屬外殼封裝，為氣密封結構；其采用一個鈮殼和鈮絕緣子組成的電容器腔體內連接一個或多個鉭陽極塊；同時包括以下步驟:
(工)、制備鈮殼；
(之)、制備鈮絕緣子:鈮絕緣子包括主體鈮蓋，其中心所用引出端為鉭絲，鉭絲外焊接鎳管，在鉭絲和鈮蓋之間燒結有絕緣玻璃粉，起絕緣、密封、耐酸作用，再將負極與鈮蓋焊接，即完成鈮絕緣子部分的制作；
(3)電容器的裝配:先將組合好數片鉭陽極和陰極裝入鈮殼中，并將正極與鈮絕緣子中的鉭絲焊接，再加入聚四氟墊片固定；將裝配好的電容器通過激光焊機進行焊接，然后通過注液孔注入電解質溶液，再激封焊注液孔，即得到本發明鈮外殼鉭電解電容器。
[0014]進一步的，鈮殼(1)與鈮蓋(4)所用材料均為金屬鈮，鈮蓋(4)上部有正極引線
(7),且正極引線(7)為鉭絲，鉭絲與鈮蓋之間為電解質(3),鉭絲外機械配合壓接上一個鎳管(8):鈮殼(1)與鈮蓋(4)均為電容器陰極，在鈮蓋(4)上焊接一根鎳線作為負極引線(5).電解質(3)采用的是含硫酸的電解液。
[0015]進一步的，殼內可以放入至少一個陽極鉭塊(12),所述陽極鉭塊(12)由鉭粉壓制成片狀，在其內部中間位置埋有一根的鉭絲做成的陽極連接線(11),陽極連接線從其邊緣引出并向上匯聚在一起，各陽極鉭塊(12)的陽極連接線與鈮絕緣子中的鉭絲末端連接在一起。
[0016]進一步的，為先將各零件裝配安裝后激光封焊，然后再向內部注入電解質后封裝注液孔，內部裝配中需要采用聚四氟膠將陽極塊進行固定，然后將鈮蓋(4)與鈮殼(1)激光焊接在一起，鈮蓋(4)與鈮殼(1)之間需要形成過渡配合；電解質通過鈮蓋上的注酸孔注入，然后再用激光封焊將注液孔封焊。
[0017]進一步的，鈮殼的制備包括以下步驟:
(1)沖壓:將鈮板沖壓成鈮殼和鈮蓋，再進行打磨、拋光、沖孔、清洗等，得到鈮殼與鈮蓋；
(2)切割:將鉭絲、金屬管按圖紙要求切割成所需尺寸，然后再進行去油、去毛刺處理，得到鉭引線、鋼環、金屬管；
(3)玻璃坯沖壓成型:將玻璃粉在壓力機上干壓成型，再排膠、預燒成型，獲得玻璃坯。
[0018](4)壓接鋼環:將鋼環與鈮蓋在特制的模具下進行機械裝配，形成緊配合；
(5)裝配燒結:將已上鋼環的鈮蓋、鉭引線、玻璃坯按要求與順序裝配在石墨模具中，將其推入到燒結爐中進行燒結；
(6)上金屬管:將金屬管套入到引線上，然后壓接，將金屬管與鉭絲牢固結合。
[0019]根據本發明的另一個方案，一種鈮外殼鉭電解電容器，其外殼采用金屬鈮，且采用了上述鈮外殼鉭電解電容器的制造方法制造而成。
[0020]本發明的有益效果:1、本發明對航天、航空、導彈等武器裝備中對重量的要求，在保證非固體鉭電容器性能的情況，提供一種比全鉭電容器重量輕的鉭電容器的制造方法及電容器。
[0021]2、使高能鉭混合電容器外殼具有密封性能好，便于電極與外部電路的焊接，滿足高能鉭混合電容器封裝后無漏液要求。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0022]圖1為本發明高能鉭混合電容器外殼的結構示意圖。
[0023]圖2為本發明鈮外殼鉭電解電容器一種方形結構俯視示意圖。
[0024]圖3為本發明鈮外殼鉭電解電容器一種圓形結構俯視示意圖。
[0025]圖中所述數字標注表示為:1、鈮殼；2、陰極層；3、電解質；4、鈮蓋；5、負極引線；6、玻璃體；7、正極引線；8、鎳管；9、鋼環；10、注液孔；11、陽極連接線；12、陽極鉭塊。
[0026]
【具體實施方式】
[0027]為了使本領域技術人員更好地理解本發明的技術方案，下面結合附圖對本發明進行詳細描述，本部分的描述僅是示范性和解釋性，不應對本發明的保護范圍有任何的限制作用。
[0028]如圖1為本發明聞能組混合電容器外殼的結構不意圖。其結構關系為:聞能組混合電容器外殼包括了一個鈮殼1和一個鈮絕緣子，鈮殼1為直筒帽形結構；鈮絕緣子由鈮蓋4、玻璃體6、鉭絲做成的正極引線7、鋼環9、鎳管8組成，其中鈮蓋1與正極引線7通過高溫燒結熔化玻璃后形成的玻璃體6封接在一起，鎳管8通過機械壓接套在冒出玻璃體3上方的正極引線7上；所述鈮蓋4四周設置有卷邊，且鈮蓋4通過卷邊與鈮殼1焊接在一起；所述鈮蓋4上設置有注液孔10 ；鈮蓋4上焊接一根鎳線作為負極引線5。鈮殼1中填裝有由鉭粉壓制成片狀的陽極鉭塊12，在其內部中間位置埋有一根的鉭絲做成的陽極連接線11，陽極連接線從其邊緣引出并向上匯聚在一起，各陽極鉭塊12的陽極連接線與鈮絕緣子中的鉭絲末端連接在一起。
[0029]圖2、圖3分別為本發明鈮外殼鉭電解電容器方形外殼、圓形外殼的結構示意圖。其體現了兩種不同的具體結構方案。理論上還存在其他可能的結構方案，在此不一一列出，但均應當屬于本發明的保護范圍。
[0030]一種鈮外殼鉭電解電容器的制造方法，該電容器采用金屬外殼封裝，為氣密封結構；其采用一個鈮殼和鈮絕緣子組成的電容器腔體內連接一個或多個鉭陽極塊；同時包括以下步驟:
(工)、制備鈮殼；
(之)、制備鈮絕緣子:鈮絕緣子包括主體鈮蓋，其中心所用引出端為鉭絲，鉭絲外焊接鎳管，在鉭絲和鈮蓋之間燒結有絕緣玻璃粉，起絕緣、密封、耐酸作用，再將負極與鈮蓋焊接，即完成鈮絕緣子部分的制作；
(3)電容器的裝配:先將組合好數片鉭陽極和陰極裝入鈮殼中，并將正極與鈮絕緣子中的鉭絲焊接，再加入聚四氟墊片固定；將裝配好的電容器通過激光焊機進行焊接，然后通過注液孔注入電解質溶液，再激封焊注液孔，即得到本發明鈮外殼鉭電解電容器。
[0031]優選的，鈮殼1與鈮蓋4所用材料均為金屬鈮，鈮蓋4上部有正極引線7，且正極引線7為鉭絲，鉭絲與鈮蓋之間為電解質3，鉭絲外機械配合壓接上一個鎳管8 ；鈮殼1與鈮蓋4均為電容器陰極，在鈮蓋4上焊接一根鎳線作為負極引線5。電解質3采用的是含硫酸的電解液。
[0032]優選的，殼內可以放入至少一個陽極鉭塊12，所述陽極鉭塊12由鉭粉壓制成片狀，在其內部中間位置埋有一根的鉭絲做成的陽極連接線11，陽極連接線從其邊緣引出并向上匯聚在一起，各陽極鉭塊12的陽極連接線與銀絕緣子中的鉭絲末端連接在一起。
[0033]優選的，為先將各零件裝配安裝后激光封焊，然后再向內部注入電解質后封裝注液孔，內部裝配中需要采用聚四氟膠將陽極塊進行固定，然后將鈮蓋4與鈮殼1激光焊接在一起，鈮蓋4與鈮殼1之間需要形成過渡配合；電解質通過鈮蓋上的注酸孔注入，然后再用激光封焊將注液孔封焊。
[0034]優選的，鈮殼的制備包括以下步驟:
(1)沖壓:將鈮板沖壓成鈮殼和鈮蓋，再進行打磨、拋光、沖孔、清洗等，得到鈮殼與鈮蓋；
(2)切割:將鉭絲、金屬管按圖紙要求切割成所需尺寸，然后再進行去油、去毛刺處理，得到鉭引線、鋼環、金屬管；
(3)玻璃坯沖壓成型:將玻璃粉在壓力機上干壓成型，再排膠、預燒成型，獲得玻璃坯。
[0035](4)壓接鋼環:將鋼環與鈮蓋在特制的模具下進行機械裝配，形成緊配合；
(5)裝配燒結:將已上鋼環的鈮蓋、鉭引線、玻璃坯按要求與順序裝配在石墨模具中，將其推入到燒結爐中進行燒結；
(6)上金屬管:將金屬管套入到引線上，然后壓接，將金屬管與鉭絲牢固結合。
[0036]本發明對航天、航空、導彈等武器裝備中對重量的要求，在保證非固體鉭電容器性能的情況，提供一種比全鉭電容器重量輕的鉭電容器的制造方法及電容器。
[0037]本發明高能鉭混合電容器外殼具有密封性能好，便于電極與外部電路的焊接，滿足高能鉭混合電容器封裝后無漏液要求。
[0038]需要說明的是，在本文中，術語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設備不僅包括哪些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設備所固有的要素。
[0039]本文中應用了具體個例對本發明的原理及實施方式進行了闡述，以上實例的說明只是用于幫助理解本發明的方法及其核心思想。以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，由于文字表達的有限性，而客觀上存在無限的具體結構，對于本【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進、潤飾或變化，也可以將上述技術特征以適當的方式進行組合；這些改進潤飾、變化或組合，或未經改進將發明的構思和技術方案直接應用于其它場合的，均應視為本發明的保護范圍。
【權利要求】
1.一種鈮外殼鉭電解電容器的制造方法，該電容器采用金屬外殼封裝，為氣密封結構；其特征在于:其采用一個鈮殼和鈮絕緣子組成的電容器腔體內連接一個或多個鉭陽極塊；同時包括以下步驟: (1)、制備鈮殼； (2)、制備鈮絕緣子:鈮絕緣子包括主體鈮蓋，其中心所用引出端為鉭絲，鉭絲外焊接鎳管，在鉭絲和鈮蓋之間燒結有絕緣玻璃粉，起絕緣、密封、耐酸作用，再將負極與鈮蓋焊接，即完成鈮絕緣子部分的制作； (3)電容器的裝配:先將組合好數片鉭陽極和陰極裝入鈮殼中，并將正極與鈮絕緣子中的鉭絲焊接，再加入聚四氟墊片固定；將裝配好的電容器通過激光焊機進行焊接，然后通過注液孔注入電解質溶液，再激封焊注液孔，即得到本發明鈮外殼鉭電解電容器。
2.根據權利要求1所述的一種鈮外殼鉭電解電容器的制造方法，其特征在于:鈮殼(1)與鈮蓋(4)所用材料均為金屬鈮，鈮蓋(4)上部有正極引線(7)，且正極引線(7)為鉭絲，鉭絲與鈮蓋之間為電解質(3)，鉭絲外機械配合壓接上一個鎳管(8);鈮殼(1)與鈮蓋(4)均為電容器陰極，在鈮蓋(4)上焊接一根鎳線作為負極引線(5)。
3.根據權利要求1所述的一種鈮外殼鉭電解電容器的制造方法，其特征在于:殼內可以放入至少一個陽極鉭塊(12)，所述陽極鉭塊(12)由鉭粉壓制成片狀，在其內部中間位置埋有一根的鉭絲做成的陽極連接線(11)，陽極連接線從其邊緣引出并向上匯聚在一起，各陽極鉭塊(12)的陽極連接線與鈮絕緣子中的鉭絲末端連接在一起。
4.根據權利要求1所述的一種鈮外殼鉭電解電容器的制造方法，其特征在于:為先將各零件裝配安裝后激光封焊，然后再向內部注入電解質后封裝注液孔，內部裝配中需要采用聚四氟膠將陽極塊進行固定，然后將鈮蓋(4)與鈮殼(1)激光焊接在一起，鈮蓋(4)與鈮殼(1)之間需要形成過渡配合；電解質通過鈮蓋上的注酸孔注入，然后再用激光封焊將注液孔封焊。
5.根據權利要求1所述的一種鈮外殼鉭電解電容器的制造方法，其特征在于:所述電解質采用的是含硫酸的電解液。
6.根據權利要求1所述的一種鈮外殼鉭電解電容器的制造方法，其特征在于，鈮殼的制備包括以下步驟: (1)沖壓:將鈮板沖壓成鈮殼和鈮蓋，再進行打磨、拋光、沖孔、清洗等，得到鈮殼與鈮蓋； (2)切割:將鉭絲、金屬管按圖紙要求切割成所需尺寸，然后再進行去油、去毛刺處理，得到鉭引線、鋼環、金屬管； (3)玻璃坯沖壓成型:將玻璃粉在壓力機上干壓成型，再排膠、預燒成型，獲得玻璃坯； (4)壓接鋼環:將鋼環與鈮蓋在特制的模具下進行機械裝配，形成緊配合； (5)裝配燒結:將已上鋼環的鈮蓋、鉭引線、玻璃坯按要求與順序裝配在石墨模具中，將其推入到燒結爐中進行燒結； (6)上金屬管:將金屬管套入到引線上，然后壓接，將金屬管與鉭絲牢固結合。
7.—種鈮外殼鉭電解電容器，其特征在于，其外殼采用金屬鈮，且采用了如權利要求1-5任一項所述的方法制造而成。
【文檔編號】H01G9/08GK104505261SQ201410726216
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年12月4日 優先權日:2014年12月4日
【發明者】熬洪, 王洪勝, 唐江軍, 李春, 胡志宏 申請人:湖南華冉科技有限公司