淺談鋁電解電容器技術現狀及未來發展趨勢

作者/馮 莉，南通南銘電子有限公司

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淺談鋁電解電容器技術現狀及未來發展趨勢

作者/馮 莉，南通南銘電子有限公司

文章摘要：電容器作為現代工業生產中必不可少的電子元件，其用量大，且使用范圍廣泛。當前的常見的電容器主要有電解、有機薄膜、陶瓷等三大類，我國電容器的年產量在全球電容器年產量中所占比例約為33%，其中鋁電解電容器在三大類電容器的產量中所占比例接近50%。隨著科學技術的不斷發展，國內外的鋁電解電容器技術也在不斷的優化、完善和創新，鋁電解電容器的應用范圍不斷擴大，其需求量也不斷增加。基于此，本文從鋁電解電容器的結構及原理入手，介紹了當前鋁電解電容器的關鍵技術，對國內外鋁電解電容器技術發展進行了簡單的比較，并對其未來的發展趨勢進行了簡要闡述。

關鍵詞：鋁電解電容器；國內外技術現狀；發展趨勢

引言

鋁電解電容器是電子和電氣線路中必不可少的基礎元件之一，隨著電子技術的不斷發展，電子元件的集成度和組裝精度也不斷提高，對鋁電解電容器提出了更高的要求。因此，進一步了解鋁電解電容器的結構及原理，對當前鋁電解電容器的關鍵技術認識不斷深入是十分必要的，并且我們還應著眼當前國際鋁電解電容器技術的發展現狀，對未來鋁電解電容器的發展趨勢有進一步的了解。

1.鋁電解電容器的結構及原理

鋁電解電容器是一種采用特殊制造工藝和特殊結構生產制造的電容器，其分為陰極和陽極兩個電極板，其中陽極是采用特殊定制的閥金屬，并借助電化學方法在閥金屬的表面生成一層厚度極薄且具有單向導電性的氧化膜，并且將該層薄膜作為介質；鋁電解電容器的陰極是一種采用固狀電解質或能夠生成和修復氧化膜介質的液狀電解質。目前，常用的鋁電解電容器為是箔式卷繞型結構，其陽極為鋁質金屬箔，采用電化學方法在陽極的鋁金屬箔表面生成一層AL2O3氧化膜作為介質；而陰極則采用多孔性電解紙所吸附的工作電解質。

2.鋁電解電容器的關鍵技術

■2.1片式化技術

片式化技術是鋁電解電容器領域發展中的關鍵技術之一，在該技術領域的研究與開發方面較為活躍。在各種不同的片式化電子元件中，開發技術難度最大的就是鋁電解電容器的片式化技術，但是片式化的鋁電解電容器具有容量大、電容量溫度穩定、適合表面組裝等優點，并且價格低廉，因此正在逐步取代傳統的鋁電解電容器，在電子領域內被大范圍使用。近年來，隨著人們對計算機和數碼相機等電子產品的需求不斷增加，片式鋁電解電容器成為了近幾年電容器領域內最值得開發的產品，其片式技術的發展空間較大。目前，日本的片式化技術處于國際領先水平，如三洋電子部品、松下電子部品、Nichicon及Elna等公司將鋁電解電容器的片式化技術都作為自身新的利潤增長點。但是，當前我國的鋁電解電容器片式化技術相對落后，片式化鋁電解電容器的生產廠家較少，生產能力相對不足。

■2.2電解質固體化技術

當前，電解質固體化技術是鋁電解電容器技術發展的重要方向。由于固體電解質具有穩定性高、高頻低阻抗特性極好、壽命較長、溫度特性好、工作溫度范圍廣、耐反向電壓力能力強等優點，因此，鋁電解電容器技術中的電解質固體化技術被認為是實現大幅度提高鋁電解電容器性能和鋁電解電容器SMD化的關鍵技術之一。目前，在鋁電解電容器中普遍使用的是液體電解質，其對閥金屬表面生成的Al2O3氧化膜介質層具有自行修復的作用，這就容易導致液體電解質的鋁電解電容器進入失效模式。一般來說，鋁電解電容器常見的失效模式為短路失效，該模式的發生具有一定隨機性，可能導致整個機組電性能的穩定性下降。目前，日本的Sanyo公司開發出了一種TCNQ固體電解質的電解質固體化技術，隨后日本的Chemicon公司和Nichicon公司采用電化學方法，利用高分子材料作為電解質制作而成了質量較高的固體電解材料。總之，隨著科學技術的不斷發展，電解質固體化技術問題的研究也在不斷深化。

■2.3高比容電極的制造技術

高比容電極的制造技術是提高鋁電解電容器比率電容量、進一步縮小電容器體積的關鍵技術。近幾年，國內外高比容電極制造的主要研究方向有高比容、高效能化成工藝的開發，高比容電蝕工藝的開發以及低容量衰減率工藝的開發等。目前來說，由于中低壓鋁電解電容器采用的陽極箔的實際擴面倍率和理論的擴面倍率相差較大，因此提高其工藝技術的空間較大，特別是在高比容電蝕工藝的開發領域、加強光箔的質量控制以及對電蝕前預處理的工藝進行改進等方面非常值得業內人士關注。另外，當前部分國家采用電化學腐蝕的方法讓鋁箔的擴面工程不斷向納米級靠近，但是在工業領域內，其擴面倍率的提升速度相對較慢，且工藝的研究需要進一步深入以取得突破。

3.國內外鋁電解電容器技術發展與比較

■3.1國外發達國家鋁電解電容器技術的發展趨勢

當前，國外發達國家的鋁電解電容器技術發展處于領先的水平，特別是以美國、德國、日本等國在鋁電解電容器技術的研究中取得了巨大的成就。就目前來說，筆者認為未來鋁電解電容器技術的發展主要有以下幾個方向：（1）耐大紋波電流、低阻抗、長壽命化。隨著各類高導電率材料的研發，電解質的導電率逐漸提高，新型電解電容器的阻抗不斷降低，且在電解電容器中，耐高溫密封新材料的出現，使電解電容器在耐大紋波、低阻抗、長壽命等方面的性能得到了很大的改善。在高、中、低壓等不同情況的高溫狀態下，電解電容器的壽命可達到萬小時級，滿足了各工業領域更高的技術需求。（2）縮小體積，扁平化。近年來國內外高、中、低、壓化成的鋁箔比容分別提高了50%以上，且其強度也得到了大大的提高，在容量一定的情況下可有效縮小電容器的體積，并利用其強度高的條件可創造更為扁平化、更薄型的新型鋁電解電容器。（3）固體電解質電解電容器的商品化速度加快。目前，以OS-CON為代表的有機半導體電解質和以PC-CON、SP-CON、POSCAP等為代表的導電高分子聚合物電解質均已實現商業化，但是作為高分子導電聚合物電解質的鋁電解電容器性能明顯優于有機半導體電解質鋁電解電容器，因此將成為未來發展的主流方向。（4）上限工作溫度、壽命大大提高。隨著汽車電子發展的需求逐漸提高，高溫、長壽命鋁電解電容器的市場潛力巨大。

■3.2我國鋁電解電容器技術與國外發達國家鋁電解電容器技術的差距

就目前來說，我國鋁電解電容器技術與國外發達國家鋁電解電容器技術存在一定程度上的差距，具體體現在以下幾個方面：（1）材料與零部件方面。近年來，我國的鋁電解電容器使用材料和零部件制造技術雖然取得了巨大的進步，但是與國外發達國家相比，依舊存在穩定性差、一致性差且各項性能參數離散性大等各種問題，使我國鋁電解電容器技術和產品檔次的提高受到了嚴重的制約。（2）市場方面。我國多數鋁電解電容器的生產企業多以電話機、顯示器、電子玩具、DVD、TV、普通電子鎮流器等為代表的中、低檔市場為主。在不同時間段可能會存在較大的價格競爭，進而導致整個行業的經濟效益下滑。而以通訊、IT、長壽命電子鎮流器、工業開關電源、汽車電子等配套的高檔市場，大部分都被日、歐、美等國外發達國家的制造企業所占據，這也是我國鋁電解電容器制造業在未來發展中所面臨的重大制約因素（3）專用設備。鋁電解電容器行業的發展受到其材料生產用設備的制約，如鋁箔的化成設備，雖然在近幾年開發成功，但是各電容器生產企業都是自行設計研制使用的，這些企業之間缺乏相應的技術交流，難以達到電子產品更高的精度和集成要求，與國外發達國家的差距較大。另外，一些精度高的專用設備仍然依賴國外進口，造成我國自行生產的電容器普遍存在精度低、可靠性差、自動化程度低等各種問題。

■3.3新時期我國鋁電解電容器技術行業發展策略與思考

（1）瞄準高端市場，加大新產品開發與創新力度

在鋁電解電容器未來的發展中，我國的鋁電解電容器制造廠商應根據自身的實際情況，將目標瞄準高檔市場，不斷加大對新產品的研發力度，力爭在各項關鍵技術上取得更大的進展。在加大創新的同時，我們應不斷加強鋁電解電容器制造的過程管理，進一步做好電容器產品的質量控制，從產品質量這一基礎性要求入手，在保證產品質量的同時，努力縮小我國鋁電解電容器與國外發達國家之間的差距；其次，要不斷擴大配套高檔市場的份額，提高我國鋁電解電容器制造行業的經濟效益，使其達到一個創新與發展相結合的良性循環。

（2）零部件、材料企業要積極配合鋁電解電容器制造企業

對于零部件及材料，我們應加強與國外高端技術企業的合作力度，瞄準國際高檔市場的鋁電解電容器零部件和材料的技術要求和標準，自主研發并生產靠近國際先進技術水平的零部件和材料，從而進一步保證我國鋁電解電容器產品的質量與國外發達國家相當，同時又能有效降低生產成本，不斷提高我國鋁電解電容器在國際上的競爭力。

（3）大力拓展國外市場

我國的鋁電解電容器制造企業應充分利用我國勞動力相對較低且具有一定制造經驗的優勢，大力拓展國際市場，增加產品出口比例，使其在全球化競爭和發展中不斷壯大。

4.結語

鋁電解電容器是一種附加值較高的電子產品，在全球電子產品行業不斷發展變化的今天，對我國鋁電解電容器制造企業既是一個新的發展機遇，又是必將面臨的新挑戰。雖然我國鋁電解電容器的總產量在全球占有較大比重，但是從整體來看，對于高端的鋁電解電容器的零部件及相關材料都依賴于進口，因此嚴重制約著我國鋁電解電容器向高檔市場進軍的進程。另一方面，我國的大部分電容器企業存在規模小、設備陳舊、工藝落后、專業技術人才不足等現象，因此我國鋁電解電容器制造企業應著眼未來的發展，引進專業技術人才，加強新設備、新技術、新材料的研發力度，并加大對關鍵技術難題的研究，進一步提高我國鋁電解電容器技術，縮小與國外發達國家的技術差距，在未來的全球化的電容器市場的競爭中取得更大的成就。

【參考文獻】

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