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低价钛氧化物电解电容器阳极研究

宋文杰  
【摘要】:电解电容器应用广泛,市场十分巨大,每年需求量达数百亿支。因受性能、资源、价格等不同因素的影响,电解电容器阳极材料由铝—钽—铌—低价铌氧化物等在不断的更新换代。因此研究开发新型电解电容器阳极材料具有十分重要的意义。与其他类型电解电容器阳极相比,钛资源丰富,价格低廉,但钛阳极的氧化膜形成困难。本课题研究的低价钛氧化物(TiO)电解电容器阳极具有比容高,漏电流较小,资源丰富,价格低廉等优点。 首次采用低价钛氧化物(TiO)作为电解电容器阳极材料,以Ti(TiH_2)与TiO_2固-固反应制备低价钛氧化物粉末,按烧结型电解电容器的工艺流程:粉末压制成型→阳极烧结→阳极氧化工艺,以单因素试验研究变化规律,正交试验及方差分析进行优化的方法对低价钛氧化物电解电容器阳极制造工艺条件进行了详细研究,采用该工艺制备出的低价钛氧化物电容器阳极比容为40000~120000μF·V·g~(-1)、漏电流(K值)为0.1~0.005’μA·μF~(-1)·V~(-1)。 Ti(TiH_2)与TiO_2固-固反应制备低价钛氧化物工艺具有产品不受污染、体系氧含量容易控制的优点。动力学分析表明,O在不同物相中的扩散是Ti(TiH_2)与TiO_2反应速度的控制步骤,研磨混合、高温焙烧有利于反应速度的提高。 运用量子化学理论、结构化学理论,深入分析了TiO的稳定性及导电机理。Ti的外层电子结构、电离势、轨道分裂特性和TiO、TiO_2歧化反应自由能计算结果证明TiO具有较高的稳定性;量子化学能带理论分析表明,TiO具有良好的导电能力,能满足电容器阳极材料对导电能力的要求。 通过实验对低价钛氧化物的氧含量、粉末粒度、掺杂NbO与其电性能之间的关系进行了研究。结果表明,低价钛氧化物的氧含量、粉末粒度对其电性能有很大影响,掺杂NbO能很大程度的改善其电性能。 形成液选择研究表明,低价钛氧化物在大多数形成液中的时间-电压曲线呈半抛物线形,采用五硼酸铵或硼酸+五硼酸铵的混合溶液对低价钛氧化物形成最好。随着形成电压的改变,低价钛氧化物赋能阳极呈现出不同的鲜艳干涉色(即色标)。 采用SEM对低价钛氧化物烧结、赋能过程中粉末微观形貌的变化进行了详细研究。能谱及X衍射分析结果表明,低价钛氧化物阳极氧化膜为无定型TiO_2。 采用循环伏安及交流阻抗方法,首次对低价钛氧化物电极在5%硼酸


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