浅谈铝电解电容器技术现状及未来发展趋势

作者/冯 莉，南通南铭电子有限公司



浅谈铝电解电容器技术现状及未来发展趋势

作者/冯 莉，南通南铭电子有限公司

文章摘要：电容器作为现代工业生产中必不可少的电子元件，其用量大，且使用范围广泛。当前的常见的电容器主要有电解、有机薄膜、陶瓷等三大类，我国电容器的年产量在全球电容器年产量中所占比例约为33%，其中铝电解电容器在三大类电容器的产量中所占比例接近50%。随着科学技术的不断发展，国内外的铝电解电容器技术也在不断的优化、完善和创新，铝电解电容器的应用范围不断扩大，其需求量也不断增加。基于此，本文从铝电解电容器的结构及原理入手，介绍了当前铝电解电容器的关键技术，对国内外铝电解电容器技术发展进行了简单的比较，并对其未来的发展趋势进行了简要阐述。

关键词：铝电解电容器；国内外技术现状；发展趋势

引言

铝电解电容器是电子和电气线路中必不可少的基础元件之一，随着电子技术的不断发展，电子元件的集成度和组装精度也不断提高，对铝电解电容器提出了更高的要求。因此，进一步了解铝电解电容器的结构及原理，对当前铝电解电容器的关键技术认识不断深入是十分必要的，并且我们还应着眼当前国际铝电解电容器技术的发展现状，对未来铝电解电容器的发展趋势有进一步的了解。

1.铝电解电容器的结构及原理

铝电解电容器是一种采用特殊制造工艺和特殊结构生产制造的电容器，其分为阴极和阳极两个电极板，其中阳极是采用特殊定制的阀金属，并借助电化学方法在阀金属的表面生成一层厚度极薄且具有单向导电性的氧化膜，并且将该层薄膜作为介质；铝电解电容器的阴极是一种采用固状电解质或能够生成和修复氧化膜介质的液状电解质。目前，常用的铝电解电容器为是箔式卷绕型结构，其阳极为铝质金属箔，采用电化学方法在阳极的铝金属箔表面生成一层AL2O3氧化膜作为介质；而阴极则采用多孔性电解纸所吸附的工作电解质。

2.铝电解电容器的关键技术

■2.1片式化技术

片式化技术是铝电解电容器领域发展中的关键技术之一，在该技术领域的研究与开发方面较为活跃。在各种不同的片式化电子元件中，开发技术难度最大的就是铝电解电容器的片式化技术，但是片式化的铝电解电容器具有容量大、电容量温度稳定、适合表面组装等优点，并且价格低廉，因此正在逐步取代传统的铝电解电容器，在电子领域内被大范围使用。近年来，随着人们对计算机和数码相机等电子产品的需求不断增加，片式铝电解电容器成为了近几年电容器领域内最值得开发的产品，其片式技术的发展空间较大。目前，日本的片式化技术处于国际领先水平，如三洋电子部品、松下电子部品、Nichicon及Elna等公司将铝电解电容器的片式化技术都作为自身新的利润增长点。但是，当前我国的铝电解电容器片式化技术相对落后，片式化铝电解电容器的生产厂家较少，生产能力相对不足。

■2.2电解质固体化技术

当前，电解质固体化技术是铝电解电容器技术发展的重要方向。由于固体电解质具有稳定性高、高频低阻抗特性极好、寿命较长、温度特性好、工作温度范围广、耐反向电压力能力强等优点，因此，铝电解电容器技术中的电解质固体化技术被认为是实现大幅度提高铝电解电容器性能和铝电解电容器SMD化的关键技术之一。目前，在铝电解电容器中普遍使用的是液体电解质，其对阀金属表面生成的Al2O3氧化膜介质层具有自行修复的作用，这就容易导致液体电解质的铝电解电容器进入失效模式。一般来说，铝电解电容器常见的失效模式为短路失效，该模式的发生具有一定随机性，可能导致整个机组电性能的稳定性下降。目前，日本的Sanyo公司开发出了一种TCNQ固体电解质的电解质固体化技术，随后日本的Chemicon公司和Nichicon公司采用电化学方法，利用高分子材料作为电解质制作而成了质量较高的固体电解材料。总之，随着科学技术的不断发展，电解质固体化技术问题的研究也在不断深化。

■2.3高比容电极的制造技术

高比容电极的制造技术是提高铝电解电容器比率电容量、进一步缩小电容器体积的关键技术。近几年，国内外高比容电极制造的主要研究方向有高比容、高效能化成工艺的开发，高比容电蚀工艺的开发以及低容量衰减率工艺的开发等。目前来说，由于中低压铝电解电容器采用的阳极箔的实际扩面倍率和理论的扩面倍率相差较大，因此提高其工艺技术的空间较大，特别是在高比容电蚀工艺的开发领域、加强光箔的质量控制以及对电蚀前预处理的工艺进行改进等方面非常值得业内人士关注。另外，当前部分国家采用电化学腐蚀的方法让铝箔的扩面工程不断向纳米级靠近，但是在工业领域内，其扩面倍率的提升速度相对较慢，且工艺的研究需要进一步深入以取得突破。

3.国内外铝电解电容器技术发展与比较

■3.1国外发达国家铝电解电容器技术的发展趋势

当前，国外发达国家的铝电解电容器技术发展处于领先的水平，特别是以美国、德国、日本等国在铝电解电容器技术的研究中取得了巨大的成就。就目前来说，笔者认为未来铝电解电容器技术的发展主要有以下几个方向：（1）耐大纹波电流、低阻抗、长寿命化。随着各类高导电率材料的研发，电解质的导电率逐渐提高，新型电解电容器的阻抗不断降低，且在电解电容器中，耐高温密封新材料的出现，使电解电容器在耐大纹波、低阻抗、长寿命等方面的性能得到了很大的改善。在高、中、低压等不同情况的高温状态下，电解电容器的寿命可达到万小时级，满足了各工业领域更高的技术需求。（2）缩小体积，扁平化。近年来国内外高、中、低、压化成的铝箔比容分别提高了50%以上，且其强度也得到了大大的提高，在容量一定的情况下可有效缩小电容器的体积，并利用其强度高的条件可创造更为扁平化、更薄型的新型铝电解电容器。（3）固体电解质电解电容器的商品化速度加快。目前，以OS-CON为代表的有机半导体电解质和以PC-CON、SP-CON、POSCAP等为代表的导电高分子聚合物电解质均已实现商业化，但是作为高分子导电聚合物电解质的铝电解电容器性能明显优于有机半导体电解质铝电解电容器，因此将成为未来发展的主流方向。（4）上限工作温度、寿命大大提高。随着汽车电子发展的需求逐渐提高，高温、长寿命铝电解电容器的市场潜力巨大。

■3.2我国铝电解电容器技术与国外发达国家铝电解电容器技术的差距

就目前来说，我国铝电解电容器技术与国外发达国家铝电解电容器技术存在一定程度上的差距，具体体现在以下几个方面：（1）材料与零部件方面。近年来，我国的铝电解电容器使用材料和零部件制造技术虽然取得了巨大的进步，但是与国外发达国家相比，依旧存在稳定性差、一致性差且各项性能参数离散性大等各种问题，使我国铝电解电容器技术和产品档次的提高受到了严重的制约。（2）市场方面。我国多数铝电解电容器的生产企业多以电话机、显示器、电子玩具、DVD、TV、普通电子镇流器等为代表的中、低档市场为主。在不同时间段可能会存在较大的价格竞争，进而导致整个行业的经济效益下滑。而以通讯、IT、长寿命电子镇流器、工业开关电源、汽车电子等配套的高档市场，大部分都被日、欧、美等国外发达国家的制造企业所占据，这也是我国铝电解电容器制造业在未来发展中所面临的重大制约因素（3）专用设备。铝电解电容器行业的发展受到其材料生产用设备的制约，如铝箔的化成设备，虽然在近几年开发成功，但是各电容器生产企业都是自行设计研制使用的，这些企业之间缺乏相应的技术交流，难以达到电子产品更高的精度和集成要求，与国外发达国家的差距较大。另外，一些精度高的专用设备仍然依赖国外进口，造成我国自行生产的电容器普遍存在精度低、可靠性差、自动化程度低等各种问题。

■3.3新时期我国铝电解电容器技术行业发展策略与思考

（1）瞄准高端市场，加大新产品开发与创新力度

在铝电解电容器未来的发展中，我国的铝电解电容器制造厂商应根据自身的实际情况，将目标瞄准高档市场，不断加大对新产品的研发力度，力争在各项关键技术上取得更大的进展。在加大创新的同时，我们应不断加强铝电解电容器制造的过程管理，进一步做好电容器产品的质量控制，从产品质量这一基础性要求入手，在保证产品质量的同时，努力缩小我国铝电解电容器与国外发达国家之间的差距；其次，要不断扩大配套高档市场的份额，提高我国铝电解电容器制造行业的经济效益，使其达到一个创新与发展相结合的良性循环。

（2）零部件、材料企业要积极配合铝电解电容器制造企业

对于零部件及材料，我们应加强与国外高端技术企业的合作力度，瞄准国际高档市场的铝电解电容器零部件和材料的技术要求和标准，自主研发并生产靠近国际先进技术水平的零部件和材料，从而进一步保证我国铝电解电容器产品的质量与国外发达国家相当，同时又能有效降低生产成本，不断提高我国铝电解电容器在国际上的竞争力。

（3）大力拓展国外市场

我国的铝电解电容器制造企业应充分利用我国劳动力相对较低且具有一定制造经验的优势，大力拓展国际市场，增加产品出口比例，使其在全球化竞争和发展中不断壮大。

4.结语

铝电解电容器是一种附加值较高的电子产品，在全球电子产品行业不断发展变化的今天，对我国铝电解电容器制造企业既是一个新的发展机遇，又是必将面临的新挑战。虽然我国铝电解电容器的总产量在全球占有较大比重，但是从整体来看，对于高端的铝电解电容器的零部件及相关材料都依赖于进口，因此严重制约着我国铝电解电容器向高档市场进军的进程。另一方面，我国的大部分电容器企业存在规模小、设备陈旧、工艺落后、专业技术人才不足等现象，因此我国铝电解电容器制造企业应着眼未来的发展，引进专业技术人才，加强新设备、新技术、新材料的研发力度，并加大对关键技术难题的研究，进一步提高我国铝电解电容器技术，缩小与国外发达国家的技术差距，在未来的全球化的电容器市场的竞争中取得更大的成就。

【参考文献】

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