CH508976A - Verfahren zur Herstellung einer Elektrodenfolie aus Aluminium - Google Patents

Description

  
 



  Verfahren zur Herstellung einer Elektrodenfolie aus Aluminium
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer Elektrodenfolie aus Aluminium mit durch
Beizen erhaltener vergrösserter wirksamer Oberfläche, insbesondere zur Verwendung in Elektrolytkondensator.



   Zur Vergrösserung der wirksamen Oberfläche kann eine Aluminumfolie elektrolytisch oder chemisch gebeizt werden. Die dadurch erzielte kapazitive Oberflächenvergrösserung kann sich auch in Abhängigkeit von der Formierspannung stark ändern. Beim Formieren, d. h. beim anodischen Oxydieren, das nach der durch Beizen erzielten Oberflächenvergrösserung erfolgt, wird die dielektrische Oxydschicht gebildet. Dann wird die durch Beizen erzielte kapazitive Oberflächenvergrösserung gemessen.



   Bekanntlich kann dann, wenn die Folie vor dem Beizvorgang einer Wärmebehandlung unterworfen wird, nach dem Beizvorgang eine weitere Vergrösserung der wirksamen Oberfläche erzielt werden. Diese Behandlung wird nach einem bekannten Verfahren in einem Temperaturbereich zwischen 250 und 300   "C    und nach einem anderen Verfahren in einem Temperaturbereich zwischen 500   "C    und einer gerade unter dem Schmelzpunkt von Aluminium liegenden Temperatur durchgeführt.



   Üblicherweise wird als Ausgangsmaterial zur Herstellung von Foliekondensatoren eine weichgeglühte Folie verwendet, deren wirksame kapazitive Oberfläche, wie bereits erwähnt wurde, durch eine weitere Wärmebehandlung weiter vergrössert wird. Übrigens sind nicht nur Elek trodenfolien zur Anwendung in Elektrolytkondensatoren, sondern auch für viele andere Zwecke Aluminiumfolien nur in mehr oder weniger weichgeglühtem Zustand käuflich erhältlich. Wenn Aluminium gewalzt wird, wobei die Stärke schliesslich erheblich reduziert wird, wird dieses Metall hart. In diesem Zustand ist es verhältnismässig elastisch und hat eine geringe Dehnung, so dass es eine Folie aus weichgeglühtem Metall ist.



   Es wurde nun festgestellt, dass bei Anwendung einer harten Folie des Ausgangsmaterials nach dem Beizvorgang eine erheblich grössere Oberfläche als bei Anwendung jeder anderen, auf bekannte Weise thermisch vorbehandelten Folie oder nicht vorbehandelten weichen Folie erzielt wird.



   Erfindungsgemäss ist das Verfahren zur Herstellung einer Elektrodenfolie aus Aluminium mit durch Beizen erhaltener vergrösserter wirksamer Oberfläche dadurch gekennzeichnet, dass als Ausgangsmaterial eine Aluminiumfolie verwendet wird, die einen Reinheitsgrad von mindestens 99,8   Gew.-0/c    und eine Brinellhärte von mindestens 30, bestimmt mit einer Kugel von 10 mm Durchmesser und einer Belastung von 500 kp, aufweist. Die Mindesthärte von Folien mit einer Reinheit innerhalb der genannten Grenzen kann man durch lineare Interpolation erhalten.



   Obgleich diese harte Folie sich schlechter als mehr oder weniger weichgeglühte Folie verarbeiten lässt, bereitet ihre Hantierung auf den üblichen Beizmaschinen keine Schwierigkeiten.



   Die Verarbeitbarkeit bei der weiteren Behandlung der Folie, die Formierung und die Wicklung, können dadurch verbessert werden, dass die Folie nach dem Beizvorgang durch Erhitzung auf einer Temperatur von mindestens 200   "C    thermisch behandelt wird, wodurch die Schlagfestigkeit der Folie erhöht wird.



   Diese thermische Nachbehandlung der gebeizten Folie hat ausserdem eine noch weitere Vergrösserung der wirksamen kapazitiven Oberfläche der Folie zur Folge, wenn sie auf einer Temperatur zwischen 400 und 650   "C    in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre erhitzt wird. Die Zeit, während der die Folie thermisch nachbehandelt werden muss, ist von der gewählten Temperatur abhängig.



  Wird eine bestimmte Höchstzeitdauer überschritten, so ergeben sich anfänglich hohe Kapazitätswerte, die jedoch beim Formieren der Folie in nicht reproduzierbarer Weise stark abnehmen. Es wurde ein empirischer Zusammenhang zwischen der Höchsterhitzungsdauer (t in sec) und der gewählten Behandlungstemperatur (T in   "K)    gefunden: log t = 90,2 - 30 log T.



   Die Folie wird vorzugsweise während einer Zeitdauer behandelt, die mindestens 25    /o    der nach dieser Formel gefundenen Höchstzeitdauer beträgt.



   Es sei bemerkt, dass die Nacherhitzung einer gebeizten Folie in einer inerten oder schützenden Atmosphäre  oder im Vakuum zur Erzielung einer Vergrösserung einer wirksamen kapazitiven Oberfläche an sich bekannt ist. Es wurde nunmehr jedoch gefunden, dass die besonderen Massnahmen in bezug auf die Atmosphäre nicht notwendig sind: man hat gefunden, dass Erhitzung an der Luft das gleiche Ergebnis liefert, und ausserdem, dass Behandlung im Hochvakuum keine kapazitive Wirkung ergibt: daraus ist ersichtlich, dass die Anwesenheit von Sauerstoff während der Wärmebehandlung wesentlich ist.



   Zur Erläuterung des Verfahrens nach der Erfindung werden nachstehend einige praktische Ausführungsbeispiele beschrieben.



   1. Eine harte Aluminiumfolie mit einer Stärke von 80 und einer Reinheit von 99,994   0/0    wurde zum Teil ohne wei tere Behandlung gebeizt (a), ein anderer Teil wurde während vier Stunden auf 215   "C    erhitzt (b), wodurch er erweichte, und der übrige Teil wurde während vier Stunden auf 600   "C    erhitzt (c). Alle diese Folien wurden in einer warmen, konzentrierten wässerigen Kochsalzlösung mit einer elektrischen Ladung von 4500 Coulomb/dm2 elektrolytisch gebeizt. Der Beizstrom war ein geglätteter pulsierender Gleichstrom. Die Schlagfestigkeit der Folie wurde an Streifen mit einer Breite von 15 mm gemessen und in cm kp ausgedrückt. Ein Teil der gebeizten harten Folie wurde während einer halben Stunde auf 220   "C    erhitzt (d).



  Diese vier Versuchsfolien wurden dann in je drei Teile geteilt, von denen ein Teil bei 6 V in einem üblichen Glykol Ammoniak-Borsäure-Elektrolyten, ein Teil bei 50 V und der übrige Teil bei 83 V formiert wurde.



   In der nachstehenden Tabelle   list    die gemessene Kapazität pro cm2 dieser Folien in bezug auf eine platinierte Silberkathode in dem zur Formierung angewandten Elektrolyten in   pF    angegeben, wobei die Schlagfestigkeit   (a)    in cm kp angegeben ist.



   TABELLE I Folie Kapazität/cm2   (,uF)    a
6 V 50 V 83 V cm kp a 66,8 6,48 2,91 0,18 b 46,0 4,88 2,20 0,41 c 49,5 5,08 2,39 0,93 d 66,0 6,65 2,87 0,57
2. Eine harte Aluminiumfolie mit einer Reinheit von 99,992    /0    und einer Stärke von 80   u    wurde zum Teil unbehandelt gebeizt (a), zum Teil während vier Stunden auf 200   "C    erhitzt (b) und zum übrigen Teil (c) während vier Stunden auf 600   "C    erhitzt. Der Beizvorgang wurde wieder auf elektrolytischem Wege unter sonst gleichen Bedingungen wie beim vorhergehenden Beispiel, aber mit einer elektrischen Ladung von 4200 Coulomb/dm2 durchgeführt. Jede der drei gebeizten Versuchsfolien wurde in zwei Teile geteilt.

  Von der einen Hälfte wurde die Schlag   festigkeit (a) gemessen und die Formierung bei 50 und    83 V durchgeführt. Die andere Hälfte wurde zunächst während einer halben Stunde auf 490   "C    an der Luft erhitzt, wobei die Schlagfestigkeit   (a)    gemessen und die Formierung bei 6, 50 und 83 V durchgeführt wurde. Die Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle II angeführt.



   TABELLE   II   
Nicht nachgeglüht Nachgeglüht auf 490   "C    Folie   Kapazität/cm2(F)6cm      kpKapazität/cm2(yF)    acm   k       6 V    50 V 83 V   6 V    50 V 83 V a 60,0 5,36 2,79 0,18 55,6 6,40 3,47 0,47 b 37,2 3,80 1,81 0,80 33,6 3,60 2,05 1,03   43,2    4,20 2,71 0,67 41,6 4,64 2,66 0,63
3. In der nachstehenden Tabelle   111    ist der Effekt verschiedener Temperaturen und Zeiten der Wärmebehandlung nach dem Beizvorgang angegeben.



   Es wurde von einer harten Aluminiumfolie mit einer Reinheit von 99,994 % ausgegangen. Der Beizvorgang wurde auf elektrolytischem Wege unter den gleichen Bedingungen wie beim vorhergehenden Beispiel durchgeführt. Die Folie wurde in der Beizmaschine zwischen der Stromquelle und dem Beizbad mit Wasser und Pressluft stark gekühlt, um zu verhüten, dass sie infolge der auftretenden Wärmeentwicklung erweicht wird, wodurch niedrigere Kapazitäten erhalten würden. Nach dem Beizvorgang wurde die Folie auf der angegebenen Temperatur und während der angegebenen Zeitdauer geglüht. Anschliessend wurde die Kapazität gemessen und die Formierung durchgeführt. In der Tabelle III sind die erhaltenen Ergebnisse angeführt.



   TABELLE III
Zeitdauer   Kapazität (,uF/cm2)   
Temperatur während bei
Nachbehandlung 6 V 50 V 83 V
1 200   "C    120 min 62,0 6,20 2,80
2 200   "C    240 min 61,2 6,15 2,79
3 200   "C    480 min 61,5 6,12 2,79
4 200 C 960 min 59,2 6,16 2,79
5 200   "C    1920 min 58,4 6,16 2,84
6 200   "C    3840 min 62,7 6,20 2,81
7   400 C    120 min 58,5 6,40 3,07
8 400   "C    .240 min 57,6 6,32 3,09
9   400 "C    480 min 58,8 6,76 3,41 10 400   "C    960 min 54,8 7,12 3,53 11   400 "C    1920 min 53,6 7,84 3,91 12 400   "C    3840 min 51,6 8,25 3,77 13 450   "C    120 min 56,4 6,80 3,44 14 450   "C    240 min  

   55,2 7,12 3,55 15 450   "C    480 min 52,8 7,32 3,56 16 450   "C    960 min 47,6 7,92 3,64 17 450   "C    1920 min Scheinkapazitäten 18 450   "C    3840 min Scheinkapazitäten 19   500 "C    20 sec 59,2 6,40 2,83 20   500 "C    60 sec 58,4 6,44 2,85 21   500 "C    180 sec 58,4 6,48 2,85 22   550 "C    20 sec 59,6 6,48 2,78 23   550 "C    60 sec 58,8 6,40 2,82 24   550 "C    180 sec 58,0 6,68 3,12 25   6500C    20 sec 56,8 7,15 3,11 26   650 "C    60 sec 49,2 9,38 3,84 27 650   "C    180 sec Scheinkapazitäten 

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE 1. Verfahren zur Herstellung einer Elektrodenfolie aus Aluminium mit durch Beizen erhaltener vergrösserter wirksamer Oberfläche, dadurch gekennzeichnet, dass als Ausgangsmaterial eine Aluminiumfolie verwendet wird, die einen Reinheitsgrad von mindestens 99,8 Gew.-0/o und eine Brinellhärte von mindestens 30, bestimmt mit einer Kugel von 10 mm Durchmesser und einer Belastung von 500 kp, aufweist.

   II. Verwendung der nach dem Verfahren gemäss Patentanspruch I hergestellten Folie in einem Elektrolytkondensator.

   UNTERANSPRÜCHE 1. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie nach dem Beizvorgang, aber vor der Formierbehandlung, auf eine über 200 C liegende Tempe ratur erhitzt wird 2. Verfahren nach Unteranspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass man die Folie während einer Zeitspanne von vorzugsweise 4, höchstens aber t auf eine Temperatur T zwischen 673 und 923 K erhitzt, wobei log t (sec) = - 30 log T ("K)