(57)【要約】本発明は、電極導出部（１）と、この電極導出部１と接触している電極本体（２）とを備え、その表面上に誘電体層（３）が配置されているキャパシタ用の電極に関する。この電極本体（２）と誘電体層（３）との間に中間層（４）が配置されており、この中間層（４）が誘電体層（３）と電極本体（２）との間の物質交換を阻止する。この中間層（４）を用いて特に誘電体層（３）から電極本体（２）への酸素の拡散を低下させ、それによりこの電極は高い長期間安定性を有する。さらに、本発明は、本発明による電極をアノードとして備えたキャパシタに関する。
2004508726.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
キャパシタ用の電極であって、
前記の電極は電極導出部（１）と、
前記の電極導出部（１）と接触している電極本体（２）とを備え、かつ
その表面上に誘電体層（３）が配置されており、
電極本体（２）と誘電体層（３）との間に中間層（４）が配置されており、この中間層（４）は誘電体層（３）と電極本体（２）との間の物質の交換を阻止する、キャパシタ用の電極。
【請求項２】
電極本体（２）が多孔体である、請求項１記載の電極。
【請求項３】
電極本体（２）は粉末又はペーストの焼結により製造されている、請求項１又は２記載の電極。
【請求項４】
誘電体層（３）は本体の表面層の酸化により製造されており、この本体の酸化されていない残りが電極本体（２）を形成し、かつ中間層（４）は誘電体層（３）と電極本体（２）との間で酸素の拡散を阻止する、請求項１から３までのいずれか１項記載の電極。
【請求項５】
中間層（４）はスカンジウム、イットリウム、ランタニド、チタン、ジルコニウム、バナジウム、クロム又はモリブデンを含有する、請求項１から４までのいずれか１項記載の電極。
【請求項６】
誘電体層（３）はＮｂ２Ｏ５を有し、電極本体（２）はニオブを有し、中間層（４）はバナジウムを有する、請求項１から５までのいずれか１項記載の電極。
【請求項７】
中間層（４）は少なくとも２原子層の厚さを有する、請求項１から６までのいずれか１項記載の電極。
【請求項８】
電極本体（２）は、成分Ａ及び成分Ｂを有する材料から製造されており、この場合に成分Ｂの表面エネルギーは成分Ａの表面エネルギーよりも小さく、かつ中間層（４）は前記の材料から偏折された成分Ｂの部分を有する、請求項１から７までのいずれか１項記載の電極。
【請求項９】
電極本体（２）は金属合金又はドーピングから製造されており、この場合に、合金に対する成分Ｂの割合は１０質量ｐｐｍ〜５０質量％である、請求項８記載の電極。
【請求項１０】
成分Ａは弁金属又は弁金属含有合金であり、成分Ｂは金属である、請求項９記載の電極。
【請求項１１】
電極本体（２）はニオブ又はバナジウムを含有する合金から製造されており、中間層（４）は偏折したバナジウムを含有する、請求項１から１０までのいずれか１項記載の電極。
【請求項１２】
成分Ｂは電極本体（２）の材料中でドーピングの形で存在する、請求項８記載の電極。
【請求項１３】
対電極（５）を有し、誘電体層（３）が中間層（４）と対電極（５）との間に配置されている、請求項１から１２までのいずれか１項記載の電極を備えたキャパシタ。
【請求項１４】
電極の孔（７）の表面は対電極５で覆われており、この場合に対電極（５）は対電極導出部（６）と接触している、請求項１３記載のキャパシタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、電極導出部と電極本体とを備え、電極本体と接触しておりかつこの表面上に誘電体層が配置されている、キャパシタ用の電極に関する。さらに、本発明はこのような電極を備えたキャパシタに関する。
【０００２】
電極本体がニオブからなる多孔性焼結体であり、かつこの場合に誘電体層は、前記の多孔性焼結体の陽極酸化により製造された、Ｎｂ２Ｏ５からなる層である、キャパシタ用の電極は公知である。このような電極は、原則的に、電解キャパシタ用のアノードとして使用でき、この場合に焼結体の孔がカソード材料で充填されており、このカソード材料はカソード導出部と接触している。
【０００３】
この公知の電極は、誘電体層から酸素が電極本体へ拡散できるために、誘電体層が十分に長期間安定性ではないという欠点がある。この酸素放出によって、誘電体内で亜酸化物、例えば半導体のＮｂＯ２並びに金属導電性のＮｂＯが生じる。それにより、誘電体は有効に薄く、それにより絶縁耐力は失われてしまい、このキャパシタは所定の時間後に故障してしまう。
【０００４】
従って、本発明の課題は高い長期間安定性を有するキャパシタ用の電極を提供することであった。
【０００５】
前記の課題は、本発明の場合に、請求項１記載の電極により達成される。電極を備えたキャパシタ並びに本発明の他の実施態様は、他の請求項に記載されている。
【０００６】
本発明は、電極導出部と電極本体とを備え、電極本体と接触しておりかつこの表面上に誘電体層が配置されている、キャパシタ用の電極に関する。電極本体と誘電体層との間に中間層が設けられており、この中間層が誘電体層と電極本体との間の物質交換を阻止する。
【０００７】
さらに、本発明は、本発明による電極を備え、対電極を有しかつ誘電体層が中間層と対電極との間に配置されているキャパシタにも関する。
【０００８】
さらに、本発明は、電極の孔の表面が対電極で覆われており、かつ対電極は対電極導出部と接触しているキャパシタにも関する。
【０００９】
本発明による電極は、中間層のために誘電体層の又は電極本体の材料変化を有効に阻止できるという利点を有する。それにより、電極本体もしくは誘電体層の安定性が改善され、電極もしくはこの電極を用いて製造されたキャパシタは改善された長期間安定性を示す。
【００１０】
本発明は、電極本体が多孔体であるような電極用に特に有利に使用できる。多孔体は大きな表面積を特徴とし、孔の表面が本発明によるキャパシタに応じて対電極で覆われている場合には、それによりキャパシタは大きな容量を有するキャパシタを実現することができる。
【００１１】
この多孔性の電極本体は例えば粉末又はペーストの焼結によって製造できる。この場合、特にタンタル又はニオブを含有する粉末もしくは相応する適当なペーストの圧縮成形体の焼結が挙げられる。
【００１２】
電極の誘電体層は例えば本体の表面層の酸化により製造でき、この本体の酸化されない残りは電極本体を形成する。この場合に、誘電体層が酸素の拡散を阻止するように誘電体層を選択するのが特に有利である。それにより、誘電体層から電極本体への酸素の拡散は阻止でき、それにより時間の経過と共に酸素の損失による誘電体層の変化は有効に抑制できる。
【００１３】
酸素の拡散を阻止する中間層自体は、スカンジウム、イットリウム、ランタニド、チタン、ジルコニウム、バナジウム、クロム又はモリブデンを含有する中間層が挙げられる。ランタニドとしては、この場合に、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、ポロニウム、サマリウム、ユウロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、イッテルビウム、ツリウム又はルテチウムが挙げられる。これら全ての材料は、酸素の低い拡散速度のために、酸素のための拡散バリアとして適している。
【００１４】
電極本体がニオブを有し、誘電体層がＮｂ２Ｏ５を有する場合には、試験に示したように、バナジウムを有する中間層を使用するのが特に有利である。
【００１５】
中間層の厚さは、この場合に少なくとも２原子層であるのが好ましい。しかしながら、より厚い中間層も考えられる。
【００１６】
本発明による電極は、成分Ａ及び成分Ｂを有する材料から特に有利に製造でき、その際、成分Ｂの表面エネルギーが成分Ａの表面エネルギーよりも小さく、かつ中間層は出発材料から偏折した成分Ｂの部分を有している。この成分Ｂは、この場合に材料のドーピングの形で存在することができる。
【００１７】
中間層を成分Ｂの偏折によって製造することにより、この製造は特に容易でかつ多大な費用をかけずに行うことができる、それというのもこの中間層は本発明のために適した箇所に、つまり電極本体の表面に自動的に製造できるためである。この場合には材料として特に成分Ｂの割合が一般に１０質量ｐｐｍ〜５０質量％である金属合金が挙げられる。
【００１８】
金属合金は、この金属合金を用いて製造した電極本体が同時にキャパシタのために必要な導電特性を有しているという利点を有する。この場合に、合金の成分Ａが誘電体の形成のために適した弁金属であるか、又は成分Ａがこのような弁金属を含有する合金であるのが特に有利である。弁金属は、酸化により適当な誘電体層を形成することができる特性を有する。弁金属として例えばタンタル又はニオブが挙げられる。弁金属を含有する合金は例えばタンタル／ニオブ合金を使用することができ、この合金は酸化による誘電体層の形成の際に、有利な特性を有する相応する金属酸化物を形成する。成分Ｂはこの場合にそれぞれ前記した個々の金属中の１種、例えばバナジウム又はこれらの組み合わせであることができる。
【００１９】
さらに電極本体がニオブ及びバナジウムを含有する合金から製造されているのが有利であり、それというのもニオブ（γ＝２．９８３Ｊｍ−２）及びバナジウム（γ＝２．８７６Ｊｍ−２）の異なる表面エネルギーのために中間層は偏折したバナジウムから容易に形成できるためである。ニオブの表面にバナジウムが偏折することは、例えば電極本体の酸化後に相応する適当な熱処理によって行うことができる。
【００２０】
次に、本発明を実施例及びそれに対応する図面を用いて詳細に説明する。
【００２１】
図１は本発明による電極の基本構造の図式的な断面図を例示的に示す。
【００２２】
図２はアノードとして本発明による電極を備えた電解キャパシタの図式的な断面図を例示的に示す。
【００２３】
図１は電極本体２を備えた電極を示し、この電極本体２は電極導出部１と導電的に接続している。電極本体２の表面に誘電体層３が配置されている。電極本体２と誘電体層３との間には中間層４が配置されている。
【００２４】
図２はアノードとして本発明による電極を備えた電解キャパシタを示し、その際、この電極は図１からの基本構造に一致し、かつこの場合に電極の電極本体２は孔７を備えた多孔体である。この電極本体２は有利に弁金属、例えばタンタル又はニオブを有し、この弁金属から陽極酸化により誘電性の酸化物を製造できる。
【００２５】
この電極本体２は粉末の形のニオブ及びバナジウムの合金から製造するのが有利である。この場合に、電極導出部１は金属ワイヤの形であるか又は平面状の金属導出部の形で構成されている。例えば、タンタル含有ワイヤ又はニオブ含有ワイヤ又は相応する材料からなる平面状の導出部を圧縮成形し、引き続き一緒に焼結する。それにより、電極導出部１と接続した多孔性電極本体２が生じる。合金に対するバナジウムの割合は、この場合に一般に１０質量ｐｐｍ〜５０質量％であることができる。
【００２６】
電極の製造は、他に、ペーストを用いても行うことができ、このペーストを電極導出部１上に適当な方法、例えばスクリーン印刷法を用いて塗布し、引き続き焼結させることができる。
【００２７】
他のプロセス工程において、電極本体２の表面上に陽極酸化によってＮｂ２Ｏ５の誘電性層を形成させることができる。この層は次に誘電体層３を形成する。ニオブからなる電極は、形成された誘電体の高い比電荷及び高い誘電率を特徴とする。前記のプロセス工程は、それ自体形成として公知であり、例えば、一般にリン酸含有量０．１〜５％を有する電解液中に浸漬させた電極本体２を用いて一般に３０〜８５℃の温度で実施できる。電極本体１と形成時に使用された対電極との間に、有利に１０〜８０Ｖの形成電圧を印加する。
【００２８】
他の製造工程の場合に、０．５〜３時間での２５０〜４５０℃での熱処理による酸化物の形成後に、電極本体２の表面上に合金からバナジウムの一部が偏折し、誘電体層３と電極本体２との間に中間層４が形成される。この偏折は、バナジウム及びニオブの異なる表面エネルギーのために可能である。
【００２９】
この中間層４はバナジウムからなり、このバナジウムは場合により他の不純物を含有していてもよい。バナジウムは、ニオブよりも良好には酸素を溶解させずかつ良好には酸素を拡散させないという特性を有する。従って、これは誘電体層３中でＮｂ２Ｏ５から放出される酸素のための適当な拡散バリアであり、この拡散バリアがないと酸素はニオブ−電極本体２内へ拡散侵入してしまう。この酸素損失は、酸化物層を時間の経過と共に亜酸化物に移行させてしまう。
【００３０】
こうして製造された本発明による電極は、さらに自体公知の方法でキャパシタに完成させることができる。
【００３１】
この電極の孔７は対電極材料５、例えばＭｎＯ２又は導電性ポリマーで充たされている。他のプロセス工程ではコンタクト層８，９が製造され、これは最終的に対電極導出部６と接続される。この第１のコンタクト層８は例えば黒鉛から製造でき、第２のコンタクト層９は例えば銀導電塗料から製造できる。
【００３２】
本発明は、例示的に記載された実施例に制限されるのではなく、最も普遍的な形式で請求項１及び請求項１３により定義される。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明による電極の基本構造の図式的な断面図
【図２】
アノードとして本発明による電極を備えた電解キャパシタの図式的な断面図
【国際公開パンフレット】
2004508726.tif 000003
2004508726.tif 000004
2004508726.tif 000005
2004508726.tif 000006
2004508726.tif 000007
2004508726.tif 000008
2004508726.tif 000009
2004508726.tif 000010
2004508726.tif 000011
2004508726.tif 000012
2004508726.tif 000013
2004508726.tif 000014
【国際調査報告】
2004508726.tif 000015
2004508726.tif 000016
2004508726.tif 000017
2004508726.tif 000018