专利名称：高比表面积铝材的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种铝材的制作方法，尤其涉及一种高比表面积铝材的制作方法。
背景技术：
与电化学相关的电子组件相当广泛地运用于各种领域，例如电池是利用电化学反应来达到电荷放电或重复电荷充电/放电的运作，因而被使用为各种电子机器的电源供应。另外，电解电容器(capacitor)是能够储存电荷的组件，电容器可以瞬间进行储电及放电，而在应用上，电容器主要是作为阻绝直流、耦合交流、滤波、调谐、相移、储存能量、 作为旁路、耦合电路、喇叭系统的网络等等，甚至也被应用于相机中的闪光灯等储电/放电用途。而在上述组件中，均需要以大面积的电极结构来提高组件的整体特性。以电解电容器为例，阳极电极与阴极电极均为铝箔所制作，而在电极制作过程中，高纯度的铝箔需经过电蚀或化学腐蚀的方式在铝箔上制作出不平整的表面，藉以提高铝箔表面积，并增加电容器的相对电容量；换言之，电解电容器可经由蚀刻方法而扩大电极的表面积，而近年则有业者开发出将碳粉末附着于铝箔的表面上而扩大电极表面积的技术。但是，采用上述做法所获得的批覆有碳粉末的铝材，由于碳粉末与铝材表面之间的密接性并不佳。因此，当此种接合不良的电极应用在二次电池或电容器时，二次电池或电容器的充电与放电过程中，可能会造成碳粉末从铝材表面上剥离的现象的情况。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高比表面积铝材的制作方法，可提高铝基材与活化层之间的密接性。本发明所制作的铝材可藉由活化层的粒子而具有高比表面积，故当本发明的铝材制作为电极结构时，可提供较多的反应面积及与其它材料的接着面积，故可形成高效能的电极结构。本发明的技术方案如下
本发明提供一种高比表面积铝材的制作方法，包含以下步骤提供一铝基材；将材质为铝及铝化合物的至少其中之一的粒子附着于该铝基材的表面；以及成型连接结构于该些粒子之间或者该些粒子与该铝基材的表面之间。本发明的有益技术效果是
本发明可利用活化层中的粒子产生相当高的表面积，以有助于提升此一铝材的导电度，故本发明的高比表面积铝材可用于制作出高电性特性的电极结构；另一方面，利用前述的电极结构所制作的组件可因电极结构的特性而具有较佳的电特性，例如具有高充放电效率等优势。
图1是按照本发明方法所制作的第一实施例的高比表面积铝材的示意图。图2是按照本发明方法所制作的第二实施例的高比表面积铝材的示意图。图3是本发明高比表面积铝材的制作方法的流程图。附图符号说明
1铝基材
2活化层
21粒子
22连接结构。
具体实施例方式为使能更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而此等附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。本发明提出一种高比表面积铝材的制作方法，按照本发明方法所制作的高比表面积铝材，其主要在铝基材制作出一层以上由铝粒子或/及铝化合物粒子所组成的结构，该结构可具有高比表面积，其可应用于导电电极，而提高电极的反应面积，藉以提高具有上述电极的组件的特性。如图1所示，其为本发明所制作的高比表面积铝材的一种实施例，其中，铝基材1 的一个表面上成型有多个粒子21，所述粒子21可层迭形成一活化层2，活化层2可用于提高铝材的整体表面积，以提高其所应用的电性组件的特性。另外，粒子21与粒子21之间或 /及粒子21与铝基材1之间更可形成连接结构22，连接结构22可为由粒子21表面所延伸成型以连接于其它粒子21或铝基材1的结构，而连接结构22亦可进一步地提升铝材的表面积，更可加强活化层2本身的密着性及铝基材1与活化层2之间的接合强度。请参考图3，以下将说明本发明的高比表面积铝材的制作方法的步骤
步骤(一)提供铝基材1。本发明的铝基材1并无特别限定，可使用纯铝或铝合金，而所述铝基材1的铝含量根据欧盟统一标准「EN 576-1995」记载的方法所测定值为铝含量 99%以上者为佳。本发明所用的铝基材1的组成是将铅(Pb)、硅(Si)、铁(Fe)、铜(Cu)、锰 (Mn)、镁(Mg)、铬(Cr)、锌(Zn)、钛(Ti)、钒(V)、镓(( )、镍(Ni)及硼(B)的至少1种元素在必要范围内添加而成的铝合金；又，铝基材1的厚度并无特别限定，若为铝箔则为5μπι以上、200 μ m以下，若为铝板则为200 μ m以上、3mm以下的范围内为佳。而上述的铝基材1可使用以任何公知方法所制造。例如，调整具有指定组成的熔融态的铝或铝合金，将其铸造所得的铸块予以适切地均质化处理，其后，对此铸块施以热轧和冷轧，则可取得所需要的铝材。另外，在上述冷轧步骤中，可施以150°C以上、400°C以下范围的退火处理。步骤(二):将粒子21附着于铝基材1的表面。在本步骤中主要将铝及铝化合物的至少其中之一的粒子21批覆成型于铝基材1的表面，以形成所述活化层2，而本步骤所使用的方法可至少包括物理方法及化学方法，其中物理方法又称蒸发-冷凝法，其原理是在高真空环境下和低压的惰性气体(如氩气、氦气)中，藉由蒸发源的加热作用使铝块蒸发汽化， 然后在铝基材1的表面冷凝沉积出所述粒子21。另外，蒸发-冷凝法又可根据机台的设计分成雷射-感应加热法、电浆加热法、电子束辐射法等等。
以雷射-感应加热法在铝基材1的表面沉积铝材质的粒子21的具体做法，首先将铝原料用感应加热使其温度上升至融化或更高的温度，接着导入雷射，利用雷射产生能量的输入而使熔融状的铝原料在真空或低压保护性气氛条件下产生蒸发，并使其以粒子状沉积在铝基材1的表面，而以上述方法可制作2至50nm的铝的粒子21于铝基材1的表面。另一方面，化学方法可包括气相化学反应法、固相化学反应法、热分解法、液相化学反应法、燃烧合成法等等。以气相化学反应法在铝基材1的表面上备制氮化铝(AlN)的粒子21为例，可利用以下反应式
在900至1500K的温度下进行反应，即可在铝基材1的表面上备制氮化铝(AlN)的粒子21;或是利用以下反应式
AhO^,, + :V—, + JC,;,,2,Ι/Λ·,,., + 3CO r,
在1300至2000K (较佳在1500至2000K)的温度下进行反应，以在铝基材1的表面上备制氮化铝的粒子21。再一方面，本步骤中亦可采用物理方法中的物理气相沉积系统制作氮化铝钛 (TiAlN)的粒子21所形成的活化层2，在一具体实施例中，本发明是采用阴极电弧沉积法沉积氮化铝钛的粒子21，其原理在于利用引弧器在靶源附近引发阴极电弧，在高真空环境中以高电流、低电压产生辉光放电，而在靶材表面形成阴极弧点的坑洞。由于阴极弧点产生后所形成的局部高温、高压与爆炸现象，使靶材表面形成微坑洞的熔池，因而释放出靶材微粒，而微粒的尺寸是由电弧电流、气体组成及压力所决定，在本实施例中，靶材选用50% Ti-50% Al，靶材电流为50至100安培，腔体压力0. 1至0. 3Pa，通入气体为氩气与氮气，即可将直径约25um的氮化铝钛的粒子21可由阴极源喷出，而沉积在铝基材1的表面。综上所述，本步骤主要是将铝的粒子21及/或铝化合物(如氮化铝、氮化铝钛或其它铝金属化合物等)的粒子21成型在铝基材1的表面，而上述方法均为举例说明之用，并非用于限制本发明，且铝及/或铝化合物的粒子21可采用任何可行的技术成型于铝基材1 上，而不受上述实施例的限制。步骤(三)成型连接结构22于粒子21与粒子21之间或者粒子21与铝基材1的表面之间。在此步骤中主要是成长连接结构22，值得说明的是，连接结构22可于步骤(二) 中一并进行，但为了方便说明而以步骤(三)另外进行具体阐述。而所述连接结构22即为晶须(或称晶须，whisker)或晶须与微颗粒的混合物，晶须是在一定条件下以单晶结构形式生成的尺寸细小的短纤维，因其直径极小，故晶须中的缺陷少，强度接近材料原子间键合力的理论值，一般可达到104 MPa以上，而本发明主要是在粒子21与粒子21之间或者粒子21 与铝基材1的表面之间形成铝须(aluminum whisker)及铝氮混合物的晶须的混合物以为所述连接结构22。在此步骤中，可采用高温的方式使粒子21表面长出所述铝须，而铝须的位置可能形成在粒子21与粒子21之间或者粒子21与铝基材1的表面之间，故可提高整体的接着强度。所述铝氮化合物的晶须是指氮化铝或其它混合比例的氮/铝的混合物。具体而言，本发明的铝须可依活化层2的粒子21的材质而不同，在一具体实施例中，活化层2的粒子21是为氮化铝材质，故连接结构22即为氮化铝晶须，而在具体的步骤中，可采用碳热还原法制作出氮化铝晶须，或者利用再结晶方法在普通氮气的气氛下亦可制作出氮化铝晶须。而如同前述，本发明亦可将步骤(二)、(三)加以整合，例如以铝粉自蔓延高温合成法(self-propagating high temperature synthesis，SHS)直接在Ig基材 1 的表面上帝(H乍出同时具有氮化铝晶须与氮化铝的粒子21的活化层2。因此，藉由上述步骤，本发明即可制作出由铝基材1与活化层2所构成的高比表面积铝材，而活化层2的厚度可随着应用领域的不同而改变，例如活化层2的厚度可由2奈米 (nm)至数个厘米(mm)。而本发明的高比表面积铝材较佳地可应用于电极结构，例如电容器的电极结构， 所述电容器则可为双层电容器、铝电解电容器、固态电解电容器等等，而本发明的高比表面积铝材可有效提高电容器的电容量特性、内部电阻特性、充放电特性、使用寿命等。而在应用于电容器的电极结构中，本发明的高比表面积铝材的活化层2的厚度可选用2奈米(nm) 至数个微米(um)以符合固态电解电容器的使用；或者活化层2的厚度可选用数个微米至数个厘米以符合超级电容器的使用。又，本发明的高比表面积铝材较佳地可应用于电极结构，例如电化学电池的电极结构，所述电化学电池可为锂离子电池等的电解电池，而本发明的高比表面积铝材可有效提高电池的容量特性、内部电阻特性、充放电特性、使用寿命等。另一方面，如图2所示的发明所制作的高比表面积铝材的第二实施例，其中铝基材1的上下两表面(即双面)均成型有所述活化层2，而相关的制造方法可参考前文内容，在此不予赘述。综上所述，本发明至少具有以下优点
1、本发明所制作的高比表面积铝材可利用活化层中的粒子产生相当高的表面积，且有助于提升此一铝材的导电度，故利用本发明的高比表面积铝材可制作出高电性特性的电极结构。2、本发明所制作的高比表面积铝材具有高的表面积，故当应用于电容器时，高比表面积铝材所制作的电极与高分子材料之间就可以形成高强度的接着性，因此可提高组件的特性与可靠性。以上所述仅为本发明的较佳可行实施例，非因此局限本发明的专利范围，故举凡运用本发明说明书及附图内容所为的等效技术变化，均包含于本发明的范围内。
权利要求
1.一种高比表面积铝材的制作方法，其特征在于包含以下步骤提供一铝基材；将材质为铝及铝化合物的至少其中之一的粒子附着于该铝基材的表面；以及成型连接结构于该些粒子之间或者该些粒子与该铝基材的表面之间。
2.如权利要求1所述的高比表面积铝材的制作方法，其特征在于其中在将材质为铝及铝化合物的至少其中之一的粒子附着于该铝基材的表面的步骤中，是利用物理方法或化学方法成型该些粒子。
3.如权利要求2所述的高比表面积铝材的制作方法，其特征在于其中所述的物理方法为雷射-感应加热法、电浆加热法或电子束辐射法，所述的化学方法为气相化学反应法、 固相化学反应法、热分解法、液相化学反应法或燃烧合成法。
4.如权利要求2所述的高比表面积铝材的制作方法，其特征在于其中所述铝化合物为氮化铝或氮化铝钛，或者所述铝化合物是为铝的金属化合物。
5.如权利要求2所述的高比表面积铝材的制作方法，其特征在于其中该些粒子是沉积于该铝基材的单面或双面。
6.如权利要求1所述的高比表面积铝材的制作方法，其特征在于其中在成型连接结构的步骤中，所述连接结构为晶须或者微颗粒和晶须的混合物。
7.如权利要求1所述的高比表面积铝材的制作方法，其特征在于其中在成型连接结构的步骤中，所述连接结构为铝须及铝氮混合物晶须的混合物。
8.如权利要求6或7所述的高比表面积铝材的制作方法，其特征在于其中所述连接结构选择性地成长于该些粒子之间或是该些粒子与该铝基材的表面之间。
全文摘要
本发明提供一种高比表面积铝材的制作方法，其步骤包括提供一铝基材；将材质为铝及铝化合物的至少其中之一的粒子附着于该铝基材的表面；以及成型连接结构于该些粒子之间或者该些粒子与该铝基材的表面之间。本发明可利用活化层中的粒子产生相当高的表面积，以有助于提升此一铝材的导电度，故本发明的高比表面积铝材可用于制作出高电性特性的电极结构；另一方面，利用前述的电极结构所制作的组件可因电极结构的特性而具有较佳的电特性，例如具有高充放电效率等优势。
文档编号H01G9/045GK102376377SQ201110322910
公开日2012年3月14日 申请日期2011年10月21日 优先权日2011年9月21日
发明者郑敦仁, 陈明宗 申请人:钰邦电子(无锡)有限公司