TWI428472B - 塗覆有碳之鋁材及其製造方法 - Google Patents

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Toyo Aluminium Kk
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Description

塗覆有碳之鋁材及其製造方法
本發明係關於一般將鋁材表面利用碳被覆的塗覆有碳之鋁材及其製造方法，特定而言，係關於各種電容器的電極、集電體、或各種電池的集電體、電極等所使用的塗覆有碳之鋁材及其製造方法。
自習知起，當將鋁材直接使用為電極或集電體等的材料時，係將在鋁材表面所形成的氧化被膜鈍態化，結果導致表面導電性降低，而有絕緣化的問題。為解決該問題，便有採取藉由在鋁材表面上施行碳塗佈，而改善表面導電性的手法。
例如對鋁材表面賦予碳的方法，係有將含有黏結劑的碳依濕式塗佈於鋁材表面的方法，或如日本專利特開2000－164466號公報所記載，利用真空蒸鍍法在鋁材表面上形成碳膜的方法。另外，日本專利特開2000－164466號公報所記載的電容器或電極所使用電極之製造方法，係在由鋁所形成的集電體上，設置碳中間膜，更在上面被覆活性物質層的方法。
再者，例如日本專利特開2004－207117號公報揭示，為能獲得與電極活性物質間之密接性較高，且與電極活性物質間之接觸電阻值較低的集電體用鋁箔，便利用含有氫氟酸的酸性溶液對鋁箔表面施行洗淨而施行前處理。
再者，例如日本專利特開2005－191423號公報提案，電 極層與鋁蝕刻箔集電體間之密接性優異的雙電荷層電容器用電極，係在鋁蝕刻箔集電體與含碳電極層之間設置含氟底塗層。
然而，該等製造方法係有就被覆碳與鋁材間之密接性尚嫌不足，不僅黏結劑本身對熱呈不安定，且僅靠黏結劑的存在會導致內部電阻提高的問題。
所以，為能解決該等問題，在國際公開第WO2004/087984號公報中記載使含碳物質附著於鋁材表面之後，再於含有含烴物質的空間中施行加熱，而在鋁材表面上形成含碳層，利用鋁材與含碳層之間所形成的鋁之碳化物，而提高含碳層與鋁材間之密接性。
另外，在國際公開第W02004/087984號公報中，針對供形成含碳層用之基材所使用的鋁材，僅描述最好鋁純度為根據「JIS H2111」所記載方法的測定值達98質量%以上而已，並無進一步的詳細敘述。
最近，對電容器或電池，係特別要求在嚴苛環境下的品質安定性。因應該項要求，構成電容器的電極、或構成電池的集電體，便必須即使長期暴露於高溫且高濕環境中，仍可維持初期特性。
國際公開第WO2004/087984號公報所記載的碳被覆鋁，具有提高含碳層與鋁材間之密接性的效果。
然而，隨塗覆有碳之鋁材使用範圍的擴大，係要求長期 間仍可維持含碳層與鋁材間之高密接性，且必須更進一步改善特性。
緣是，本發明之目的在於提供能長期間維持含碳層與鋁材間之密接性的塗覆有碳之鋁材及其製造方法。
本發明者經深入鑽研的結果，發現使含碳物質附著於鋁材表面之後，藉由在含有含烴物質的空間中施行加熱，當在鋁材表面上形成含碳層時，在鋁材與含碳層之間所形成鋁之碳化物的形成行為會受基材的鋁材本身組成頗大的影響。即，本發明者發現藉由將基材的鋁材本身組成最佳化，可提升含碳層與鋁材表面間之密接性，結果相較於習知塗覆有碳之鋁材，可更長期間安定地維持密接性。此外，本發明者發現若在鋁材與含碳層之間所形成鋁的碳化物生成量達某特定量以上，便可更確實地提高鋁材與含碳層間之密接性，且相較於習知塗覆有碳之鋁材，可更長期間安定地維持密接性。根據此種發明者的發現而完成本發明。
依照本發明的塗覆有碳之鋁材，係具備有：鋁材；在該鋁材表面上所形成的含碳層；以及形成於鋁材與含碳層之間，且含有鋁元素與碳元素的介在層。介在層係包含有形成於鋁材表面之至少一部分的區域，且含有鋁之碳化物的第1表面部分。含碳層係含有依從第1表面部分起朝外側延伸之方式所形成的第2表面部分。含碳層係更進一步含有含碳粒子。第2表面部分係形成於第1表面部分與含碳 粒子之間，且含有鋁之碳化物。鋁材中，鋁含有量係99.6質量%以上，鉛(Pb)含有量係10質量ppm以下，鎂(Mg)含有量係10質量ppm以下。
本發明的塗覆有碳之鋁材中，在鋁材與含碳層之間所形成，並含有鋁元素與碳元素的介在層，具有提高鋁材與含碳層間之密接性的作用。介在層係包含有形成於鋁材表面之至少一部分的區域，且含有鋁之碳化物的第1表面部分。在含鋁之碳化物的第1表面部分與碳粒子之間所形成的第2表面部分中所含有的鋁之碳化物，亦具有提高鋁材與含碳層間之密接性的作用
該等鋁之碳化物的生成量係受當作基材使用鋁材的純度與不純物量之影響。即，有不純物量越增加則鋁之碳化物的生成量越少的傾向，結果，含碳層與鋁材表面間之密接性的提升程度便降低。此外，尤其係鋁中如鉛與鎂之類的元素，在加熱時會集中於表層，因而對鋁之碳化物的生成造成影響。
所以，當作基材使用的鋁材，藉由將鋁含有量限定在99.6質量%以上、將鉛含有量限定在10質量ppm以下、將鎂含有量限定在10質量ppm以下，便可增加上述鋁之碳化物的生成量，結果可更加提升含碳層與鋁材表面間之密接性。藉此，可長期間維持含碳層與鋁材間之密接性。
若鋁含有量未滿99.6質量%，使鋁材與含碳層固接的鋁之碳化物的生成量會減少，導致含碳層與鋁材間之密接性降低。
再者，本發明塗覆有碳之鋁材之製造方法中，若對Pb或Mg含有量超過10質量ppm的鋁材，依450℃以上溫度施行加熱處理，二元素會因熱擴散而濃縮於鋁材表面附近。由該等元素所形成的濃縮層會抑制鋁之碳化物的生成量，因而導致含碳層與鋁材間之密接性降低。
本發明塗覆有碳之鋁材中，鋁材最好鐵(Fe)含有量達5質量ppm以上、矽(Si)含有量達5質量ppm以上。
Fe或Si含有量未滿5質量ppm的鋁材，即使常溫下仍容易引發再結晶情形。所以，板軋延或箔軋延無法獲得必要的既定強度，無法實質的施行鋁材軋延。結果難以獲得電極或集電體基材的鋁箔等板材。
再者，本發明塗覆有碳之鋁材，在鋁材中，最好鈷(Co)、鈹(Be)、銦(In)、錫(Sn)、鋰(Li)、鈉(Na)及鉍(Bi)等元素的各自含有量分別在10質量ppm以下，且該等元素的合計含有量在20質量ppm以下。
本發明塗覆有碳之鋁材之製造方法中，若對Co、Be、In、Sn、Li、Na及Bi等元素的各自含有量超過10質量ppm的鋁材，依450℃以上的溫度施行加熱處理，各元素會因熱擴散而濃縮於鋁材表面附近。因該元素所形成的濃縮層會抑制鋁之碳化物的生成量，結果會導致含碳層與鋁材間之密接性降低。此外，即使對該等元素合計含有量超過20質量ppm的鋁材依450℃以上的溫度施行加熱處理，仍會發生各元素濃縮於表面附近，導致鋁之碳化物生成量減少，因而含碳層與鋁材間之密接性降低。
再者，本發明的塗覆有碳之鋁材，在上述第1與第2表面部分中所含的鋁之碳化物生成量，最好在0.030mg/cm2 以上。
若上述第1與第2表面部分中所含的鋁之碳化物生成量達0.030mg/cm2 以上，便可更加確實提高鋁材與含碳層間之密接性，且相較於習知塗覆有碳之鋁材，可更長期間安定地維持密接性。若第1表面部分的碳化物生成量增加，便可提升第1表面部分與含碳層間的密接性。此外，若第1表面部分的碳化物生成量增加，則第2表面部分的形成量增加，含碳層內除第2表面部分以外的部分與第2表面部分間之密接性可獲提升，因而在第1表面部分的表面附近所存在含碳層與第1表面部分間之密接性、以及在第2表面部分附近所存在含碳層內除第2表面部分以外的部分與第2表面部分間之密接性，可同時獲提升。
具有依照本發明上述任一特徵的塗覆有碳之鋁材，最好使用於構成電極構造體用途。
上述電極構造體最好使用於構成電容器的電極或集電體用途。藉此，可提高電容器的充放電特性、壽命。電容器係有如雙電荷層電容器等。
再者，上述電極構造體最好使用於構成電池之集電體或電極用途。藉此，可提高電池的充放電特性、壽命。電池係有如鋰離子電池等二次電池。
依照本發明的塗覆有碳之鋁材之製造方法係包括有以下的步驟： (A)藉由在鋁含有量99.6質量%以上、鉛含有量10質量ppm以下、鎂含有量10質量ppm以下的鋁材表面上，附著含有含碳粒子之含碳物質，而形成含碳物質附著層的步驟；(B)將鋁材與含碳物質附著層，配置於含烴物質的空間中，並施行加熱的步驟。
本發明的塗覆有碳之鋁材之製造方法中，將鋁材與含碳物質附著層施行加熱的步驟，最好依450℃以上、未滿640℃的溫度範圍實施。
如上述，根據本發明，因為可增加鋁之碳化物的生成量，因而可更加提升含碳層與鋁材表面間之密接性，可長期間維持含碳層與鋁材間之密接性。
以下，針對本發明的實施形態根據圖式進行說明。
圖1所示係本發明一實施形態，塗覆有碳之鋁材的詳細截面構造示意剖視圖。
如圖1所示，本發明一實施形態，根據塗覆有碳之鋁材的截面構造，係在鋁材一例的鋁箔1表面上形成含碳層2。在鋁箔1與含碳層2之間，係形成含有鋁元素與碳元素的介在層3。含碳層2係形成從鋁箔1表面朝外側延伸狀態。介在層3係形成於鋁箔1表面至少一部分的區域，且構成含有鋁之碳化物的第1表面部分。含碳層2係包括有從第1表面部分3朝外側，依纖維狀、單絲狀、板狀、 壁狀、或鱗片狀形態延伸形成的第2表面部分21。第2表面部分21係鋁元素與碳元素的化合物。此外，含碳層2係更進一步含有多數個碳粒子22。第2表面部分21係從第1表面部分3朝外側，依纖維狀、單絲狀、板狀、壁狀、或鱗片狀形態延伸，且形成於第1表面部分3與碳粒子22之間，並含有鋁之碳化物。
本發明的塗覆有碳之鋁材中，第2表面部分21係具有增加在鋁箔1表面上所形成含碳層2表面積的作用。此外，在鋁箔1與第2表面部分21間係形成含有鋁之碳化物的第1表面部分3，因而該第1表面部分3具有提高與使含碳層2表面積增加的第2表面部分21間之密接性作用。
使用為本發明塗覆有碳之鋁材的基材用鋁箔1，係鋁含有量在99.6質量%以上、鉛(Pb)含有量在10質量ppm以下、鎂(Mg)含有量在10質量ppm以下。
本發明的塗覆有碳之鋁材中，形成於鋁箔1與含碳層2之間且含有鋁元素與碳元素的介在層3，係具有提高鋁箔1與含碳層2間之密接性的作用。介在層3係包括有形成於鋁箔1表面之至少一部分的區域，且含有鋁之碳化物的第1表面部分3。在含有鋁之碳化物的第1表面部分3、與碳粒子22間所形成的第2表面部分21中，所含的鋁之碳化物，亦具有提高鋁箔1與含碳層2間之密接性的作用。
該等鋁之碳化物的生成量(即介在層的第1表面部分3、第2表面部分21之形成量、密度)，係受使用為基材 的鋁箔1之純度與不純物量影響。即，有不純物量越增加則鋁之碳化物生成量越少的傾向，結果造成含碳層2與鋁箔1表面間之密接性的提升程度降低。此外，尤其係鋁中的鉛與鎂之類元素，在加熱時會集中於表層，因而對鋁之碳化物的生成造成影響。
所以，藉由就使用為基材的鋁箔1中，將鋁含有量限定於99.6質量%以上、將鉛含有量限定於10質量ppm以下、將鎂含有量限定於10質量ppm以下，便可增加上述鋁之碳化物的生成量，即提高屬於介在層的第1表面部分3與第2表面部分21之形成量及密度，結果可更加提升含碳層2與鋁箔1表面間之密接性。藉此，可長期間維持含碳層2與鋁箔1間之密接性。
另外，一般藉由在鋁箔表面施行含碳物質塗佈，雖產生導電性，但是為能更進一步改善導電性，負責將含碳層2與鋁箔1固接作用的鋁之碳化物生成係不可或缺。即，鋁之碳化物的生成量增加可提高密接性，同時改善導電性。
若鋁之含有量未滿99.6質量%，則將鋁箔1與含碳層2固接的鋁之碳化物生成量會減少，導致含碳層2與鋁箔1間之密接性降低。
再者，本發明塗覆有碳之鋁材之製造方法中，若對Pb或Mg含有量超過10質量ppm的鋁箔1，依450℃以上溫度施行加熱處理，二元素會因熱擴散而濃縮於鋁箔1表面附近。因該等元素所產生的濃縮層將抑制鋁之碳化物的生成量，因而結果導致含碳層2與鋁箔1間之密接性降低。
本發明塗覆有碳之鋁材之一實施形態，在鋁箔1中，最好鐵(Fe)含有量達5質量ppm以上、矽(Si)含有量達5質量ppm以上。
Fe或Si含有量未滿5質量ppm的鋁材，即使常溫下仍較容易引發再結晶現象。所以，板軋延或箔軋延無法獲得必要的既定強度，無法實質的施行鋁材軋延。結果，難以獲得電極或集電體基材的鋁箔等板材。
再者，本發明塗覆有碳之鋁材的一實施形態，在鋁箔1中，最好鈷(Co)、鈹(Be)、銦(In)、錫(Sn)、鋰(Li)、鈉(Na)及鉍(Bi)等元素的各自含有量分別在10質量ppm以下，且該等元素的合計含有量在20質量ppm以下。
本發明塗覆有碳之鋁材之製造方法中，若對Co、Be、In、Sn、Li、Na及Bi等元素的各自含有量超過10質量ppm的鋁材1，依450℃以上的溫度施行加熱處理，各元素會因熱擴散而濃縮於鋁箔1表面附近。因該元素所形成的濃縮層會抑制鋁之碳化物的生成量，因而導致含碳層2與鋁箔1間之密接性降低。此外，即使對該等元素合計含有量超過20質量ppm的鋁箔1，依450℃以上的溫度施行加熱處理，仍會發生各元素濃縮於表面附近，導致鋁之碳化物生成量減少，因而使含碳層2與鋁箔1間之密接性降低。
再者，本發明的塗覆有碳之鋁材的一實施形態，在上述第1表面部分3與第2表面部分21中所含的鋁之碳化物生成量，最好在0.030mg/cm2 以上。尤以上述鋁之碳化物 的生成量在0.040mg/cm2 以上為佳。
若第1表面部分3與第2表面部分21中所含的鋁之碳化物生成量達0.030mg/cm2 以上，相較於習知塗覆有碳之鋁材，可更確實地提高鋁箔1與含碳層2間之密接性，且相較於習知塗覆有碳之鋁材，可更長期間安定地維持密接性。若第1表面部分3的碳化物生成量增加，可提升第1表面部分3與含碳層2間的密接性。此外，若第1表面部分3的碳化物生成量增加，第2表面部分21的形成量增加，含碳層2內除第2表面部分21以外的部分與第2表面部分21間之密接性可獲提升，因而在第1表面部分3的表面附近所存在含碳層2與第1表面部分3間之密接性、以及在第2表面部分21附近所存在含碳層2內除第2表面部分21以外的部分與第2表面部分21間之密接性可同時獲提升。
另外，本發明中，第1表面部分3與第2表面部分21中所含鋁之碳化物的生成量(mg/cm2 )，係可依照後述[鋁之碳化物的定量分析]所示方法進行計算。
具有依照本發明上述任一特徵的塗覆有碳之鋁材，最好使用於構成電極構造體用途。
上述電極構造體最好使用於供構成電容器的電極或集電體用。藉此，可提高電容器的充放電特性、壽命。電容器係有如雙電荷層電容器等。
再者，上述電極構造體最好使用於構成電池之集電體或電極用途。藉此，可提電池的充放電特性、壽命。電池係 有如鋰離子電池等二次電池。
依照本發明塗覆有碳之鋁材之製造方法的一實施形態，首先藉由在鋁含有量99.6質量%以上、鉛含有量10質量ppm以下、鎂含有量10質量ppm以下的鋁箔1表面上，附著含有含碳粒子之含碳物質，而形成含碳物質附著層。接著，將鋁箔1與含碳物質附著層配置於含烴物質的空間中，並施行加熱的步驟。藉由該加熱，在鋁箔1表面上形成含碳層2。
本發明的塗覆有碳之鋁材之製造方法中，將鋁箔1與含碳物質附著層施行加熱的步驟，最好依450℃以上、未滿640℃的溫度範圍實施。
再者，本發明塗覆有碳之鋁材中，含碳層2係只要至少形成於鋁箔1單面上便可，厚度最好在0.01 μm以上且10mm以下的範圍內。
本發明一實施形態中，形成含碳層2的基材之鋁材，並不僅侷限於鋁箔1，且鋁材厚度係就箔而言，最好設在5 μm以上且200 μm以下，就板而言，最好設定為超過200 μm且3mm以下的範圍內。
上述鋁材係可使用依照公知方法所製得物。例如調製具有上述既定組成的鋁熔液，將其施行鑄造而獲得鑄塊，再施行適當的均質化處理。然後，藉由對該鑄塊施行熱軋與冷軋，便可獲得鋁箔或鋁板。另外，上述冷軋步驟的中途，亦可依150℃以上、且400℃以下的範圍內施行中間退火處理。
本發明塗覆有碳之鋁材的製造方法一實施形態所使用之含烴物質的種類並無特別的限制。含烴物質的種類係可舉例如：甲烷、乙烷、丙烷、正丁烷、異丁烷及戊烷等石蠟系烴；乙烯、丙烯、丁烯及、丁二烯等烯烴系烴；乙炔等乙快系烴等，或者該等烴的衍生物。該等烴中，最好為甲烷、乙烷、丙烷等石蠟系烴，因為在對鋁材施行加熱的步驟中係形成氣體狀。尤以甲烷、乙烷及丙烷中之任一種烴為佳。烴更以甲烷為佳。
再者，含烴物質在本發明製造方法中可使用液體、氣體等任何狀態。含烴物質係僅要存在於鋁材所存在的空間中便可，可依任何方法導入於鋁材所配置的空間中。例如當含烴物質係氣體狀的情況(甲烷、乙烷、丙烷等)，只要對施行鋁材加熱處理的密閉空間中，單獨(或與非活性氣體一起)填充含烴物質便可。此外，當含烴物質係液體的情況，亦可依在該密閉空間中進行氣化的方式，單獨(或與非活性氣體一起)填充含烴物質。
在對鋁材施行加熱的步驟中，加熱環境的壓力並無特別的限制，可在常壓、減壓或加壓下實施。此外，壓力的調整係可在保持於某一定加熱溫度的期間、或升溫至某一定加熱溫度的升溫途中、或從某一定加熱溫度開始進行降溫途中等任何時點實施。
對鋁材施行加熱的空間中所導入含烴物質的重量比率並無特別的限制，通常相對鋁100重量份，依碳換算值計，最好在0.1重量份以上、且50重量份以下範圍內， 尤以0.5重量份以上、且30重量份以下範圍內為佳。
在對鋁材施行加熱的步驟中，加熱溫度係只要配合加熱對象物的鋁材組成等而適當設定便可，通常最好設定在450℃以上且未滿640℃範圍內實施，尤以在530℃以上且620℃以下範圍內實施為佳。但，本發明的製造方法中，並非排除依未滿450℃的溫度對鋁材施行加熱，而是只要依至少超過300℃的溫度對鋁材施行加熱便可。
加熱時間係依加熱溫度等因素而異，一般係設為1小時以上且100小時以下範圍內。
當加熱溫度達400℃以上時，最好將加熱環境中的氧濃度設為1.0體積%以下。若在加熱溫度達400℃以上的加熱環境中之氧濃度超過1.0體積%，鋁材表面的熱氧化被膜會肥大，將有導致鋁材表面電阻值增加的可能性。
再者，亦可在加熱處理前便對鋁材表面施行粗面化。粗面化方法並無特別的限制，將可使用諸如洗淨、蝕刻、研磨等周知技術。
本發明的製造方法中，在使鋁材表面附著含碳物質之後，係採取在含有含烴物質的空間中對鋁材施行加熱的步驟。此情況，在鋁材表面上所附著的含碳物質，係可使用活性碳纖維、活性碳纖布、活性碳纖維氈、活性碳粉末、墨汁、碳黑或石墨等中之任意者。此外，亦可適當地使用碳化矽素等碳化合物。附著方法係可使用諸如黏結劑、溶劑或水等，將上述含碳物質調製呈漿狀、液體狀或固體狀等之後，再施行塗佈、浸塗或熱壓接等，而附著於鋁材表 面上。在使含碳物質附著於鋁材表面上之後，亦可在施行加熱處理前，便依20℃以上、且300℃以下範圍內的溫度施行乾燥。
另外，本發明的製造方法中，當為使含碳物質附著於鋁材表面而使用黏結劑時，黏結劑係可適當地使用羧改質聚烯烴樹脂、醋酸乙烯酯樹脂、氯乙烯樹脂、氯乙烯醋酸酯共聚物樹脂、乙烯醇樹脂、氟乙烯樹脂、丙烯酸樹脂、聚酯樹脂、胺甲酸酯樹脂、環氧樹脂、尿素樹脂、酚樹脂、丙烯腈樹脂、硝化纖維素樹脂、石蠟、聚乙烯蠟等合成樹脂；蠟或焦油、及骨膠、漆蠟、松脂、蜜蠟等天然樹脂或蠟。該等黏結劑將依照各自的分子量、樹脂種類，而有在加熱時將揮發者、或將因熱分解而成為碳前驅物並殘留於含碳層中者。黏結劑係可利用有機溶劑等施行稀釋而調整黏性。
另外，本發明的塗覆有碳之鋁材，係可使用於二次電池的集電體與電極、雙電荷層電容器的電極與集電體，特別係鋰離子二次電池的集電體與電極、鋰離子電容器的電極與集電體等各種導電性構件。
(實施例)
依照以下的習知例1~2、實施例1~3、及比較例1~3，製得將鋁箔使用為基材的塗覆有碳之鋁材。
(習知例1)
在厚度50 μm、表1所示組成的鋁箔(JIS A－1050)雙面上施行含碳物質的塗佈，藉由依溫度100℃施行10分鐘 乾燥處理而附著。含碳物質的組成係對平均粒徑30nm的碳黑(三菱化學股份有限公司製#50)1重量份，添加丁醇1重量份。另外，此時的含碳物質附著，係調整為經乾燥後的厚度單面為1 μm狀態。然後，將已附著含碳物質的鋁箔在甲烷氣體環境中，依溫度550℃保持10小時而製得試料。
利用掃描式電子顯微鏡(倍率5000倍)觀察所獲得試料的表面。該掃描式電子顯微鏡照片係如圖2所示。
(習知例2)
除使用厚度50 μm、表1所示組成的鋁箔(JIS A－3003)之外，其餘均如同習知例1般的製得試料。
(實施例1－3、比較例1－3)
除使用表1所示組成的鋁箔之外，其餘均如同習知例1般的製得試料。
利用掃描式電子顯微鏡(倍率5000倍)觀察所獲得實施例2的試料表面。該掃描式電子顯微鏡照片係如圖3所示。
對習知例1~2、實施例1~3、及比較例1~3所獲得塗覆有碳之鋁材，就含碳層與鋁箔間之密接性、長期可靠度試驗、所生成鋁之碳化物的Al4 C3 分析結果，如表1所示。 另外，評估條件係如下。
[密接性]
利用黏貼法施行密接性評估。製作長100mm、寬10mm的方塊狀試料，在含碳層的表面壓抵具有長120mm、寬15mm黏合面的黏貼帶(住友3M股份有限公司製、商品名 「Scotch Tape」)後，再將黏貼帶撕開，並依照下式施行密接性的評估。
密接性(%)＝{撕開後的含碳層重量(mg)/撕開前的含碳層重量(mg)}×100
[長期可靠度試驗]
首先，將各試料在保持於溫度85℃、濕度85%的恆溫恆濕槽中保持12週。然後，馬上施行鹽酸剝落試驗，並依下述3階段施行含碳層與鋁箔間之剝落樣子的評估。
○：剝落時間達3分以上的情況△：剝落時間達1分以上、且未滿3分的情況×：剝落時間未滿1分的情況。
上述鹽酸剝落試驗係依如下述實施。
<鹽酸剝落試驗>
將長100mm、寬10mm的方塊狀試料浸漬於經保持於溫度80℃中的1莫耳鹽酸溶液中，並測定截至表面所附著的含碳層完全剝落為止之時間。
[鋁之碳化物的定量分析]
將雙面已形成含碳層的塗覆有碳之鋁材各試料(表面積10cm×10cm)，全量溶解於20%氫氧化鈉溶液中，並捕集所產生的氣體，使用具火焰離子化偵測器的高感度氣相色層分析儀施行定量分析。將所定量得的甲烷氣體量換算為鋁的碳化物(Al4 C3 )重量，再利用計算出平均單面面積的重量(mg/cm2 )而進行比較。
[表1]
由表1的結果得知，實施例1~3的塗覆有碳之鋁材，相較於比較例1~3、習知例1~2的塗覆有碳之鋁材，使用為基材的鋁箔，藉由鋁含有量達99.6質量%以上，且鉛含有量在10質量ppm以下、鎂含有量在10質量ppm以下便可增加鋁之碳化物的生成量，結果便可更加提高含碳層與鋁箔間之密接性，藉此，便可長期間維持長期可靠度，即可長期間維持含碳層與鋁箔間之密接性。
再者，為能更加提高含碳層與鋁箔間之密接性，長期間維持含碳層與鋁箔間之密接性，得知在鋁箔的第1與第2表面部分所形成鋁之碳化物生成量，係必須達0.030mg/cm2 以上的值。
再者，將圖2與圖3進行比較，圖3所示實施例2的塗覆有碳之鋁材表面，相較於圖2所示習知例1的塗覆有碳之鋁材表面，得知前者依纖維狀、單絲狀、板狀、壁狀、或鱗片狀形態，從鋁箔表面朝外側延伸部分的數量較多，且較為密集。若對應於圖1，就當作基材使用的鋁箔1，鋁含有量達99.6質量%以上、鉛含有量在10質量ppm以下、鎂含有量在10質量ppm以下的實施例2之塗覆有碳 之鋁材，將可增加鋁之碳化物生成量，即可增加屬於介在層的第1表面部分3與第2表面部分21的形成量與密度，且依纖維狀、單絲狀、板狀、壁狀、或鱗片狀形態，從鋁箔表面朝外側延伸部分的數量較多，且較密集，因而結果判斷將可更加提升含碳層2與鋁箔1表面間之密接性。
本次所揭示實施形態與實施例均僅止於例示而已，並非用以限制。本發明的範圍並非以上的實施形態與實施例，而是依申請專利範圍所示，舉凡在與申請專利範圍求具均等涵義與範籌內的所有修正與變化均涵蓋本案在內。
(產業上之可利用性)
依照本發明的塗覆有碳之鋁材，藉由使用於各種電容器的電極與集電體、各種電池的集電體與電極等，可提高電容器或電池的充放電特性、壽命。
1‧‧‧鋁箔
2‧‧‧含碳層
3‧‧‧介在層(第1表面部分)
21‧‧‧第2表面部分
22‧‧‧碳粒子
圖1為本發明一實施形態中，塗覆有碳之鋁材的詳細截面構造示意剖視圖。
圖2為習知例1的試料之掃描式電子顯微鏡照片。
圖3為實施例2的試料之掃描式電子顯微鏡照片。
1‧‧‧鋁箔
2‧‧‧含碳層
3‧‧‧介在層(第1表面部分)
21‧‧‧第2表面部分
22‧‧‧碳粒子

Claims (8)

  1. 一種塗覆有碳之鋁材，係具備有：鋁材；含碳層，其係形成於上述鋁材表面上；以及介在層，其係形成於上述鋁材與上述含碳層之間，且含有鋁元素與碳元素；上述介在層係包含形成於上述鋁材表面之至少一部分的區域，且含有鋁之碳化物的第1表面部分；上述含碳層係含有依從上述第1表面部分起朝外側延伸之方式所形成的第2表面部分；上述含碳層係更進一步含有含碳粒子，上述第2表面部分係形成於上述第1表面部分與上述含碳粒子之間，且含有鋁之碳化物；上述鋁材中，鋁之含有量係99.6質量%以上，鉛之含有量係1質量ppm以上且10質量ppm以下，鎂之含有量係2質量ppm以上且10質量ppm以下。
  2. 如申請專利範圍第1項之塗覆有碳之鋁材，其中，上述鋁材中，鐵含有量係5質量ppm以上，矽含有量係5質量ppm以上。
  3. 如申請專利範圍第1項之塗覆有碳之鋁材，其中，上述第1與第2表面部分中所含鋁之碳化物的生成量係0.030mg/cm2 以上。
  4. 如申請專利範圍第1項之塗覆有碳之鋁材，其中，該塗覆有碳之鋁材係供使用於構成電極構造體。
  5. 如申請專利範圍第4項之塗覆有碳之鋁材，其中，上述電極構造體係電容器的電極。
  6. 如申請專利範圍第4項之塗覆有碳之鋁材，其中，上述電極構造體係電池的集電體。
  7. 一種塗覆有碳之鋁材之製造方法，係包括有：藉由在鋁之含有量為99.6質量%以上、鉛之含有量為1質量ppm以上且10質量ppm以下、鎂之含有量為2質量ppm以上且10質量ppm以下的鋁材表面上，附著含有含碳粒子之含碳物質，而形成含碳物質附著層的步驟；以及將上述鋁材與上述含碳物質附著層配置於含有含烴物質的空間中，並施行加熱的步驟。
  8. 如申請專利範圍第7項之塗覆有碳之鋁材之製造方法，其中，將上述鋁材與上述含碳物質附著層施行加熱的步驟，係依450℃以上且未滿640℃的溫度範圍實施。
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