鋁/碳複合材料界面結合狀態及結構研究

《鋁/碳複合材料界面結合狀態及結構研究》是依託中南大學，由李薦擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：鋁/碳複合材料界面結合狀態及結構研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：李薦
• 依託單位：中南大學

項目摘要

電解電容器是一種重要的電子元器件，固體高分子電解電容器是鋁電解電容器的發展趨勢，鋁/碳複合箔是固體高分子電解電容器的核心關鍵材料。目前鋁/碳複合箔只有日本一家企業能夠生產，該材料已成為制約我國的電解電容器產業發展的瓶頸。我國許多單位正在加緊研究。通過在鋁箔表面塗覆碳塗層並使之形成冶金結合而製備的鋁/碳複合箔可以有效降低電解電容器電極與電解質材料界面電阻，提高親合力和表面積，從而大幅度降低器件的內阻。本項目擬採用電子探針、高分辨掃描電鏡、透射電鏡等手段，深入研究鋁/碳界面形成冶金結合的機理與結構，為鋁/碳複合箔的研究和生產提供理論基礎及技術支持。

結題摘要

C/Al複合箔是固體鋁電解電容器的核心原材料之一。C/Al複合箔生產技術由日本東洋鋁株式會社、日本蓄電器工業株式會社率先開發，並分別壟斷烴類氣體化學氣相沉積和物理氣相沉積兩大工藝路線的技術產權，對我國C/Al複合箔產業的發展不利。本項目創新性的通過“塗布含碳漿料+熱處理”的工藝路線製備出形成冶金結合的C/Al複合箔，打破了目前日本同類產品必須使用易燃易爆的烴類氣氛的技術桎梏，並深入研究製備的C/Al複合箔中碳層結構特徵、鋁/碳界面結構和界面反應機理，及其結構特性對固態鋁電解電容器性能的影響規律，得出的關鍵性結論包括：（1）在鋁箔表面塗布含導電碳和有機碳前驅體的塗層，再在560-580℃下熱處理可制出生成Al4C3相的冶金結合C/Al複合箔， Al4C3相的含量隨著溫度的上升和時間延長而增加，生成位置主要在界面和鋁箔基體內，足夠的有機物原位裂解產生的高活性含碳氣氛是其產生所必須的條件；（2）製成的C/Al複合箔中，碳層中的CNT和原位生成的熱解碳PyC相互影響，碳層的碳結構類型不同於任一單組分，CNT和PyC界面結合良好，可觀測到CNT/PyC的共格結合界面；鋁箔基體表面的氧化膜向碳層方向存在顯著擴散，且參與和碳層的反應生成Al4O4C相； C/Al複合箔的電阻隨著熱處理的溫度上升呈指數級下降，主要影響因素包括碳層的碳化程度、氧化膜減薄以及鋁箔/碳層間的界面反應；其機械性能在熱處理溫度400-580°C範圍內受溫度影響不大；（3）製備C/Al複合箔過程中在高溫熱處理前進行300°C-3min固化處理會使碳層的表面形貌從多孔結構變成緻密蠟狀結構，但物相組成、電性能和機械性能基本不變；（4）電容器容量Cap.的主要影響因素為C/Al複合箔的界面上鋁氧化膜的破壞狀態，C/Al複合箔的熱處理條件480°C-10h以下鋁箔表面氧化膜破壞程度不完全，電容器容量Cap.較低， 530°C-10h以上氧化膜被完全破壞，容量Cap.不再隨溫度變化；電容器ESR隨熱處理溫度的上升而降低，530°C以上下降幅度逐漸變小，580°C-10h為實驗得出的最佳條件；（5）電容器Cap.不受C/Al複合箔的碳層表面粗糙程度影響。