[发明专利]一种ALD辅助氮掺杂微纳铝粉制备多孔阳极铝箔的方法

说明书

本发明公开了一种ALD辅助氮掺杂微纳铝粉制备多孔阳极铝箔的方法，首先利用铝粉或铝合金粉末对铝箔进行涂覆处理，再通过ALD技术，辅以等离子体增强，以铝金属有机化合物作为前驱体，在电极箔表面沉积一层氮化铝，经过高温煅烧、阳极氧化、退火、补形成，制得氮掺杂的多孔阳极铝箔。利用该方法制备得到的电极箔具有较高的静电容量和击穿场强，具有较小的漏电流，对铝粉进行均匀掺氮，氮化铝在表面起到钝化作用，从而降低纳米或亚微米粉末氧化着火的风险，大大增加了电极箔储存、运输过程中的安全性。

技术领域

本发明属于铝电解电容器领域，涉及一种ALD辅助氮掺杂微纳铝粉制备多孔阳极铝箔的方法。

背景技术

电解电容器被广泛应用于消费电子、资讯产业、汽车电子等诸多领域，目前常用的电解电容器主要有钽电解电容器和铝电解电容器。铝电解电容器具有体积比容量大和单位容量成本低的优势。铝电解电容器主要由阳极箔、阴极箔、电解质和电解纸组成。阳极箔通常是采用电化学腐蚀法制备得到的多孔腐蚀铝箔，再经过阳极氧化工序在腐蚀铝箔表面生长一层纳米级的氧化铝膜，从而发挥其介电性能。但采用电化学腐蚀法必须使用含有盐酸、硫酸、磷酸、硝酸等的腐蚀液，给环境带来巨大负荷，腐蚀液后处理时在工序和经济上有较大的负担，因此希望开发一种摒弃电化学腐蚀的多孔铝箔的制造方法。

根据文献调研，在专利文献CN103563028A中提出了一种电解电容器用电极箔，其特征是在铝基材上具有单面或双面的铝粉烧结体，而不需要电化学腐蚀处理。在专利文献CN103688327A中提出了一种电解电容器电极材料，特点是具有铝基底和粉末烧结体，烧结体是由铝或铝合金的粉末构成的被膜压制后烧结得到的。在专利文献CN104919552A中提出了一种在铝基材上附上一层含有铝粉的膏状物，对这层膏状物烧结，得到电解电容器用的多孔铝箔。

在上述工艺中，为了得到高比容的电极箔需要使用粒径更小的铝粉烧结，从而增大电极箔的比表面积，但粒径小的铝粉具有更大的表面能，从而容易熔合并将空隙填充，致使电极箔的比表面积下降。同时，铝粉熔合问题限制了烧结温度，烧结温度过高也会使得铝粉熔化并填充电极箔的孔隙，但是烧结温度过低会导致铝粉熔化不充分，铝粉颗粒之间连接不紧密，导致烧结颈在后续加工中发生断裂，从而无法发挥介电性能，最终使得电容量下降甚至掉粉。此外，低温下涂覆工序中添加的粘接剂难以被完全除去，从而产生杂质，增大了电容器的漏电流。

在专利文献CN105393320A中提出了一种铝电解电容器电极材料改进方法，其特征是具有经将铝及铝合金粉末和电绝缘粒子一同烧结的烧结层，使其在用于低压电解电容器时仍有较高的静定容量。但添加了过量绝缘粒子会导致电极箔难以烧结成形，此外绝缘粒子需要与铝粉和粘接剂一同混合涂敷在铝基材上，对涂覆工艺和掺杂比例均有严苛的要求，否则会影响铝粉在铝材上的附着力，导致电极箔掉粉。

原子层沉积技术是一种精准制备微纳薄膜，通过将前驱体脉冲交替地通入反应器并在基体上化学吸附，再反应而形成沉积膜的一种技术。

AlR₃+3NH₃(plasma)→AlN+3RH(1)R＝-X(卤素),-C_nH_2n+1

原子层沉积具有在大面积、复杂多孔表面的高保形性，能在原子尺度实现精确控制并且重复性高，构成的薄膜兼具均匀性和致密性的优点。此外，在原子层沉积过程中加入等离子体可以实现低温氮化物薄膜的制备，进一步提高反应物的活性。当前，还未见将原子层沉积技术与铝粉烧结、阳极氧化处理相结合制备铝电解电容器用的阳极铝箔的相关报道。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种ALD辅助氮掺杂微纳铝粉制备多孔阳极铝箔的方法，以解决上述现有技术中存在的问题：(1) 大粒径铝粉不易烧结；(2)小粒径铝粉在熔合过程中导致电极箔的比表面积下降； (3)铝粉颗粒之间、铝粉与铝基材之间的连接不紧密导致电极箔的电容量下降甚至掉粉。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：