TW202230410A

TW202230410A - 電極結構材料及製備電極結構材料的方法、電解電容器

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Publication number: TW202230410A
Application number: TW110106696A
Authority: TW
Inventors: 胡三元; 肖遠龍; 何鳳榮; 周政; 李向東
Original assignee: 大陸商東莞東陽光科研發有限公司; 大陸商乳源瑤族自治縣東陽光化成箔有限公司
Priority date: 2020-04-10
Filing date: 2021-02-25
Publication date: 2022-08-01
Also published as: CN113035572B; JP2021168384A; JP7357656B2; CN113035572A

Abstract

本發明提出了電極結構材料及製備電極結構材料的方法、電解電容器。該方法包括：提供基材，並將所述基材置於可移動的操作臺上；利用雷射將熔爐內的金屬原料熔融形成金屬熔體，所述熔爐底部具有漏嘴，所述漏嘴位於所述基材的上方，並令金屬熔體連續沉積至所述基材上；當所述金屬熔體與所述基材接觸之後，按照預定軌跡移動所述操作臺，以在所述基材上形成金屬纖維形成的纖維層，其中，調節所述漏嘴的內徑以及移動所述操作臺的速度可令所述金屬纖維的直徑D滿足0.1 μm ≤ D ≤ 20 μm。該方法可簡便快速地獲得電極結構材料，且該電極結構材料製成化成箔後具有較好的折彎強度和較大的比容量，適於製備電解電容器的陽極。

Description

電極結構材料及製備電極結構材料的方法、電解電容器

本發明涉及材料領域，具體地，涉及電極結構材料及製備電極結構材料的方法、電解電容器。

電解電容器由於性能獨特被廣泛應用於消費類電子產品中。近年來為適應電子產品集成化的需求，小型化、高容量和低成本成為了電解電容器的主要發展方向。由此，要求電解電容器具有較好的機械性能和較大的比容量。陽極箔為電解電容器的關鍵性原料，為適應電解電容器的上述性能要求，要求陽極箔也需要具備較高的比容量和較好的折彎強度。目前形成陽極箔的方法主要有電化學腐蝕技術和粉末層積技術。

然而，目前的電極結構材料及製備電極結構材料的方法、電解電容器仍有待改進。

本申請是基於發明人對以下事實和問題的發現和認識而做出的：

目前應用於電解電容器的化成箔多是通過對平面的金屬基體進行處理而獲得的。具體地，電化學腐蝕技術是在含氯高溫酸性電解液中對鋁箔施加直流電，從而在鋁箔表面形成大量隧道孔。因此，為了獲得高比容的腐蝕化成箔，電解腐蝕需要在較低溫度和較長時間下進行，這就導致電極箔的折彎強度不高，難以滿足小型化需求。並且，電化學腐蝕產生的酸性廢液如硫酸、鹽酸和硝酸等的處理難度大，增加了環保成本。此外，電化學腐蝕技術對金屬基體的種類也有一定要求，目前的電化學腐蝕技術主要以鋁箔為主，難以生產鉭、鈮等貴金屬電解電容器。而粉末層積技術在金屬載體上塗布金屬粉末後再進行燒結形成層積電極箔，因此層積箔對金屬粉末（粒徑分佈、粉末形狀）和燒結技術要求很高。現有設備很難得到粒徑均一的粉末，且燒結過程中會產生較多VOC氣體。另外，金屬粉末以顆粒形式堆積，化成後容易龜裂，導致電極箔折彎強度低。因此，如能夠開發一種新的能夠保持高的折彎強度和高比容的化成箔電極結構和製備方法，則將有利於緩解甚至解決上述問題。

本發明旨在至少一定程度上解決以上相關技術中的技術問題之一。為此，本發明提出一種製備電極結構材料的方法。該方法包括：提供基材，並將所述基材置於可移動的操作臺上；利用雷射將熔爐內的金屬原料熔融形成金屬熔體，所述熔爐底部具有漏嘴，所述漏嘴位於所述基材的上方，並令金屬熔體連續沉積至所述基材上；當所述金屬熔體與所述基材接觸之後，按照預定軌跡移動所述操作臺，以在所述基材上形成金屬纖維形成的纖維層；其中，調節所述漏嘴的內徑以及移動所述操作臺的速度可令所述金屬纖維的直徑D滿足：0.1 μm ≤ D ≤ 20 μm。該方法可簡便快速地獲得電極結構材料，且該電極結構材料製成化成箔後具有較好的折彎強度和較大的比容量，適於製備電解電容器的陽極。

根據本發明的實施例，所述熔爐為陶瓷熔爐，所述雷射光源被配置為可通過照射將所述金屬原料熔融。由此，可簡便地獲得金屬熔體。

根據本發明的實施例，所述漏嘴的內徑為0.5-1000 μm；所述操作臺相對於所述漏嘴進行移動的速度為50-150 mm/s。由此，可較好地控制金屬纖維的直徑，以獲得比容量較為理想的電極結構材料。

根據本發明的實施例，所述熔爐進一步連接有流體控制推進器，所述流體控制推進器可控制所述金屬熔體的熔體流速為1-20 mL/h。由此，可簡便地控制金屬熔體的流速。

根據本發明的實施例，所述預定軌跡包括第一預定圖形以及第二預定圖形；所述第一預定圖形包括多條沿第一方向延伸的平行線；所述第二預定圖形包括多條沿第二方向延伸的平行線；所述第一預定圖形中相鄰的兩條平行線之間的距離為0.1-1000 μm；所述第二預定圖形中相鄰的兩條平行線之間的距離為0.1-1000 μm。由此，形成的纖維層中的金屬纖維排布規則，且有利於提高電極結構材料的比容量。

根據本發明的實施例，進一步包括以下操作的至少之一：多次重複按照所述第一預定圖形和所述第二預定圖形移動所述操作臺的步驟，以在所述基材上形成多個金屬纖維形成的亞層堆積而成的所述纖維層；以及所述基材具有相對的第一表面以及第二表面，在所述第一表面形成所述纖維層之後，將所述基材的所述第二表面相對於所述熔爐放置，並重複形成所述纖維層的操作，在所述第二表面以形成所述纖維層。由此，可在基板的兩側均形成纖維層從而構成三明治型結構，進而有利於進一步提高該電極結構材料的比容量。

根據本發明的實施例，形成所述基材以及所述金屬原料的材料包括閥金屬，所述閥金屬分別獨立地包括鋁、鉭、鈮、鈦、鋯或鉿。由此，有利於進一步提高利用該方法獲得的電極結構材料的性能。

在本發明的另一方面，本發明提出了一種電極結構材料。該電極結構材料包括：基材；纖維層，所述纖維層包括多個規則排列的金屬纖維，所述金屬纖維的直徑D滿足0.1 μm ≤ D ≤ 20 μm。該電極結構材料具有比容量較高、折彎性能較好等優點，較為適用於製備電解電容器的陽極箔。

根據本發明的實施例，所述電極結構材料是利用前面所述的方法獲得的。由此，該電極結構材料具有製備成本低廉、環境友好等優點的至少之一。

在本發明的又一方面，本發明提出了一種電解電容器。該電解電容器包括：陽極，所述陽極包括前面所述的電極結構材料；陰極，所述陰極包括電解質以及導電電極。由此，該電解電容器具有前面所述的電極結構材料具有的全部特徵以及優點，在此不再贅述。總的來說，該電解電容器具有比容量較高、電化學阻抗較小、陽極機械性能較好等優點的至少之一。

以下詳細描述本發明的實施例，所述實施例的示例在圖式中示出。以下通過參考圖式描述的實施例是示例性的，旨在用於解釋本發明，而不能理解為對本發明的限制。除非另外說明，本發明所使用的所有科技術語具有與本發明所屬技術領域中具有通常知識者的通常理解相同的含義。本發明涉及的所有專利和公開出版物通過引用方式整體併入本發明。術語“包含”或“包括”為開放式表達，即包括本發明所指明的內容，但並不排除其他方面的內容。

在本發明的一個方面，本發明提出了一種製備電極結構材料的方法。該方法利用雷射將金屬粉末或塊體加熱至熔融以形成金屬熔體，並利用可移動的操作臺按照預定的路徑移動基材，以令金屬熔體在基材上形成排布規則的金屬纖維。多個金屬纖維堆積形成纖維層，從而獲得該電極結構材料。

如前所述，基於平面箔片不論是通過電化學腐蝕技術還是粉末層積技術形成的化成箔的性能均有待提高。根據本發明實施例獲得的電極結構材料在平面金屬基材上具有纖維層，由纖維以一定排列方式進行堆積，進而可為該電極結構材料提供更加適於形成電解電容器的陽極箔的表面形貌。具體地，一方面金屬纖維形成的纖維層可具有更高的表面積，化成後的化成箔的表面積也較大。另一方面，化成時可以是僅基於對纖維層進行，由此可利用表面形貌被破壞較少，甚至是未被腐蝕的基材為最終獲得的化成箔提供良好的機械支撐。並且，由金屬纖維堆積而形成的纖維層成為決定陽極箔表面孔徑範圍以及孔徑分佈均勻性的決定性因素，因此相對於電化學腐蝕或燒結形成的結構而言，纖維層的表面形貌更加可控，同一批次的產品或是不同批次的產品之間具有更好的重複性。並且，該方法利用雷射加熱金屬材料，不涉及複雜的燒結過程或是環境不友好的酸腐蝕過程，因此環境成本較低。該電極結構材料的材質不再局限於鋁，可採用包括但不限於鋁、鉭、鈮中的任意一種形成。

下面根據本發明的具體實施例，對該方法的各個步驟進行詳細說明。具體地，參考圖1，該方法包括：

步驟S100：提供基材；

根據本發明的實施例，在步驟S100中首先提供基材。如前所述，基材的具體材料不受特別限制，例如可以為閥金屬，具體可以包括但不限於鋁、鉭、鈮、鈦、鋯或鉿。基材的厚度也不受特別限制，所屬技術領域中具有通常知識者可以根據需要的化成箔的具體要求進行設計。由於根據本發明的方法獲得的電極結構材料的化成之後的“夾心”厚度基本由基材提供，且基材的厚度在化成過程中並不會顯著降低，因此可通過選擇基材的厚度控制化成箔的夾心厚度。例如，根據本發明的具體實施例，基材的厚度可以為5-80 μm，例如可以為10-50 μm。發明人發現，基材厚度太薄，將導致該電極結構材料形成的化成箔在製備陽極箔時導致電極材料的拉力強度不足，而基材厚度太厚又將導致電極材料的折彎強度的降低。當基材的厚度為上述範圍內時，可滿足大部分的電解電容器電極的要求。根據本發明的一些具體實施例，基材的厚度可以為10-40 μm，具體可以為20-30 μm，例如可以為25 μm，28 μm等。由此，可進一步提高該電極結構材料的機械性能。所屬技術領域中具有通常知識者能夠理解的是，提供基材的步驟可包括形成平面基材的步驟，也可以包括對平面基材進行切割、打磨、清洗等操作。

步驟S200：利用雷射形成金屬熔體，以在所述基材上形成纖維層；

根據本發明的實施例，在步驟S200中利用雷射形成金屬熔體並形成纖維層。具體地，在步驟S200中利用雷射將熔爐內的金屬原料熔融形成金屬熔體，令金屬熔體連續沉積至基材上，並在金屬熔體與基材接觸之後按照預定軌跡移動操作臺，以在基材上形成金屬纖維。規則排布的金屬纖維通過堆積形成纖維層。

具體地，參考圖2，形成金屬熔體的操作可以是在密閉的容器，如密封操作箱7中進行的，密封操作箱7中可充有保護氣體。可將金屬原料置於熔爐2內，利用雷射1照射使得金屬完全熔融並備用。金屬原料也可以為閥金屬，例如可以為鋁、鉭、鈮、鈦、鋯或鉿，具體材料不受特別限制。金屬原料可以為粉末或塊體，金屬原料的形貌也不受特別限制，只要可以利用雷射1形成金屬熔體即可。熔爐2可為耐高溫熔爐，例如可以為陶瓷熔爐。熔爐2中的金屬原料的質量可以為0.1-100 kg，以防形成的金屬熔體過少影響後續的金屬纖維直寫過程，或是熔融的金屬過量導致諸如熔體重新凝結堵塞熔爐2底部的漏嘴8。保護氣體可以為氬氣、氮氣、氬氫混合氣中的一種或組合。雷射1的功率不受特別限制，只要可以將金屬原料熔融即可，所屬技術領域中具有通常知識者可以根據具體的金屬原料材質進行選擇。根據本發明的一些實施例，雷射1的功率範圍可以為10 ⁶~10 ⁸W/cm ³。

形成金屬熔體之前，將基材100置於操作臺上。操作臺可以為配有可升降底座6的x-y雙軸控制滑台9。當金屬熔體形成之後，可以利用熔爐2和可相對於漏嘴8發生相對移動的操作臺在基材100上進行金屬纖維的直寫操作。漏嘴8處可連接有流體推進控制泵3，以控制金屬熔體的流速。設定合適的金屬熔體直寫參數，即可在金屬基材表面獲得有序結構的3D金屬纖維形成的纖維層。

根據本發明的具體實施例，金屬熔體直寫參數可以包括操作臺的移動路徑、熔爐2底部的漏嘴8內徑、金屬熔體補給速率、操作臺移動速率和直寫距離（即漏嘴8到基材100表面距離）等。通過對上述參數進行設計，可在基材100上獲得直徑以及排布間距適中，且連續的金屬纖維。多層規則排布的金屬纖維堆積形成規則的網路結構，即可獲得3D的纖維層。由此，纖維層可為該電極結構材料提供較大的比表面積，從而使得在經過化成製成化成箔可具有較大的比容量，適於應用於電解電容器的電極材料。

根據本發明的具體實施例，該步驟中形成的金屬纖維的直徑D可以滿足0.1 μm ≤ D ≤ 20 μm。具體地，也可以為0.3-20 μm，或可不大於10 μm，例如可以為0.5 μm，0.8 μm，1 μm，2 μm，3 μm，5 μm，7 μm，8 μm，15 μm等等。發明人發現，直徑在上述範圍內的纖維可有效提高電極結構材料的比表面積，從而提升利用該電極結構材料獲得的化成箔的比容量，不會由於纖維直徑過大而無法有效提高比表面積，也不會由於纖維直徑過小而在化成過程中被損耗。

具體地，基材100上的金屬纖維的直徑可以通過漏嘴8內徑、操作臺的移動速度以及金屬熔體的流速控制。如前所述，熔爐2內的金屬原料形成金屬熔體之後，自漏嘴8處向下連續沉積。當金屬熔體接觸到下方的基材100，即在基材100表面形成“半月板”型的接觸面。此時可開始按照預定路徑移動操作臺，以實現金屬纖維。操作臺移動的方向決定了金屬纖維的排布，而操作臺移動的過程中，落至基材100上的金屬熔體會被拉伸，從而形成直徑略小於漏嘴8直徑的金屬纖維。因此，可通過控制漏嘴8內徑、操作臺的移動速度以及金屬熔體的流速控制基材100上形成的金屬纖維的直徑。具體地，漏嘴8的內徑可以為0.5-1000 μm。例如可以為0.5-10 μm，具體可以為0.5-2 μm。操作臺相對於漏嘴8進行移動的速度可以為50-150 mm/s，具體可以為50-100 mm/s。由此，可較好地控制金屬纖維的直徑，以獲得比容量較為理想的電極結構材料。熔體流速可控制為1-20 mL/h，例如可以為3 mL/h、5 mL/h、6 mL/h、8 mL/h、10 mL/h、15 mL/h等，直寫距離為0.5-3 mm，即漏嘴8到基材100之間的距離可以為0.5-3 mm。具體可以為0.8 mm、1 mm、1.2 mm、1.5 mm、1.8 mm、2 mm、2.5 mm等。由此，可形成金屬纖維連續、比容量較為理想的纖維層。

關於操作臺移動的預定軌跡不受特別限制，可根據需要獲得的纖維層的3D排布進行設計。具體地，操作臺的移動路徑可以為3D移動路徑，可以通過包括但不限於Auto CAD、Origin、Excel或C語言等預先程式設計並導入到作業系統，並控制x-y雙軸控制滑台9實現。具體地，參考圖5和圖6，預定軌跡可以包括第一預定圖形210’以及第二預定圖形220’。具體地，第一預定圖形210’可包括多條沿第一方向延伸的平行線，兩個相鄰的平行線首尾相接，形成弓字形曲線。操作臺可首先按照第一預定圖形210’進行移動，從而在基材100上形成如圖中210’所示出的形狀的金屬纖維。相鄰的兩條平行線之間的距離D1為0.1-1000 μm。隨後，操作臺可首先按照第二預定圖形220’進行移動，從而在基材100上形成如圖中220’所示出的形狀的金屬纖維。第一預定方向和第二預定方向之間的夾角即為形成的纖維層中相鄰兩個亞層的金屬纖維之間的夾角。第一預定方向和第二預定方向可以是互相垂直的，即可以為x-y雙軸控制滑台9的x方向和y方向。第二預定圖形220’中相鄰的兩條平行線之間的距離D2也可以為0.1-1000 μm。根據本發明一個優選的實施例，第一預定圖形210’中兩條平行線之間的距離D1，和第二預定圖形220’中兩條平行線之間的距離D2可以是相等的。由此，可最終在基材100上形成規則的井字格排布的金屬纖維網路。根據本發明的一些示例，距離D1和距離D2的範圍可分別獨立地為0.05-5 μm，0.1-1 μm，或者可以分別獨立地為1 μm、5 μm、10 μm、15 μm、20 μm、30 μm、40 μm、60 μm、100 μm等，或可為200 μm、300 μm，或大於500 μm等。所屬技術領域中具有通常知識者能夠理解的是，該步驟中預定圖形中相鄰的兩個線條之間的距離，即為獲得的纖維層中相鄰的兩個金屬纖維之間的距離。

隨後，可多次按照第一預定圖形210’和第二預定圖形220’移動操作臺，以形成多個亞層堆積而形成的纖維層。根據本發明的實施例，纖維層的厚度、亞層的數量等均不受特別限制，例如纖維層的總厚度可以為20-80 μm。由此，可進一步提高該電極結構材料的性能。例如，過薄的纖維層難以為該電極結構材料提供足夠的比表面積，進而製成的化成箔的比容量不夠理想。而過厚的纖維層則可能會引起亞層自基材100上脫落等不良現象，從而使得電極結構不穩定。根據本發明的另一些示例，可以在基材100相對的兩個表面上均形成上述纖維層。具體地，參考圖4，可以在基材100的第一表面形成纖維層200A之後，可將基材100的第二表面相對於熔爐2放置，並重複形成纖維層的操作以形成第二纖維層200B。纖維層200A和第二纖維層200B均可具有多個層疊的亞層210、220結構。由此，可進一步提高該電極結構材料的比容量。

需要特別說明的是，該方法製備的電極結構材料還可以具有氧化膜，氧化膜至少覆蓋金屬纖維的部分表面。氧化膜可以是通過化成處理形成的。也就是說，該電極結構材料可以是經過化成處理的。該方法獲得的電極結構材料為包括但不限於中壓、高壓以及超高壓化成箔，該方法獲得的電極結構材料具有通過電化學腐蝕技術難以實現的高的比容量特性，有利於實現電解電容器小型化。而且，該電極結構材料適用於閥金屬（例如鋁、鉭、鈮、鈦、鋯或鉿等）電解電容器中任意一種。本發明的電極結構材料表層具有金屬纖維結構，因此與粉末層積技術形成的粉末結構相比有更好的韌性，電極材料的折彎強度也更高。纖維層中的上下層金屬纖維以一定角度交叉堆疊，可有效地避免電解液在金屬纖維間的繞流，因而電極材料具有較低的損耗，可用於製備具有低ESR的電解電容器。

在本發明的又一方面，本發明提出了一種電極結構材料。參考圖3以及圖4，該電極結構材料包括基材100和纖維層200，纖維層200包括多個規則排列的金屬纖維，金屬纖維的直徑D滿足0.1 μm ≤ D ≤ 20 μm。該電極結構材料具有比容量較高、折彎性能較好等優點，較為適用於製備電解電容器的陽極箔。

根據本發明的實施例，該電極結構材料可以是利用前面所述的方法獲得的。關於該電極結構材料的具體結構，前面已經進行了詳細的描述，在此不再贅述。總的來說，該電極結構材料具有製備成本低廉、環境友好等優點的至少之一。具體地，基材100和纖維層200均是由金屬形成的。形成基材100和金屬纖維的材料分別獨立地為閥金屬，具體可以包括鋁、鉭、鈮、鈦、鋯或鉿。該電極結構材料具有適於製備電解電容的陽極箔的優點，製成的陽極箔比容量較高，彎折強度較高，可緩解電解液繞流進而有利於降低電解電容器的阻抗。

該電極結構材料還可以具有氧化膜，氧化膜至少覆蓋金屬纖維的部分表面。氧化膜可以是通過化成處理形成的，用於諸如電解電容器的電極等應用。該電極結構材料可為包括但不限於中壓、高壓以及超高壓化成箔，該電極結構材料具有通過電化學腐蝕技術難以實現的高的比容量特性，有利於實現電解電容器小型化。而且，該電極結構材料適用於鋁、鉭和鈮等電解電容器中任意一種。本發明的電極結構材料表層具有金屬纖維結構，因此與粉末層積技術形成的粉末結構相比有更好的韌性，電極材料的折彎強度也更高。纖維層200中的上下層金屬纖維以一定角度交叉堆疊，可有效地避免電解液在金屬纖維間的繞流，因而電極材料具有較低的損耗，可用於製備具有低ESR的電解電容器。

在本發明的又一方面，本發明提出了一種電解電容器。根據本發明的實施例，該電解電容器包括：陽極和陰極，陽極包括前面所述的電極結構材料。陰極可以包括電解質以及導電電極。該電解電容器具有前面所述的電極結構材料具有的全部特徵以及優點，在此不再贅述。總的來說，該電解電容器具有比容量較高、電化學阻抗較小、陽極機械性能較好等優點的至少之一。

以下所描述的實施例，除非另有說明，所有的溫度定為攝氏度。所使用的試劑均可以從市場上購得或者可以通過本發明所描述的方法製備而得。

實施例1：

搭建熔融金屬微奈纖維直寫裝置，主要配件包括：密封操作箱、雷射、熔爐、漏嘴、流體推進泵以及雙軸移動收集器等，裝置結構圖如圖2所示。

首先，將100 g鋁粉加入到陶瓷熔爐中，選用氬氣作為密封箱的保護氣氛，設定雷射功率為10 ⁷W/cm ³，加熱至鋁粉處於完全熔融狀態；然後，將30 μm厚度鋁基材置於移動收集器表面，選擇漏嘴內徑為1 μm，利用流體推進泵控制熔融體補給速率，當熔體到達鋁基材表面會迅速與基材交界處形成“半月板”接觸面，由程式控制的x-y雙軸移動收集器牽引基材移動定向收集成形的熔融金屬纖維。熔體補給速率為5 mL/h，漏嘴尖端離基底的接收距離為1 mm，設定雙軸移動收集器的軌跡為等間距弓字形折返路徑（如圖2所示），程式設定基材上金屬纖維間距為4.0 μm，滑台移動速度為100 mm/s。在雙軸移動收集器的x方向以及y方向上均形成弓字形折返的金屬纖維，並多次重複上述步驟至金屬纖維堆疊形成的纖維層厚度在50 μm。鋁基材另一面採用相同步驟，最終得到電極材料厚度為130 μm。實施例1製備的電極結構材料的SEM（掃描電子顯微鏡）圖如圖7所示。形成的鋁纖維直徑約為1 μm，且在基底上沿著同一方向按程式設定的4.0 μm間隔平行排列。鋁纖維呈均勻連續分佈，無明顯斷裂。

實施例2：

其餘操作同實施例1，所不同的是：弓字形折返路徑程式設定基材上金屬纖維間距為0.8 μm，滑台移動速度為80 mm/s。得到鋁纖維直徑約為1.8 μm。鋁基材另一面採用相同步驟，最終得到電極材料厚度為130 μm。

實施例3：

其餘操作同實施例1，所不同的是：弓字形折返路徑程式設定基材上金屬纖維間距為0.8 μm，滑台移動速度降低至70 mm/s，得到鋁纖維直徑約為2.0 μm。鋁基材另一面採用相同步驟，最終得到電極材料厚度為130 μm。

實施例4：

其餘操作同實施例1，所不同的是：弓字形折返路徑程式設定基材上金屬纖維間距為1.0 μm，滑台移動速度為80 mm/s，得到鋁纖維直徑約為1.8 μm。控制金屬纖維堆疊厚度在50 μm。鋁基材另一面採用相同步驟，最終得到電極材料厚度為130 μm。

實施例5：

其餘操作同實施例1，所不同的是：弓字形折返路徑程式設定基材上金屬纖維間距為1.0 μm，滑台移動速度為80 mm/s。控制金屬纖維堆疊厚度在50 μm。得到鋁纖維直徑約為2.0μm。鋁基材另一面採用相同步驟，最終得到電極材料厚度為130 μm。

對比例1：

使用鹽酸和硫酸作為發孔槽液，溫度控制在68 ℃，對純度為99.99%的130 μm厚鋁箔施加直流電6級腐蝕，平均電流密度為0.42 A/cm ²，時間為25秒，以使夾心層厚度為7 μm左右，隨後在72℃的硝酸溶液中擴大孔徑，電流密度和時間分別為0.15 A/cm ²和480秒。

性能測試：

將實施例1~5以及對比例1獲得的樣品在硼酸水溶液中通過施加520V電壓進行陽極化成，測試化成箔的比容、折彎強度以及殘心厚度，測試結果如下表1所示：表1

	520V比容（μF/cm ²）	R3.5折彎強度（回）	殘心厚度（μm）	纖維直徑（μm）	間距（μm）
實施例1	0.41	62	30	1.0	4.0
實施例2	1.28	59	30	1.8	0.8
實施例3	1.21	63	30	2.0	0.8
實施例4	0.95	65	30	1.8	1.0
實施例5	0.81	55	30	2.0	1.0
對比例1	1.02	35	7	-	-

從表1可以看出，控制鋁基材上金屬纖維間距和金屬纖維直徑，可以有效地調節化成箔的520V化成電壓容量。金屬纖維間距由程式設定的雙軸滑台精確調控，金屬纖維間距越小，化成箔具有越高的比表面積，其520 V化成比容量越高。金屬纖維直徑主要由漏嘴內徑決定，並通過滑台的牽引力進行適當修飾。當纖維直徑控制在約1.8 μm時，520 V化成箔具有更理想的比容量。從實施例與對比例可以看出，基於熔融鋁金屬成形技術，可以得到高比容和高折彎的化成箔。

在本說明書的描述中，參考術語“一實施方案”、“另一實施方案”、“實施例”、“示例”等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特徵、結構、材料或者特點包含於本發明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不必須針對的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特徵、結構、材料或者特點可以在任一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。此外，在不相互矛盾的情況下，所屬技術領域中具有通常知識者可以將本說明書中描述的不同實施例或示例以及不同實施例或示例的特徵進行結合和組合。

儘管以上已經示出和描述了本發明的實施方案以及實施例，可以理解的是，上述實施方案、實施例是示例性的，不能理解為對本發明的限制，所屬技術領域中具有通常知識者在本發明的範圍內可以對上述實施方案、實施例進行變化、修改、替換和變型。

1:雷射 2:熔爐 3:流體推進控制泵 6:底座 7:密封操作箱 8:漏嘴 9:x-y雙軸控制滑台 100:基材 200:纖維層 200A:纖維層 200B:第二纖維層 210,220:亞層 210’:第一預定圖形 220’:第二預定圖形 S100,S200:步驟 D1,D2:距離

[圖1]為根據本發明一個實施例的製備電極結構材料的方法的流程示意圖。 [圖2]為根據本發明另一個實施例的製備電極結構材料的方法的裝置示意圖。 [圖3]為根據本發明一個實施例的電極結構材料的結構示意圖。 [圖4]為根據本發明又一個實施例的電極結構材料的結構示意圖。 [圖5]為根據本發明一個實施例的第一預定圖形的結構示意圖。 [圖6]為根據本發明一個實施例的第二預定圖形的結構示意圖。 [圖7]為根據本發明實施例1製備的電極結構材料的掃描電子顯微鏡照片。

S100,S200:步驟

Claims

一種製備電極結構材料之方法，其包括：提供基材，並將所述基材置於可移動的操作臺上；利用雷射將熔爐內的金屬原料熔融形成金屬熔體，所述熔爐底部具有漏嘴，所述漏嘴位於所述基材的上方，並令金屬熔體連續沉積至所述基材上；當所述金屬熔體與所述基材接觸之後，按照預定軌跡移動所述操作臺，以在所述基材上形成由金屬纖維形成的纖維層；其中，調節所述漏嘴的內徑以及移動所述操作臺的速度可令所述金屬纖維的直徑D滿足：0.1 μm ≤ D ≤ 20 μm。
如請求項1所述之方法，其中，所述熔爐為陶瓷熔爐，所述雷射光源被配置為可通過照射將所述金屬原料熔融。
如請求項1所述之方法，其中，所述漏嘴的內徑為0.5-1000 μm；所述操作臺相對於所述漏嘴進行移動的速度為50-150 mm/s。
如請求項1所述之方法，其中，所述熔爐進一步連接有流體控制推進器，所述流體控制推進器可控制所述金屬熔體的熔體流速為1-20 mL/h。
如請求項1至4中任一項所述之方法，其中，所述預定軌跡包括第一預定圖形以及第二預定圖形；所述第一預定圖形包括多條沿第一方向延伸的平行線；所述第二預定圖形包括多條沿第二方向延伸的平行線；所述第一預定圖形中相鄰的兩條平行線之間的距離為0.1-1000 μm；所述第二預定圖形中相鄰的兩條平行線之間的距離為0.1-1000 μm。
如請求項5所述之方法，其進一步包括以下操作的至少之一：多次重複按照所述第一預定圖形和所述第二預定圖形移動所述操作臺的步驟，以在所述基材上形成多個金屬纖維形成的亞層堆積而成的所述纖維層；以及所述基材具有相對的第一表面以及第二表面，在所述第一表面形成所述纖維層之後，將所述基材的所述第二表面相對於所述熔爐放置，並重複形成所述纖維層的操作，在所述第二表面形成所述纖維層。
如請求項1所述之方法，其中，形成所述基材以及所述金屬原料包括閥金屬，所述閥金屬分別獨立地包括鋁、鉭、鈮、鈦、鋯或鉿。
一種電極結構材料，其包括：基材；纖維層，所述纖維層包括多個規則排列的金屬纖維，所述金屬纖維的直徑D滿足：0.1 μm ≤ D ≤ 20 μm。
如請求項8所述之電極結構材料，其中，所述電極結構材料是利用如請求項1至7中任一項所述之方法獲得的。
一種電解電容器，其包括：陽極，所述陽極包括如請求項8或9所述之電極結構材料；陰極，所述陰極包括電解質以及導電電極。