以下、この発明の実施の形態を図面に基� ��いて説明する。

 図1は、この発明の一つの実施の形態とし て、炭素被覆アルミニウム材の詳細な断面構 造を模式的に示す断面図である。

 図1に示すように、この発明の一つの実施 の形態として、炭素被覆アルミニウム材の断 面構造によれば、アルミニウム材の一例とし てアルミニウム箔1の表面上に炭素含有層2が� ��成されている。アルミニウム箔1と炭素含有 層2との間には、アルミニウム元素と炭素元� �とを含む介在層3が形成されている。炭素含� ��層2は、アルミニウム箔1の表面から外側に� �びるように形成されている。介在層3は、ア� ��ミニウム箔1の表面の少なくとも一部の領域 に形成された、アルミニウムの炭化物を含む 第1の表面部分を構成している。炭素含有層2� ��、第1の表面部分3から外側に繊維状、フィ� �メント状、板状、壁状、または、鱗片状の� �態で延びるように形成された第2の表面部分2 1を含む。第2の表面部分21は、アルミニウム� �素と炭素元素との化合物である。また、炭� �含有層2は多数個の炭素粒子22をさらに含む� �第2の表面部分21は、第1の表面部分3から外側 に繊維状、フィラメント状、板状、壁状、ま たは、鱗片状の形態で延び、第1の表面部分3� ��炭素粒子22との間に形成されてアルミニウ� �の炭化物を含む。

 この発明の炭素被覆アルミニウム材にお� ��ては、第2の表面部分21がアルミニウム箔1の 表面上に形成された炭素含有層2の表面積を� �大させる作用をする。また、アルミニウム� �1と第2の表面部分21との間にはアルミニウム� ��炭化物を含む第1の表面部分3が形成されて� �るので、この第1の表面部分3が、炭素含有層 2の表面積を増大させる第2の表面部分21との� �の密着性を高める作用をする。

 この発明の炭素被覆アルミニウム材の基� ��として用いられるアルミニウム箔1において 、アルミニウムの含有量が99.6質量%以上、鉛( Pb)の含有量が10質量ppm以下、マグネシウム(Mg) の含有量が10質量ppm以下である。

 この発明の炭素被覆アルミニウム材にお� ��ては、アルミニウム箔1と炭素含有層2との� �に形成された、アルミニウム元素と炭素元� �とを含む介在層3が、アルミニウム箔1と炭素 含有層2との間の密着性を高める作用をする� �介在層3は、アルミニウム箔1の表面の少なく とも一部の領域に形成された、アルミニウム の炭化物を含む第1の表面部分3を含む。アル� ��ニウムの炭化物を含む第1の表面部分3と炭� �粒子22との間に形成された第2の表面部分21に 含まれるアルミニウムの炭化物も、アルミニ ウム箔1と炭素含有層2との間の密着性を高め� ��作用をする。

 これらのアルミニウムの炭化物の生成量� ��すなわち、介在層である第1の表面部分3や� �2の表面部分21の形成量や密度は、基材とし� �用いられるアルミニウム箔1の純度と不純物� ��によって影響される。すなわち、不純物量� ��増加するほど、アルミニウムの炭化物の生� ��量が少なくなる傾向にあり、その結果とし� ��炭素含有層2とアルミニウム箔1の表面との� �着性が向上する度合いが低下する。また、� �にアルミニウム中の鉛とマグネシウムとい� �元素は、加熱されたときに表層に集積する� �で、アルミニウムの炭化物の生成に影響を� �ぼす。

 したがって、基材として用いられるアル� ��ニウム箔1において、アルミニウムの含有量 が99.6質量%以上、鉛の含有量が10質量ppm以下� �マグネシウムの含有量が10質量ppm以下に限定 することによって、上記のアルミニウムの炭 化物の生成量、すなわち、介在層である第1� �表面部分3や第2の表面部分21の形成量や密度� ��を増大することができ、その結果として、� ��素含有層2とアルミニウム箔1の表面との密� �性をさらに向上させることができる。これ� �より、炭素含有層2とアルミニウム箔1との間 の密着性を長期間にわたって維持することが 可能になる。

 なお、一般的にアルミニウム箔の表面に� ��素含有物質を塗布することにより、導電性� ��生じるが、さらに導電性を改善するために� ��、炭素含有層2とアルミニウム箔1を固着す� �役割を担うアルミニウムの炭化物の生成が� �可欠となる。すなわち、アルミニウムの炭� �物の生成量の増加は、密着性を高めると同� �に、導電性を改善する。

 アルミニウムの含有量が99.6質量%未満で� �ると、アルミニウム箔1と炭素含有層2を固着 させるアルミニウムの炭化物の生成量が少な くなり、炭素含有層2とアルミニウム箔1との� ��着性が低くなる。

 また、本発明の炭素被覆アルミニウム材� ��製造方法において、PbまたはMgの含有量が10� ��量ppmを超えたアルミニウム箔1に対して450℃ 以上の温度で加熱処理を施すと、両元素は熱 拡散によってアルミニウム箔1の表面近傍に� �縮する。これらの元素による濃縮層はアル� �ニウムの炭化物の生成量を抑制するため、� �果として炭素含有層2とアルミニウム箔1との 密着性が低くなる。

 この発明の炭素被覆アルミニウム材の一� ��の実施の形態では、アルミニウム箔1におい て、鉄(Fe)の含有量が5質量ppm以上、シリコン( Si)の含有量が5質量ppm以上であることが好ま� �い。

 FeまたはSiの含有量が5質量ppm未満である� �ルミニウム材は、常温においても容易に再� �晶を起こす。従って、板圧延や箔圧延に必� �な所定の強度が得られず、実質的にアルミ� �ウム材の圧延が不可能となる。その結果、� �極や集電体の基材としてアルミニウム箔等� �板材を得ることが困難となる。

 また、この発明の炭素被覆アルミニウム� ��の一つの実施の形態では、アルミニウム箔1 において、コバルト(Co)、ベリウム(Be)、イン� ��ウム(In)、錫(Sn)、リチウム(Li)、ナトリウム( Na)およびビスマス(Bi)のそれぞれの元素の含� �量が10質量ppm以下、これらの元素の合計の含 有量が20質量ppm以下であることが好ましい。

 本発明の炭素被覆アルミニウム材の製造� ��法において、Co、Be、In、Sn、Li、NaおよびBi� �それぞれの元素の含有量が10質量ppmを超えた アルミニウム箔1に対して450℃以上の温度で� �熱処理を施すと、各元素は熱拡散によって� �ルミニウム箔1の表面近傍に濃縮する。この� ��素による濃縮層は、アルミニウムの炭化物� ��生成量を抑制するため、結果として炭素含� ��層2とアルミニウム箔1との密着性が低下す� �。また、これらの元素の合計の含有量が20質 量ppmを超えたアルミニウム箔1に対しても450� �以上の温度で加熱処理を施すと、各元素の� �面近傍への濃縮が生じ、アルミニウムの炭� �物の発生量が少なくなるため、炭素含有層2� ��アルミニウム箔1との密着性が低下する。

 また、この発明の炭素被覆アルミニウム材� ��一つの実施の形態では、第1の表面部分3と� �2の表面部分21に含まれるアルミニウムの炭� �物の生成量が0.030mg/cm ² 以上であることが好ましい。さらには、上記 のアルミニウムの炭化物の生成量が0.040mg/cm ² 以上であることがより好ましい。

 第1の表面部分3と第2の表面部分21に含まれ� �アルミニウムの炭化物の生成量が0.030mg/cm ² 以上であれば、従来の炭素被覆アルミニウム 材に比してアルミニウム箔1と炭素含有層2と� ��間の密着性をより確実に高めることができ� ��とともに、従来の炭素被覆アルミニウム材� ��りも、より長期間にわたって密着性を安定� ��て維持することが可能となる。第1の表面部 分3の炭化物の生成量が増加すると、第1の表� ��部分3と炭素含有層2との密着性が向上する� �さらには第1の表面部分3の炭化物の生成量が 増加すると、第2の表面部分21の形成量が増加 し、炭素含有層2内の第2の表面部分21以外の� �分と第2の表面部分21との密着性が向上する� �で、第1の表面部分3の表面近傍に存在する炭 素含有層2と第1の表面部分3との間の密着性と 、第2の表面部分21の近傍に存在する炭素含有 層2内の第2の表面部分21以外の部分と第2の表� ��部分21との間の密着性が同時に向上するこ� �になる。

 なお、本発明において、第1の表面部分3と� �2の表面部分21に含まれるアルミニウムの炭� �物の生成量(mg/cm ² )は、後述する[アルミニウムの炭化物の定量� ��析]で示される方法により算出できる。

 この発明に従った上述のいずれかの特徴� ��有する炭素被覆アルミニウム材は、電極構� ��体を構成するために用いられることが好ま� ��い。

 上記の電極構造体は、キャパシタの電極� ��集電体を構成するために用いられることが� ��ましい。これにより、キャパシタの充放電� ��性、寿命を高めることができる。キャパシ� ��は、電気二重層キャパシタ等である。

 また、上記の電極構造体は、電池の集電� ��や電極を構成するために用いられることが� ��ましい。これにより、電池の充放電特性、� ��命を高めることができる。電池は、リチウ� ��イオン電池等の二次電池である。

 この発明に従った炭素被覆アルミニウム� ��の製造方法の一つの実施の形態においては� ��まず、アルミニウムの含有量が99.6質量%以� �、鉛の含有量が10質量ppm以下、マグネシウム の含有量が10質量ppm以下であるアルミニウム� ��1の表面に、炭素含有粒子を含む炭素含有物 質を付着させることにより、炭素含有物質付 着層を形成する。次に、アルミニウム箔1と� �素含有物質付着層とを、炭化水素含有物質� �含む空間に配置して、加熱する。この加熱� �より、アルミニウム箔1の表面上に炭素含有� ��2が形成される。

 この発明の炭素被覆アルミニウム材の製� ��方法において、アルミニウム箔1と炭素含有 物質付着層とを加熱する工程は、450℃以上640 ℃未満の温度範囲で行うことが好ましい。

 また、この発明の炭素被覆アルミニウム� ��においては、炭素含有層2はアルミニウム箔 1の少なくとも片方の面に形成すればよく、� �の厚みは0.01μm以上10mm以下の範囲内であるの が好ましい。

 この発明の一つの実施の形態において、� ��素含有層2が形成される基材としてのアルミ ニウム材は、アルミニウム箔1に限定されず� �アルミニウム材の厚みは、箔であれば、5μm� ��上200μm以下、板であれば200μmを越え、3mm以� ��の範囲内であるのが好ましい。

 上記のアルミニウム材は、公知の方法に� ��って製造されるものを使用することができ� ��。たとえば、上記の所定の組成を有するア� ��ミニウムの溶湯を調製し、これを鋳造して� ��られた鋳塊を適切に均質化処理する。その� ��、この鋳塊に熱間圧延と冷間圧延を施すこ� ��により、アルミニウム箔やアルミニウム板� ��得ることができる。なお、上記の冷間圧延� ��程の途中で、150℃以上400℃以下の範囲内で� ��間焼鈍処理を施してもよい。

 本発明の炭素被覆アルミニウム材の製造� ��法の一つの実施の形態では、用いられる炭� ��水素含有物質の種類は特に限定されない。� ��化水素含有物質の種類としては、たとえば� ��メタン、エタン、プロパン、n‐ブタン、イ ソブタンおよびペンタン等のパラフィン系炭 化水素、エチレン、プロピレン、ブテンおよ びブタジエン等のオレフィン系炭化水素、ア セチレン等のアセチレン系炭化水素等、また はこれらの炭化水素の誘導体が挙げられる。 これらの炭化水素の中でも、メタン、エタン 、プロパン等のパラフィン系炭化水素は、ア ルミニウム材を加熱する工程においてガス状 になるので好ましい。さらに好ましいのは、 メタン、エタンおよびプロパンのうち、いず れか一種の炭化水素である。最も好ましい炭 化水素はメタンである。

 また、炭化水素含有物質は、本発明の製� ��方法において液体、気体等のいずれの状態� ��用いてもよい。炭化水素含有物質は、アル� ��ニウム材が存在する空間に存在するように� ��ればよく、アルミニウム材を配置する空間� ��どのような方法で導入してもよい。たとえ� ��、炭化水素含有物質がガス状である場合(メ タン、エタン、プロパン等)には、アルミニ� �ム材の加熱処理が行なわれる密閉空間中に� �化水素含有物質を単独または不活性ガスと� �もに充填すればよい。また、炭化水素含有� �質が液体である場合には、その密閉空間中� �気化するように炭化水素含有物質を単独ま� �は不活性ガスとともに充填してもよい。

 アルミニウム材を加熱する工程において� ��加熱雰囲気の圧力は特に限定されず、常圧� ��減圧または加圧下であってもよい。また、� ��力の調整は、ある一定の加熱温度に保持し� ��いる間、ある一定の加熱温度までの昇温中� ��または、ある一定の加熱温度から降温中の� ��ずれの時点で行なってもよい。

 アルミニウム材を加熱する空間に導入さ� ��る炭化水素含有物質の重量比率は、特に限� ��されないが、通常はアルミニウム100重量部� ��対して炭素換算値で0.1重量部以上50重量部� �下の範囲内にするのが好ましく、特に0.5重� �部以上30重量部以下の範囲内にするのが好ま しい。

 アルミニウム材を加熱する工程において� ��加熱温度は、加熱対象物であるアルミニウ� ��材の組成等に応じて適宜設定すればよいが� ��通常は450℃以上640℃未満の範囲内が好まし� ��、530℃以上620℃以下の範囲内で行なうのが� ��り好ましい。ただし、本発明の製造方法に� ��いて、450℃未満の温度でアルミニウム材を� ��熱することを排除するものではなく、少な� ��とも300℃を超える温度でアルミニウム材を� ��熱すればよい。

 加熱時間は、加熱温度等にもよるが、一� ��的には1時間以上100時間以下の範囲内である 。

 加熱温度が400℃以上になる場合は、加熱� ��囲気中の酸素濃度を1.0体積%以下とするのが 好ましい。加熱温度が400℃以上で加熱雰囲気 中の酸素濃度が1.0体積%を超えると、アルミ� �ウム材の表面の熱酸化被膜が肥大し、アル� �ニウム材の表面抵抗値が増大するおそれが� �る。

 また、加熱処理の前にアルミニウム材の� ��面を粗面化してもよい。粗面化方法は、特� ��限定されず、洗浄、エッチング、ブラスト� ��の公知の技術を用いることができる。

 本発明の製造方法において、アルミニウ� ��材の表面に炭素含有物質を付着させた後、� ��化水素含有物質を含む空間でアルミニウム� ��を加熱する工程が採用される。この場合、� ��ルミニウム材の表面に付着される炭素含有� ��質は、活性炭素繊維、活性炭クロス、活性� ��フェルト、活性炭粉末、墨汁、カーボンブ� ��ックまたはグラファイト等のいずれを用い� ��もよい。また、炭化珪素等の炭素化合物も� ��適に使用できる。付着方法は、バインダ、� ��剤または水等を用いて、スラリー状、液体� ��または固体状等に上記の炭素含有物質を調� ��したものを、塗布、ディッピングまたは熱� ��着等によってアルミニウム材の表面上に付� ��させればよい。炭素含有物質をアルミニウ� ��材の表面上に付着させた後、加熱処理の前� ��、20℃以上300℃以下の範囲内の温度で乾燥� �せてもよい。

 なお、この発明の製造方法において、炭� ��含有物質をアルミニウム材の表面に付着さ� ��るためにバインダが用いられる場合、バイ� ��ダは、カルボキシ変性ポリオレフィン樹脂� ��酢酸ビニル樹脂、塩化ビニル樹脂、塩酢ビ� ��重合樹脂、ビニルアルコール樹脂、フッ化� ��ニル樹脂、アクリル樹脂、ポリエステル樹� ��、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、尿素樹脂� ��フェノール樹脂、アクリロニトリル樹脂、� ��トロセルロース樹脂、パラフィンワックス� ��ポリエチレンワックス等の合成樹脂、ワッ� ��スまたはタール、およびにかわ、ウルシ、� ��脂、ミツロウ等の天然樹脂またはワックス� ��好適に使用できる。これらのバインダは、� ��れぞれ分子量、樹脂種類により、加熱時に� ��発するものと、熱分解により炭素前駆体と� ��て炭素含有層中に残存するものとがある。� ��インダは、有機溶剤等で希釈し、粘性を調� ��してもよい。

 なお、この発明の炭素被覆アルミニウム� ��は、二次電池の集電体や電極、電気二重層� ��ャパシタの電極や集電体、特にリチウムイ� ��ン二次電池の集電体や電極、リチウムイオ� ��キャパシタの電極や集電体等の種々の導電� ��部材に用いられる。