铝粉浆料的制备和应用

1 国内外铝粉浆料的发展历程

随着清洁能源以及储能元器件的快速发展，电子浆料的研发和应用近年来引起了广泛的关注。传统的电子浆料主要以银浆料为主，由于银的价格昂贵，促进了低成本的新型浆料的开发，以铝为主要元素的铝粉浆料逐渐进入了研究人员的视野。本文对国内外铝粉浆料的研究进展、制备方法和发展趋势进行综述，着重介绍铝粉浆料在制备太阳能背电极、新型铝电解电容器阳极箔等方面的应用。

在实际操作中，他却并没有这样做。2016年以来，三都县在建的千万元以上项目有127个，但与脱贫攻坚有关的只有41个。他把精力和资金都集中到与脱贫攻坚工作无直接关系的“养生谷”“千神广场”等“高大上”的综合开发项目上了。都江镇曾是梁嘉庚对口帮扶的乡镇，但他却很少进村，就算去了也只是带着商人看项目，在村委会开个会就走了。

（13）忽聞泰川路告急，奏今西鄙諸耶王趙宏。（《太上說玄天大聖真武本傳神呪妙經註》卷一，《中华道藏》30/540）

最初太阳能背电极所用电子浆料主要以银浆料为主，但银电极在使用过程中由于银离子的迁移会引起电容器性能恶化，并且银本身昂贵。为此发展了一种高性能、高可靠性的低成本导电银浆，利用铝、镍做基础粉末与银混合，减少了银的使用而降低了生产成本，同时在一定程度上避免银迁移的自身缺陷

。有研究指出，在银浆中加入铝，用于制备太阳能背场电极，可实现在Al-Ag-Si界面上的低接触电阻，提高太阳能电池性能

。这类低成本金属浆料也被使用在阻容电子元器件的制备上，2008年日本东洋铝株式会社申请了用于铝电解电容器的电极材料以及铝粉浆料制备方法的专利，以铝粉为主制备浆料，涂覆在铝箔上制备电容器，这将推动电子浆料的大量使用。总的来说，电子浆料方向的发展从以前的贵金属如银浆逐步向着贱金属如铜浆、铝浆等方向发展，在成本降低的同时改善性能。

国内对铝、银等金属浆料的研究还处于起步阶段，与国外少数发达国家如德国、日本、美国还存在很大差距。国外的大型电子浆料生产企业，研发力度大，生产设备先进，品质控制手段齐全，拥有一整套完善的浆料技术体系，例如美国杜邦、田中贵金属所、日本三井金属等

，致力于研究金属粉体的制备和工艺，建成了品质和成本兼具国际竞争优势的高技术企业。我国要在金属浆料方面取得超越性进步，可以在铝粉浆料的制备和应用寻求突破。

铝电解电容器内部通常由两块相互平行的铝箔及充斥其间的电介质构成，传统铝电容器为了提高电容量，一般是采用减材的方式，对阳极箔进行化学腐蚀发坑处理以增加比表面积。这一过程需使用大量的酸性化学试剂，不利于生态环境。近年来，增材制造的方式被引入用以替代化学刻蚀，即使用铝粉堆砌在减薄的铝箔表面，依靠铝粉层的表面起伏达到增加阳极铝箔比表面积的目的。采用传统腐蚀发坑的方式和堆砌铝粉烧结的增材制造方式，所制备的电解电容器阳极铝箔的微观形貌对比如图1所示。用传统腐蚀发坑技术增加表面积，容易导致铝箔外层空洞直径大，内部空洞直径小，且所增加的表面积分布不均；而铝粉堆砌在铝箔两边，增加的表面积均匀，避免了传统腐蚀技术的外多内少的表面积分布缺点，从而有助于实现铝电解电容器的高电容和轻量化，并减少腐蚀发坑工艺可能带来的环境负担。

2 铝粉浆料的制备及应用

在制备太阳能电池背电极铝浆所用铝粉品质优化方面，马亚红

等人研究发现，随着粒径在0.5μm～2.0μm的铝粉颗粒体积比增多，铝电极致密性加强，太阳能电池光电转换效率提升。Jung-Ting Tsai

等人发现，将直径为1μm和直径为4μm的铝粉混合制备浆料，经过烧结，可以较大程度填充浆料挥发的空隙，获得理想的致密度；而单用一种粒径的铝粉制备的浆料，在烧结后由于表面覆有Al

O

，难以达到理想的致密程度。周继承

等人发现当小粒径铝粉（＜5μm）占比＞50%时，铝层的导电性有明显的提升，但此时表面易出现铝珠，导致硅片表面平整度降低。朱鹏

等人研究发现，当粗粉（直径为5μm～6μm）与细粉（直径为2μm～3μm）质量比在2:1左右时，制备的太阳能背电极可以获得较优的电性能，同时由于粗细铝粉的拓扑学排列，铝层的外观平整。张海珠

等人研究了铝粉粒径分布以及铝粉纯度对硅太阳能电池铝浆性能的影响，发现若要获得较好的性能，铝粉粒径分布必须控制在合理范围内，粗粉含量为70%左右时，太阳能电池各项性能表现较优；在不增加生产成本的前提下，采用高纯铝作原料的铝粉性能优于普通铝粉的性能。

2.1 用于太阳能电池背电极

太阳能背电极所用的铝层由铝粉浆料烧结获取，包含有导电相、粘结相和有机相。其浆料主体由铝粉或铝合金粉构成，起导电作用，与硅反应结合形成铝-硅合金相，促进铝背场的形成；粘结相是为了使制备的膜层与基体结合牢固，一般采用玻璃等氧化物；有机相为导电相和粘结相提供流动性。太阳能铝粉浆料的制备流程通常为：将铝粉与粘结剂研磨混合后，加入到各溶剂充分搅拌混合的有机载体，搅拌混合并用高速分散机消除团簇现象。浆料黏度在控制范围内，即可采用丝网印刷等方法将其涂印在电极基体上，经过干燥后高温烧结。针对这一技术路线，国内学者进行了大量的工艺研究，为太阳能铝粉浆料的进一步扩大应用奠定了良好的基础。

铝粉浆料的原料和制备方法随不同的应用而存在差异，但浆料一般都由铝粉、溶剂、粘结剂和少量助剂构成。不同用途的铝粉浆料的原料、制备方法和性能要求各不相同。

铝粉浆料涂覆烧结制备电解电容器阳极铝箔的技术，在国内处于起步的阶段。日本东洋铝株式会社2008年在中国申请了专利

，利用其铝电解电容器电极材料和铝粉浆料制备方法，所生产的阳极铝箔具有较高的静电容量。近十多年来，日本持续对这一技术进行研发，平敏文

等人研究了制备铝电解电容器电极材料的方法，使用一定比例的铝粉、粘结剂和溶剂制备铝粉浆料，涂覆到基片铝箔上，通过干燥烧结等工序制得铝电解电容器阳极用烧结箔。该烧结箔可以直接用作铝电容器的电极，也可以通过阳极氧化形成Al

O

电介质层后再用作电极材料。近几年，国内学者在新型电解电容器铝阳极箔的制备技术方面，尤其是新型铝粉浆料制备技术上，取得了众多研发成果。

引入喷灌技术解决“靠天吃饭”。保加利亚公司基地年平均降雨量450毫米左右，但分布不均匀。尤其是保加利亚公司基地地处保加利亚南部地区，每年11月至转年5月降水较多，在农作物生长旺季的6-9月，降水量反而较少，当地农场主几乎都是靠天吃饭。为降低自然因素对农作物影响，保加利亚公司与当地有关部门签订协议，引入喷灌设施，对农作物进行喷灌。这一做法不仅提高了农产品的产量和质量，同时也从根本上解决了“靠天吃饭”问题，为农产品种植结构的调整奠定了坚实基础。

2.2 用于铝电解电容器阳极箔

通过示范区建设，在示范区集成马铃薯机械深耕深松、机械起垄播种、地膜覆盖、机械化植保、机械中耕培土、机械挖掘收获、测土配方施肥、病虫害绿色防控等技术示范，重点提升机械化技术应用水平。与项目实施前相比，主要提升机械播种与挖掘收获作业技术水平，机械播种比手扶拖拉机开沟、人工手溜点播提高工效5倍以上，节省人工20个；机械挖掘收获比手扶拖拉机犁挖提高工效6倍以上，节省人工15个以上，而且挖净率高。

为提高用于太阳能电池背电极的铝浆的光电性能和可靠性，彭帅

等人研究了乙二醇甲醚-醇酯十二-扩散泵油的溶剂体系3种质量比例溶剂对太阳能电池用铝浆性能的影响，当三种溶剂以1：1：1配置时得到的铝浆的综合性能更优,其膜层致密、方阻小、附着力高,并且具备较优的光电性能。在制备太阳能电池所用铝浆的溶剂配比优化方面，刑云

等人研究发现，在松油醇、丁基卡必醇与柠檬酸三丁酯为有机载体的体系中，松油醇所占的量应在55%以上才能保证膜层在烘干后较为干燥。为了提高太阳能电池的开路电压，降低太阳能电池的电阻，丁冰冰

等人针对铝粉活性进行了研究，研究表明，采用高活性的铝粉制备的浆料具有较低的方阻、线电阻；通常活性较低的铝粉制备的铝浆，可使太阳能电池的开路电压较高。活性低便会影响BSF（硅太阳能电池铝背场）层的浓度和厚度，而BSF层的厚度和浓度对开路电压直接产生影响，因此合理地设计铝浆配方，优化铝浆中铝粉的活性，可以达到开路电压和电阻的最佳平衡，获得更高的太阳电池光电转换效率。

杨时伦

等完成了基于增材制造的铝粉电极箔的比容预测，建立了铝粉在铝箔上堆砌的简单立方模型，进行理论比容量计算，并根据烧结过程发生的形变进行了修正，结果表明当铝粉球冠接触角度为60°时，以半径为1μm左右的铝粉为原料，在400V化成电压下，电极箔的理论计算比容量比传统的腐蚀发坑制备的化成箔的比电容有40%以上的提升。由此从理论上确定了铝粉在铝箔上的堆砌，形成三维导电网络，提升电极箔比表面积的可行性。

在太阳能电池的制备过程中，通常采用玻璃粉粘结相来使制备的膜层与基体产生牢固的结合，因此玻璃粉粘结相的用量对铝浆性能的影响非常大。当玻璃粉用量较小时，可能导致膜层与基体粘附性不强，严重时会出现脱落现象；当玻璃粉用量较大时，由于玻璃相本身不导电，其所占体积比较高时，意味着铝导电相所占体积比偏小，这将导致铝粉浆料在烧结成膜后的导电性能下降。因此，在对太阳能电池所用铝浆的玻璃粉添加量上也有许多学者进行了研究。徐剑锋

等人发现，当玻璃粉的用量在0.9%～5.0%时，开路电压、串联电阻都随着玻璃粉用量的增加而增加，但材料的翘曲程度也随玻璃量用量的增加而加大。侯晨阳

等人发现，不同体系的玻璃粉对电池性能和外观也有显著影响，相比于Bi-B-Zn系玻璃粉和Pb-B-Si系玻璃粉，用V-B-Si系的玻璃粉制备的铝浆，对太阳能电池背电极的性能和外观都有所改善。试验发现，V

O

：B

O

：SiO

=25:10:15时，激光开口处的铝膜填充性较好，EL图像较亮，电池效率较高，且铝浆的外观性能（附着性能和耐水煮性能）也较优。姜行

等人发现，普通的玻璃粉只是起到粘结铝和硅的作用，通过使用一种新型的含氧化钼的玻璃粉添加至铝浆中，能够有效提高电池的短路电流密度以及电池光电转化效率。这是由于在烧结完成后，玻璃粉会覆盖在铝球和铝硅合金层的表面，改善两层的功函数。功函数的改善可以一定程度上降低空穴从硅传输到铝电极的势垒，提高传输效率，从而提高短路电流密度。另一方面，玻璃料与铝会发生铝热反应，促进铝表面的氧化铝膜层的破裂以及液态铝的产生，从而溶解更多的硅。降温过程中溶解了铝的硅会析出形成BSF层，掺杂了玻璃粉后BSF层会变厚，可以阻挡电子并减少载流子的复合，提高短路电流密度。高舟

等人表示，在玻璃粉中掺杂稀土元素，可以改善电池的性能。研究发现，掺杂稀土元素尤其是钐和镧的掺杂，会使电池的转换效率得到提高，实验室条件下其平均转换效率接近18%。

在铝电解电容器阳极箔所用新型浆料研发方面，史瑞科

等开发了一种铝电解电容器阳极烧结箔用双组分铝浆及其制备方法，采用介电浆料和传统铝浆料按一定质量比混合，介电浆料由介电粉、乙二醇、硅烷偶联剂、乙基纤维素等试剂混合而成，铝浆由铝粉、乙基纤维素、松油醇、聚甲基丙烯酸酯等试剂混合而成。通过性能测试发现，该双组分浆料制备的铝电解电容器阳极烧结箔具有高的电容值。同时，通过两种组分浆料的混合，松油醇和乙二醇得到混合，这两种溶剂挥发温度和速度不尽相同，可以得到具有温度梯度的双组份铝浆，避免烘干过程由于有机溶剂的挥发导致浆料成膜后出现褶皱开裂或脱落等问题。另外，硅烷偶联剂的加入可方便浆料的储存，保证长时间放置不出现团簇和沉淀现象。

在添加石墨烯对铝粉烧结阳极箔改性研究方面，尹子豪

等人使用高纯铝粉、聚偏二氟乙烯（PVDF）粘结剂和1-甲基-2-吡咯烷酮（NMP）溶剂等原料通过高速球磨使铝粉均匀分布在NMP中，得到均匀分散的铝粉浆料；然后将石墨烯加入到NMP分散液中，然后将其加入到铝粉浆料中，再次球磨使其分散均匀，即可得到添加了石墨烯的铝粉浆料。之后涂覆到高纯铝箔上，干燥、烧结得到烧结式多孔电极箔，进行化成处理后，得到铝粉烧结阳极箔。通过测试分析发现，石墨烯与铝粉可以实现良好的复合，质量分数为1.34%的石墨烯包覆量情况下，阳极箔的CV积可提升17%，损耗角正切值降低了5.56%，证明了适量的石墨烯可以优化烧结箔的性能。

2.3 在其它领域的应用

因铝粉颗粒的发光等金属特性，铝粉浆料在建筑、汽车、电磁屏蔽及燃料电池等领域，也得到应用。杨士国

等人采用最新的水分散铝浆制备金属闪光漆，以铝粉、硅丙乳液XG-2615（粘结剂）以及高触变疏水改性碱溶胀丙烯酸（增稠剂）为主要原料，当细铝粉用量为10%，粗铝粉用量为12%，粘结剂用量为50%，增稠剂用量为0.8%时，得到的闪光漆的遮盖和闪烁效果最佳。配合灰色底漆，避免薄喷时轻微露底的问题，可应用在建筑外墙上，展现靓丽的金属闪光效果。类似的闪光漆也应用于汽车装饰，华晨宝马的张立军

等，研究了各涂层膜厚、色漆闪干时间、预烘烤条件、喷涂参数等对水性漆中铝粉的定向排列以及颜色和外观的影响。西安交通大学王淑娟

等采用核壳结构的丙烯酸乳液作为成膜树脂，与非浮型水性铝粉颜料、各种涂料助剂等制备出一种汽车涂料用的水性金属闪光底色漆，解决了金属漆中铝粒子的沉降问题。铝粉浆料漆还可应用于电磁屏蔽，替代以往的纯银浆料以降低成本，在民用电子元器件、精密仪器等场合，经济效果显著

。铝粉浆料在燃料电池及氢能方向也有应用，南开大学的苗艳丽

等研究了一种低成本的铝粉-氢氧化钠反应体系，实现了制氢储氢一体化。将铝粉用石蜡油润湿，将水和油混合后缓慢加入铝粉，浆料放置15小时基本不会沉降。铝粉浆料还可用于制备农作物防病虫害的聚乙烯银灰色地膜

，由于铝粉的加入使得该膜具有银色反光的作用，有利于农作物的防病虫害，对促进植物生长及增产有显著效果。

3 结语和期望

铝粉浆料最有前景的应用主要集中在晶体硅太阳能电池、电解电容器电子铝箔等方向，不管是太阳能电池还是电子铝箔，目前都在朝着高比容量或高比电容、小体积和轻量化的方向发展。纳米铝粉由于其高的比表面积，高的表面能以及价格便宜的优势，逐步取代传统银粉，进入电子浆料行业。随着石油、天然气、煤炭等不可再生的传统能源的消耗，新型无污染的清洁能源将成为开发应用的热点，太阳能电池、铝电容器等储能元器件也将迎来发展高峰，从而促进铝粉浆料的研发和应用，推动我国电子浆料制备技术步入世界先进水平。

[1]周宗团,左文婧,何炫,张学硕,高浩斐,王钰凡,屈银虎．导电浆料的研究现状与发展趋势[J]．西安工程大学学报,2019,33(05)：538-548．

[2]Heinz F D,Breitwieser M,Gundel P,et al．Microscopic origin of the aluminium assisted spiking effects in n-type silicon solar cells[J]．Solar Energy Materials and Solar Cells,2014,131：105-109．

[3]Schneider A,Gerhards C,Fath P,et al．Bow Reducing Factors for Thin Screenprinted mc-Si Solar Cells with Al BSF[C]//IEEE Photovoltaic Specialists Conference．IEEE,2002．

[4]苏绍晶,冯旭,胡劲,王玉天．一种制备超细银粉的方法[P]．云南省：CN107457411B,2019-02-05．

[5]赵玉文．我国光伏产业发展概况及思考[C]//．第十届中国太阳能光伏会议论文集：迎接光伏发电新时代．,2008：26-40．

[6]马亚红,张宏,徐晓宙,韩鹏．一种用于太阳能电池背电极的超细球形铝粉浆料[J]．电子元件与材料,2010,29(07)：43-45．

[7]Tsai J T,Huang C Y,Lin S T．The Development of Conductive Pastes for Solar Cells[J]．Advanced Materials Research,2012,557-559：1201-1204．

[8]周继承,陈星．铝浆对多晶硅太阳能电池性能的影响[J]．应用科技,2017,44(03)：91-94．

[9]朱鹏,葛明,樊东娌．晶体硅太阳能电池背场铝浆研究[J]．化工时刊,2011,25(10)：23-26．

[10]张海珠,胡满成,牛净平,康永宁,胡菲,王蕾．硅基光伏电池铝浆性能的研究[J]．陕西师范大学学报(自然科学版),2010,38(06)：53-56．

[11]彭帅,邹文,汤森进,周剑,罗晖,胡昌文．溶剂对晶硅太阳能电池用铝浆性能影响[J]．电子元件与材料,2018,37(10)：54-59．

[12]邢云．太阳能电池铝浆的配方与性能研究[D]．南京理工大学,2014．

[13]丁冰冰,谢欣．铝粉活性对双面PERC太阳电池铝浆性能的影响[J]．太阳能,2022(03)：22-28．

[14]徐剑锋．玻璃粉对太阳能电池铝浆的性能研究[J]．山东化工,2021,50(08)：32-35．

[15]侯晨阳,付明,刘雷,尹光,汪小红,吕文中,范琳．玻璃粉对PERC太阳能电池铝电极结构和性能的影响[J]．材料导报,2020,34(22)：22005-22009．

[16]姜行．太阳能电池正银有机相和背铝玻璃粉的研究[D]．北京大学,2019．

[17]高舟．掺银玻璃粉的少量元素掺杂及其对效率的影响[D]．北京大学,2019．

[18]毛卫民．电解电容器铝粉烧结阳极箔的结构设计原理[J]．金属世界,2021(05)：44-49．

[19]平敏文,目秦将志．用于铝电解电容器的电极材料和制造该电极材料的方法[P]．日本 ：CN102017034A,2011-04-13．

[20]平敏文,藤本和也．铝电解电容器用电极材料的制造方法[P]．日本：CN112840422A,2021．

[21]杨时伦,李一卓,徐友龙．基于增材制造的铝粉电极箔的比容预测[J]．电子元件与材料,2021,40(06)：503-507．05-25．

[22]史瑞科,张于胜,白光珠,王立强,胥珊娜,刘璐．一种铝电解电容器阳极烧结箔用双组分铝浆及其制备方法[P]．陕西省：CN113658803A,2021-11-16．

[23]尹子豪,韩泽祖,赵晔航,徐友龙．石墨烯对铝粉烧结式阳极箔的影响研究[J]．电子元件与材料,2021,40(11)：1067-1071．

[24]杨士国．外墙用高性能水性金属闪光漆的研制[J]．涂层与防护,2019,40(10)：20-24．

[25]张立军,胡玲,郭书,苏海涛．施工工艺参数对水性汽车铝粉漆颜色和外观的影响[J]．涂料工业,2016,46(05)：70-75．

[26]王淑娟,汤汉良,罗晖．水性汽车金属闪光底色漆的制备及性能[J]．现代涂料与涂装,2011,14(12)：12-14．

[27]张宇阳．一种电磁屏蔽用银铝浆料及其制备方法[P]．陕西省：CN101950597B,2012-05-23．

[28]苗艳丽,焦丽芳,杨琳,黄岳祥,袁华堂．燃料电池制氢系统的研制[J]．南开大学学报(自然科学版),2008(05)：74-77．

[29]顾迪龙．聚乙烯银灰色地膜的研制[J]．合成树脂及塑料,1991(03)：42-44．