[發明專利]覆碳泡沫鋁復合物及其制備方法、集流體和過濾材料

在審

• 申請號: 201910160141.2
• 申請日: 2019-03-04
• 公開（公告）號: CN109786757A
• 公開（公告）日: 2019-05-21
• 發明（設計）人: 騫偉中;金鷹;崔超婕;繆永華;楊周飛;楊智皋;張抒婷;張剛
• 申請（專利權）人: 中天儲能科技有限公司;江蘇中天科技股份有限公司;清華大學
• 主分類號: H01M4/66
• 分類號: H01M4/66;H01G11/68;H01G11/70;B01D39/06
• 代理公司: 深圳市賽恩倍吉知識產權代理有限公司 44334
• 代理人: 劉麗華;孫芬

本發明提供的一種覆碳多孔鋁復合物，所述復合物為包覆型核殼結構，核體為鋁絲骨架和三維連通孔形成的泡沫鋁，殼層為具有若干微孔的碳層，所述碳層均勻包覆在所述鋁絲骨架的表面，所述碳層厚度為0.34nm?5μm。本發明中泡沫鋁為鋁絲骨架和三維連通孔形成的，鋁絲骨架表面均勻致密包覆有納米級至數微米級厚度的薄碳層，避免氧化膜的形成，與傳統多孔鋁材料相比有效提高其機械強度；在用作電化學儲能集流體時，能夠降低與電極材料的接觸電阻；微孔結構碳層不但能夠起到增加導電，改善界面接觸效果的功能，還具有儲能與固定活性物質的作用，提高電化學儲能器件的穩定性。

技術領域

本發明涉及材料技術領域，特別是指一種覆碳泡沫鋁復合物及其制備方法、集流體和過濾材料。

背景技術

本部分旨在為權利要求書中陳述的本發明的實施方式提供背景或上下文。此處的描述不因為包括在本部分中就承認是現有技術。

鋁基材料質輕、量多、性能優良，在工業中用途廣泛，主要包括各種導電、散熱、隔音用途及機械用途(如緩沖、減重與強度支撐)。同時，將鋁材制備成多孔薄膜狀材料，可以用作各種儲能器件的集流體，對于電化學儲能領域具有重要價值。制備多孔鋁的方法包括在多孔高分子薄膜上沉積鋁層，然后去除高分子基板；或將鋁粉進行粘合后燒結而得；也可以經過鋁熔融，通入氣體，吹泡而得。但現有通孔型的多孔鋁薄膜具有孔隙率大，機械強度低，不利于快速制備電極極片的缺點。同時，多孔鋁在空氣中放置時，或即使是在惰性氣體保護下，也容易在表面生成一層氧化膜，在與電極材料接觸時，接觸性較差，電阻較高，對于提高器件的功率密度不利。

發明內容

鑒于以上內容，有必要提供一種改進的覆碳泡沫鋁復合物，克服通孔型多孔鋁機械強度差、活性不可控，密度高(不易在流體中懸浮)的缺點，以及用于電化學儲能領域時多孔鋁集流體的機械強度差，電化學窗口窄，應用范圍受限的缺點。

本發明提供的技術方案為：一種覆碳泡沫鋁復合物，所述復合物為包覆型核殼結構，核體為鋁絲骨架和三維連通孔形成的泡沫鋁，殼層為具有若干微孔的碳層，所述碳層均勻包覆在所述鋁絲骨架的表面，所述碳層厚度為0.34nm-5μm。

進一步地，所述泡沫鋁為顆粒、塊狀或薄膜狀材料，孔隙率為50％-99％。

進一步地，所述三維連通孔的孔徑為1毫米以內，所述鋁絲骨架為數十微米粗細。

進一步地，所述微孔的孔容為0.1ml/g-2ml/g。

進一步地，所述碳層包括SP²雜化的和SP³雜化的，其中SP²雜化的碳的質量占比為60-99％，其余為SP³雜化的碳。

本發明還提供一種覆碳泡沫鋁復合物的制備方法，包括以下步驟：

將泡沫鋁在300-700℃下通入含碳源、或者含碳源及氮源的氣體處理0.1-3小時，在鋁絲骨架表面形成均勻、致密碳層；然后通入弱氧化劑在500-600℃下處理1-24小時，從而在碳層中造孔，得到微孔碳層包覆于泡沫鋁表面的復合物；

其中，

該覆碳泡沫鋁復合物為包覆型核殼結構，核體為鋁絲骨架和三維連通孔形成的泡沫鋁，殼層為具有若干微孔的碳層，所述碳層均勻包覆在所述鋁絲骨架的表面，所述碳層厚度為0.34nm-5μm；

所述泡沫鋁為顆粒、塊狀或薄膜狀材料，孔隙率為50％-99％；

所述三維連通孔的孔徑為1毫米以內，所述鋁絲骨架為數十微米粗細；

所述微孔的孔容為0.1ml/g-2ml/g；