專(zhuān)利名稱(chēng)：多孔金屬?gòu)?fù)合材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種多孔材料，特別涉及一種多孔金屬?gòu)?fù)合材料。
背景技術(shù)：
鎳氫動(dòng)力電池的主要骨架材料——多孔鎳是一種典型的多孔金屬材料，目前，通用的多孔鎳在民用小電池的制備及應(yīng)用都已非常成熟，但在應(yīng)用于汽車(chē)動(dòng)力方面，卻出現(xiàn)了較大的問(wèn)題，主要表現(xiàn)在以下方面
(I)汽車(chē)的起動(dòng)需要較大的電流放電，這個(gè)性能要求電池的相關(guān)結(jié)構(gòu)在瞬間能承受較大電流的放電，并且要求電流的放電平衡。而目前這種多孔鎳材料制作的鎳氫電池在遇到EV或HEV汽車(chē)起動(dòng)放電時(shí)，骨架材料非常容易遭到損壞，具體的表現(xiàn)為結(jié)構(gòu)斷裂，造成電池隔膜刺穿，電池正負(fù)極短路，重則引起電池爆炸，危及生命安全，輕則引起電動(dòng)汽車(chē)的使用 受到影響。(2)純電動(dòng)汽車(chē)要求應(yīng)用的電源能有較大的能量密度以及體積密度，而目前的這種多孔鎳材料，因?yàn)樾枰_保材料一定的力學(xué)性能指標(biāo)，整個(gè)材料的厚度無(wú)法有效降低，因此無(wú)法通過(guò)工藝改善來(lái)提升其體積密度，從而改善電池的能量密度。其它多孔材料，如多孔銅、多孔鎳鐵等在應(yīng)用于催化劑載體、過(guò)濾材料等領(lǐng)域時(shí)，也由于物理性能特別是力學(xué)性能的抗拉強(qiáng)度較低而不適于采用，限制了其推廣應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在提供一種可有效提高材料的力學(xué)性能特別是抗拉強(qiáng)度和延伸率的多孔金屬?gòu)?fù)合材料。本發(fā)明方案如下
一種多孔金屬?gòu)?fù)合材料，在呈三維網(wǎng)狀的多孔金屬材料上覆載復(fù)合了碳納米管材料。綜合考慮成本、制作工藝等，所述的碳納米管優(yōu)選多壁碳納米管材料。經(jīng)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，多壁碳納米管管徑為10 50nm,壁厚5 IOnm,長(zhǎng)度I 6 μ m比較適宜。上述材料可通過(guò)以下方法來(lái)制備將普通多孔金屬材料置于金屬硝酸鹽中浸泡10 30min，然后取出干燥，再將干燥后的多孔金屬材料置于熱處理爐中，通入氮?dú)夂鸵胰不旌蠚?，?00 800°C條件下進(jìn)行熱處理4 IOh,冷卻后即可。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)于
I.本發(fā)明的多孔金屬?gòu)?fù)合材料，由于在多孔金屬材料上覆載了具有較強(qiáng)機(jī)械性能的碳納米管，增強(qiáng)了其內(nèi)部孔連接結(jié)構(gòu)的致密性和強(qiáng)度，由此不僅增強(qiáng)了材料的抗拉強(qiáng)度，更有效增強(qiáng)了材料的延伸性能。2.實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明的多孔金屬?gòu)?fù)合材料，不僅有效改善了材料的比表面積和抗拉強(qiáng)度、延伸率等物理性能，同時(shí)提升了多孔金屬材料的導(dǎo)電性能，在將其用于制作電池的骨架材料時(shí)，可由此提升電池的能量密度和體積密度。


圖I實(shí)施例I的多孔金屬?gòu)?fù)合材料的SEM圖 圖2普通多孔金屬鎳材料的SEM圖
圖3實(shí)施例I的多孔鎳復(fù)合材料與常規(guī)多孔鎳材料的比表面積對(duì)比圖 圖4實(shí)施例I的多孔鎳復(fù)合材料與常規(guī)多孔鎳材料的抗拉強(qiáng)度對(duì)比圖 圖5采用實(shí)施例I的多孔鎳復(fù)合材料與常規(guī)多孔鎳材料組裝鎳氫電池循環(huán)測(cè)試對(duì)比圖
具體實(shí)施例方式 實(shí)施例I
將95PPI，厚度為I. 6mm的多孔鎳材料置于硝酸根濃度為I. 5mol/L的硝酸鎳溶液中浸泡25min，然后取出干燥，再將干燥后的多孔鎳材料置于熱處理爐中，熱處理爐中包含由氮?dú)夂鸵胰步M成的混合氣氛，氣體體積比為3 :2，在580°C條件下保溫?zé)崽幚?h，冷卻。將上述方法制備得到的材料置于電子顯微鏡下觀(guān)察而為了方便對(duì)比觀(guān)察，將同規(guī)格的常規(guī)多孔鎳材料也置于電子顯微鏡下觀(guān)察，，其SEM圖如圖2所示。對(duì)比發(fā)現(xiàn)，在呈三維網(wǎng)狀的多孔鎳金屬材料上覆載復(fù)合了多壁碳納米管材料。經(jīng)測(cè)量，這些多壁碳納米管管徑的分布為10 50nm,壁厚5 IOnm,長(zhǎng)度I 6 μ m。將上述覆載了碳納米管的多孔鎳復(fù)合材料與現(xiàn)有的常規(guī)多孔鎳金屬材料在相同條件下進(jìn)行比表面積和抗拉強(qiáng)度檢測(cè)。測(cè)試結(jié)果如圖3和圖4所示。從圖3可發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明的多孔鎳復(fù)合材料比表面積平均值為2075. 7cm2/cm3,而常規(guī)多孔金屬材料的比表面積平均值在1778. 4 cmVcm3，在綜合比表面積方面前者比后者提升了近15%。從圖4中可反映出，在材料抗拉強(qiáng)度性能方面，前者比后者提升了近23%。將上述覆載了碳納米管的多孔鎳復(fù)合材料與現(xiàn)有的常規(guī)多孔鎳材料在相同條件下組裝成鎳氫電池，在如下條件下進(jìn)行電化學(xué)循環(huán)性能測(cè)試
恒流充電IC充電至1.9V 恒壓充電恒壓I. 9V，IC電流限流50mA 恒流放電IC放電至I. 2V
測(cè)試結(jié)果如圖5所示，從圖5中可以看出，采用上述多孔鎳復(fù)合材料組裝的電池的循環(huán)性能比采用普通多孔鎳材料的組裝的電池提升近20%。實(shí)施例2
采用與實(shí)施例I基本相同制備方法，與其不同的工藝條件如下
1.采用95PPI，厚度為1.6 mm的多孔銅材料為基體材料；
2.將多孔銅材料置于硝酸根濃度為2.5mol/L硝酸銅溶液中浸泡20min ；
3.熱處理采用氮?dú)馀c乙炔混合氣體，其中氣體的體積比為75%的氮?dú)猓?5%乙炔，熱處理溫度為650°C，熱處理時(shí)間為6h。將上述方法制備得到的材料置于電子顯微鏡下觀(guān)察，在呈三維網(wǎng)狀的多孔銅金屬材料上覆載復(fù)合了多壁碳納米管材料。經(jīng)測(cè)量，這些多壁碳納米管管徑的分布為10 50nm,壁厚5 IOnm,長(zhǎng)度I 6 μ m。上述覆載了碳納米管的多孔銅復(fù)合材料的比表面積較常規(guī)多孔銅材料可提升近16%，而材料的抗拉強(qiáng)度也可提升25%。實(shí)施例3采用實(shí)施例I基本相同的方式制備，與其不同的工藝條件如下
1.采用110PPI，厚度為I.7mm的多孔鎳鐵材料為基體材料；
2.將多孔鎳鐵材料置于硝酸根濃度為4.5mol/L硝酸鎳鐵混合溶液中浸泡IOmin ；
3.熱處理采用氮?dú)馀c乙炔混合氣體，其中氣體的體積比為70%氮?dú)猓?0%乙炔，熱處理溫度為800°C，熱處理時(shí)間為4h ；
將上述方法制備得到的材料置于電子顯微鏡下觀(guān)察，在呈三維網(wǎng)狀的多孔鎳鐵金屬材料上覆載復(fù)合了多壁碳納米管材料。經(jīng)測(cè)量，這些多壁碳納米管管徑的分布為10 50nm，壁厚5 IOnm,長(zhǎng)度I 6 μ m。
上述覆載了碳納米管的多孔鎳鐵金屬?gòu)?fù)合材料比表面積較常規(guī)多孔鎳鐵材料可提升近20%，而材料的抗拉強(qiáng)度也可提升20%。
權(quán)利要求
1.多孔金屬?gòu)?fù)合材料，其特征在于在呈三維網(wǎng)狀的多孔金屬材料上覆載復(fù)合了碳納米管材料。
2.如權(quán)利要求I所述的多孔金屬?gòu)?fù)合材料，其特征在于所述的碳納米管優(yōu)選多壁碳納米管材料。
3.如權(quán)利要求2所述的多孔金屬?gòu)?fù)合材料，其特征在于所述的多壁碳納米管管徑為10 50nm,壁厚5 IOnm,長(zhǎng)度I 6 u m。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種多孔金屬?gòu)?fù)合材料，在呈三維網(wǎng)狀的多孔金屬材料上覆載復(fù)合了碳納米管材料，碳納米管管徑為10～50nm，壁厚5～10nm，長(zhǎng)度1～6μm。本發(fā)明的多孔金屬?gòu)?fù)合材料，由于在多孔金屬材料上覆載了具有較強(qiáng)機(jī)械性能的碳納米管，增強(qiáng)了其內(nèi)部孔連接結(jié)構(gòu)的致密性和強(qiáng)度，由此不僅增強(qiáng)了材料的抗拉強(qiáng)度，更有效增強(qiáng)了材料的延伸性能，同時(shí)提升了多孔金屬材料的導(dǎo)電性能，在將其用于制作電池的骨架材料時(shí)，可由此提升電池的能量密度和體積密度。
文檔編號(hào)H01M4/80GK102709569SQ20121019812
公開(kāi)日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2012年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月15日
發(fā)明者周詩(shī)彪, 朱濟(jì)群, 楊基峰, 肖進(jìn)春, 陳紅輝, 陳遠(yuǎn)道, 黃小兵, 龍文貴 申請(qǐng)人:常德力元新材料有限責(zé)任公司