[发明专利]一种多孔金属复合电极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种多孔金属复合电极材料及其制备方法。

背景技术

随着全球能源危机以及地球环境恶化问题的日趋严重，人们越来越重视新能源的使用，其中化学储能是目前应用最广泛、最成熟的技术之一。目前的新型化学储能元器件主要是各类型的化学电源及物理储电器件等。制作化学电源的正极电极材料主要使用泡沫多孔金属材料作为载体，然而多孔金属材料局限于技术的发展，无法有效满足高比表面积、高传导电阻等固有特性，因此严重限制了化学电源的发展。

发明内容

本发明旨在提供一种具有较高比表面积、可提高电池电容量、提高电池充电效率的多孔复合电极材料及其制备方法。

本发明通过以下方案实现：

一种多孔金属复合电极材料，在呈三维网状的多孔金属材料表面覆有由碳纳米管和镍纤维组成的复合物，其中碳纳米管与镍纤维的质量比为（0.5~1）:（0.05~0.1）。

实验发现，碳纳米管和镍纤维复合物层的厚度为5~10μm，碳纳米管的管径为50~100nm，长度为1~10μm；镍纤维的直径为1~10μm，长度100~500μm时，材料性能较优。

上述多孔金属复合电极材料的制备方法，按以下步骤进行：

（1）表面处理：将作为基底的多孔金属材料置于具有还原气氛且温度为700~1000℃的还原炉中处理1~5h。作为基底的多孔金属材料可采用开孔率为80~98%，厚度为0.5~1.0mm，平均孔径为100~500μm的泡沫镍、泡沫铜等现有多孔金属材料。

（2）表面冷喷涂复合物：按质量比为（0.5~1）:（0.05~0.1）将碳纳米管和镍纤维混合，然后采用冷喷涂工艺将混合粉末喷涂至作为基底的多孔金属材料表面上形成一层复合物，保持表面冷喷涂复合物层厚度为5~10μm。复合物中碳纳米管的管径为50~100nm，长度为1~10μm；复合物中镍纤维的直径为1~10μm，长度100~500μm。

（3）高温还原处理：将经过步骤（2）的材料置于具有还原气氛且温度为300~500℃的还原炉中处理3~5h，得到多孔金属复合电极材料。

与现有技术相比，本发明的优点体现于：

1. 本发明的多孔金属复合电极材料，在多孔金属材料表面覆载了一层碳纳米管与镍纤维的复合物，其比表面积比常规电极材料高45%以上，导电性能较好，使用本发明材料制备超级电容器或镍氢动力电池等化学电源，可在较短时间内完成充电过程，提高充电效率，同时电容量可提升20%以上。

２.本发明采用冷喷涂工艺制作复合多孔金属材料，基体材料与复合涂层材料的结合力牢固，工艺较简单。

具体实施方式

实施例1

采用开孔率为80%、厚度为0.5mm、平均孔径为100μm的泡沫镍材料为基底材料，按以下步骤进行制备：

（1）表面处理：将泡沫镍材料置于具有氢气气氛且温度为700℃的还原炉中处理5h，去除泡沫镍材料表面的氧化膜。

（2）表面冷喷涂复合物：先将管径为50nm、长度为1μm的碳纳米管与直径为1μm、长度为100μm的镍纤维按质量比为0.5 : 0.05混合，然后采用冷喷涂工艺将混合粉末喷涂至泡沫镍材料表面上形成一层复合物，表面冷喷涂复合物层厚度为5μm。

（3）高温还原处理：将经过步骤（2）的材料置于具有氢气还原气氛且温度为300℃的还原炉中处理5h，得到多孔镍复合电极材料。

实施例2

实施例１方法制备得到的多孔镍复合电极材料，通过检测，多孔镍复合电极材料表面覆有的碳纳米管和镍纤维组成的复合物厚度为5μm；碳纳米管管径为50nm、长度为1μm，镍纤维的直径为1μm、长度为100μm。

将实施例１方法制备得到的多孔镍复合电极材料与常规的泡沫镍材料进行对比检测，其检测结果见表一所示。从表一中的检测结果对比看出，本发明的多孔镍复合电极材料其比表面积比常规的泡沫镍高87.5%。

表一不同材料的性能对比检测结果

将本发明的多孔镍复合电极材料与常规的泡沫镍材料按相同工艺制成镍氢动力SC3000电池，使用5C充放电进行循环寿命对比检测，其检测结果见表二所示。从表一中的检测结果对比看出，使用本发明的多孔镍复合电极材料制成的电池其5C充放电循环寿命次数比使用常规泡沫镍材料制成的电池高66.7%。