[发明专利]一种微孔泡沫金属及其制备方法、泡沫金属集流体

说明书

本发明属于泡沫金属技术领域，特别涉及一种微孔泡沫金属及其制备方法，以及基于该微孔泡沫金属的集流体，所述的方法包括：(1)将高分子聚合物泡沫放入金属模具内，将石膏基浆料填充进金属模具的内腔，将金属模具放在振动装置上保持振动；(2)将模具烘干、固化、烧除高分子聚合物泡沫，得到石膏模具；(3)获得金属熔液；(4)将石膏模具置于浇注模具中，将金属熔液浇注到浇注模具中，通入压缩空气，置于振动装置上保持振动；(5)待金属熔液凝固后，用水冲洗石膏模具使其溃散并与泡沫金属脱离，得到微孔泡沫金属；本发明通过以高分子聚合物泡沫作为牺牲模，复制高分子聚合物泡沫的孔洞结构，获得孔径小于0.5mm的微孔泡沫金属材料。

技术领域

本发明属于泡沫金属技术领域，特别涉及一种微孔泡沫金属及其制备方法，以及基于该微孔泡沫金属的集流体。

背景技术

集流体是锂离子电池的重要组成部件之一，它能承载电极活性物质，并且可以将电极活性物质产生的电流汇集起来，从而产生较大的电流输出，提高锂离子电池的充/放电效率。原则上，理想的锂离子电池集流体应满足以下几个条件：化学与电化学稳定性好，电导率高，与电极活性物质的兼容性和结合力好，质量轻，力学性能好以及成本低、易制造。目前可用作锂离子电池集流体的材料有不锈钢、铜、铝、镍等金属导体材料、半导体材料以及复合材料等。但在实际应用过程中，这些集流体材料仍存在这样或那样的问题，不能完全满足上述多种需求。开孔泡沫金属是一种具有规则的，类似于海绵的三维网状结构，它既继承了其基体材料(如铜、铝等)良好的化学与电化学稳定性、高电导率以及与电极活性物质的兼容性，又由于其结构特性，具有质量轻、比强度/比刚度高等显著优点，特别是由于其多孔结构特征，具有较大的比表面积，可以与活性物质充分接触，增加电流的输入/输出，因此是一种非常具有潜力的集流体材料。研究表明，泡沫铜集流体可以抑制硅、锡负极活性物质在充放电过程中的体积变化，减缓其粉化现象，从而提高锂离子电池的性能。泡沫铜集流体电极的放电比容量明显优于铜箔/硅电极。因此，泡沫金属集流体在锂离子电池领域极具前景。

目前制约泡沫金属作为锂离子电池集流体材料的主要因素是制备不易，由于体积因素的制约，锂离子电池集流体用泡沫金属的三维网状结构需为微孔结构，泡沫孔洞必须很小，为微孔泡沫金属。而受当前制造工艺的限制，目前能制备的泡沫金属的孔洞大小有限，以开孔泡沫铝为例，目前国内所能制备的开孔泡沫铝的孔洞最小约为1.2mm，而国外目前能制备的开孔泡沫铝的孔洞最小能达到0.5-0.6mm。所以，目前亟需一种可以制备微孔(孔径小于0.5mm)泡沫金属的方法，为微孔泡沫金属在锂离子电池集流体领域的应用打下基础。

发明内容

本发明的目的在于提供一种微孔泡沫金属的制备方法，以解决目前微孔泡沫金属制备不易，孔洞大小有限的技术问题，获得孔径小于0.5mm的微孔泡沫金属材料。

为了实现上述目的，本发明第一方面提供了一种微孔泡沫金属的制备方法，所述的方法包括以下步骤：

(1)模具准备：将高分子聚合物泡沫放入金属模具内，然后将石膏基浆料缓慢的填充进所述金属模具的内腔，期间将所述的金属模具放在振动装置上保持振动；

(2)将步骤(1)中准备好的模具放入烘箱中，先升温至100-150℃，保温8小时干燥，然后升温至250-400℃，保温4-6小时固化，再升温至600-700℃，保温4-8小时将所述的高分子聚合物泡沫烧除，得到内腔形状与所述的高分子聚合物泡沫相一致的石膏模具；

(3)将构成泡沫金属的基体金属材料熔化，得到金属熔液；

(4)将步骤(2)中获得的石膏模具置于浇注模具中，将步骤(3)准备好的金属熔液浇注到所述的浇注模具中并将其密封，通入压缩空气并保压3-10min，且在此过程中，所述的浇注模具置于振动装置上保持振动；

(5)待金属熔液凝固且冷却至室温后，用水冲洗石膏模具使其溃散并与泡沫金属脱离，得到所述的微孔泡沫金属。