專利名稱：多孔金屬復合材料的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種多孔材料，特別涉及一種多孔金屬復合材料。
背景技術：
鎳氫動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用都已非常成熟，但在應用于汽車動力方面，卻出現(xiàn)了較大的問題，主要表現(xiàn)在以下方面
(I)汽車的起動需要較大的電流放電，這個性能要求電池的相關結構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汽車起動放電時，骨架材料非常容易遭到損壞，具體的表現(xiàn)為結構斷裂，造成電池隔膜刺穿，電池正負極短路，重則引起電池爆炸，危及生命安全，輕則引起電動汽車的使用 受到影響。(2)純電動汽車要求應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，因為需要確保材料一定的力學性能指標，整個材料的厚度無法有效降低，因此無法通過工藝改善來提升其體積密度，從而改善電池的能量密度。其它多孔材料，如多孔銅、多孔鎳鐵等在應用于催化劑載體、過濾材料等領域時，也由于物理性能特別是力學性能的抗拉強度較低而不適于采用，限制了其推廣應用。

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性能特別是抗拉強度和延伸率的多孔金屬復合材料。本發(fā)明方案如下
一種多孔金屬復合材料，在呈三維網(wǎng)狀的多孔金屬材料上覆載復合了碳納米管材料。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)實驗發(fā)現(xiàn)，多壁碳納米管管徑為10 50nm,壁厚5 IOnm,長度I 6 μ m比較適宜。上述材料可通過以下方法來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，通入氮氣和乙炔混合氣，在500 800°C條件下進行熱處理4 IOh,冷卻后即可。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點體現(xiàn)于
I.本發(fā)明的多孔金屬復合材料，由于在多孔金屬材料上覆載了具有較強機械性能的碳納米管，增強了其內(nèi)部孔連接結構的致密性和強度，由此不僅增強了材料的抗拉強度，更有效增強了材料的延伸性能。2.實驗發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明的多孔金屬復合材料，不僅有效改善了材料的比表面積和抗拉強度、延伸率等物理性能，同時提升了多孔金屬材料的導電性能，在將其用于制作電池的骨架材料時，可由此提升電池的能量密度和體積密度。


圖I實施例I的多孔金屬復合材料的SEM圖 圖2普通多孔金屬鎳材料的SEM圖
圖3實施例I的多孔鎳復合材料與常規(guī)多孔鎳材料的比表面積對比圖 圖4實施例I的多孔鎳復合材料與常規(guī)多孔鎳材料的抗拉強度對比圖 圖5采用實施例I的多孔鎳復合材料與常規(guī)多孔鎳材料組裝鎳氫電池循環(huán)測試對比圖
具體實施例方式 實施例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氣和乙炔組成的混合氣氛，氣體體積比為3 :2，在580°C條件下保溫熱處理8h，冷卻。將上述方法制備得到的材料置于電子顯微鏡下觀察而為了方便對比觀察，將同規(guī)格的常規(guī)多孔鎳材料也置于電子顯微鏡下觀察，，其SEM圖如圖2所示。對比發(fā)現(xiàn)，在呈三維網(wǎng)狀的多孔鎳金屬材料上覆載復合了多壁碳納米管材料。經(jīng)測量，這些多壁碳納米管管徑的分布為10 50nm,壁厚5 IOnm,長度I 6 μ m。將上述覆載了碳納米管的多孔鎳復合材料與現(xiàn)有的常規(guī)多孔鎳金屬材料在相同條件下進行比表面積和抗拉強度檢測。測試結果如圖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，在如下條件下進行電化學循環(huán)性能測試
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
測試結果如圖5所示，從圖5中可以看出，采用上述多孔鎳復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%。實施例2
采用與實施例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.熱處理采用氮氣與乙炔混合氣體，其中氣體的體積比為75%的氮氣，25%乙炔，熱處理溫度為650°C，熱處理時間為6h。將上述方法制備得到的材料置于電子顯微鏡下觀察，在呈三維網(wǎng)狀的多孔銅金屬材料上覆載復合了多壁碳納米管材料。經(jīng)測量，這些多壁碳納米管管徑的分布為10 50nm,壁厚5 IOnm,長度I 6 μ m。上述覆載了碳納米管的多孔銅復合材料的比表面積較常規(guī)多孔銅材料可提升近16%，而材料的抗拉強度也可提升25%。實施例3采用實施例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.熱處理采用氮氣與乙炔混合氣體，其中氣體的體積比為70%氮氣，30%乙炔，熱處理溫度為800°C，熱處理時間為4h ；
將上述方法制備得到的材料置于電子顯微鏡下觀察，在呈三維網(wǎng)狀的多孔鎳鐵金屬材料上覆載復合了多壁碳納米管材料。經(jīng)測量，這些多壁碳納米管管徑的分布為10 50nm，壁厚5 IOnm,長度I 6 μ m。
上述覆載了碳納米管的多孔鎳鐵金屬復合材料比表面積較常規(guī)多孔鎳鐵材料可提升近20%，而材料的抗拉強度也可提升20%。
權利要求
1.多孔金屬復合材料，其特征在于在呈三維網(wǎng)狀的多孔金屬材料上覆載復合了碳納米管材料。
2.如權利要求I所述的多孔金屬復合材料，其特征在于所述的碳納米管優(yōu)選多壁碳納米管材料。
3.如權利要求2所述的多孔金屬復合材料，其特征在于所述的多壁碳納米管管徑為10 50nm,壁厚5 IOnm,長度I 6 u m。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種多孔金屬復合材料，在呈三維網(wǎng)狀的多孔金屬材料上覆載復合了碳納米管材料，碳納米管管徑為10～50nm，壁厚5～10nm，長度1～6μm。本發(fā)明的多孔金屬復合材料，由于在多孔金屬材料上覆載了具有較強機械性能的碳納米管，增強了其內(nèi)部孔連接結構的致密性和強度，由此不僅增強了材料的抗拉強度，更有效增強了材料的延伸性能，同時提升了多孔金屬材料的導電性能，在將其用于制作電池的骨架材料時，可由此提升電池的能量密度和體積密度。
文檔編號H01M4/80GK102709569SQ20121019812
公開日2012年10月3日 申請日期2012年6月15日 優(yōu)先權日2012年6月15日
發(fā)明者周詩彪, 朱濟群, 楊基峰, 肖進春, 陳紅輝, 陳遠道, 黃小兵, 龍文貴 申請人:常德力元新材料有限責任公司