[发明专利]一种铝/碳复合电极的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属基纳米碳复合材料合成领域，尤其是涉及金属/碳纳米管、金属/富勒烯、金属/石墨烯复合材料、金属/氧化石墨烯的制备方法。

背景技术

铝作为一种电极材料，比能量高、价格低廉且资源丰富，是一种理想的阳极材料。碳纳米管作为一种一维纳米增强、增韧材料，可以极大的提高铝的强度、硬度、热稳定性、耐腐蚀性、导电、导热性能以及摩擦性能。

目前铝电极研究虽然较多，但很难突破其商业化应用的瓶颈，原因有几点：1)金属铝表面有一层保护膜，导致铝电极电位显著低于理论值而且电压行为明显滞后；2)铝电极应用于空气电池电极时，在空气或水溶液中易钝化，且在强碱性溶液中腐蚀速率较大，严重降低了铝阳极效率。因此开发新型的铝电极材料对于铝离子一次、二次电池、铝空气电池的商业化应用至关重要。

为了解决上述技术存在的问题，本发明由此而来。

发明内容

本发明目的在于解决现有技术中铝电极易钝化、易腐蚀、电压滞后、效率低等问题，提供一种可应用于铝电池的铝/碳复合电极材料。

为解决上述问题，本发明提供的技术方案为：一种铝/碳复合电极的制备，其包括如下步骤：

(1)采用铝胚料经过压延得到铝箔，厚度为0.1μm-1000μm；

(2)将纳米碳、发泡剂制备成浆料，利用涂布机涂覆至铝箔上并进行干燥处理；

(3)利用叠片机或卷绕机，将涂有纳米碳、发泡剂的铝箔进折叠或卷绕；

(4)在≤500℃轧制温度下，对步骤(3)所得材料进行三维反复轧制，使得纳米碳、发泡剂三维均匀分布于铝基材中；

(5)在一定温度下，将步骤(4)所得材料进行高温发泡，获得多孔铝/纳米碳复合材料；

(6)将步骤(5)所得材料放置在固定尺寸的模具中，在一定压力下进行压制，既得铝/碳复合电极。

本发明的一优选技术方案中，发泡剂选自氢化钛、氢化锆、氢化钙、氢化镁、氢化铒中的一种或两种以上的组合。

本发明的一优选技术方案中，发泡剂添加量为电极复合材料总重量0.1wt％-2wt％。

本发明的一优选技术方案中，纳米碳的涂层厚度为0.01-100μm。

本发明的一优选技术方案中，将纳米碳、发泡剂在醇类、酮类易挥发液体中均匀分散液得到浆料。

本发明的一优选技术方案中，所述步骤(4)中，三维反复轧制为对于涂有纳米碳的铝箔进行叠片后，沿垂直堆垛箔面的二维方向压延，然后叠片、卷绕，沿轴方向进行轧制，然后按照此工序反复进行N次，N≥2。

本发明的一优选技术方案中，高温发泡温度为660-800℃，发泡时间为10-120min,孔隙率为30％-98％。

本发明的一优选技术方案中，铝/碳复合电极中的纳米碳含量为电极复合材料总重量的0.01wt％-20wt％，优选为0.5wt％-10wt％，更优选为1wt％-3wt％。

本发明的一优选技术方案中，所述纳米碳选自碳纳米管、富勒烯、石墨烯、氧化石墨烯中的一种或两种以上的组合；为了进一步增加与基体的相亲性，也可以选自镀镍、铜、锌、金、银的碳纳米管、富勒烯、石墨烯、氧化石墨烯中的一种或两种以上的组合。

本发明的另一方面的技术问题，是提供一种前述方法制备得到的铝/碳复合电极，其中，制备复合电极的铝/纳米碳复合材料中，纳米碳添加量为电极复合材料总重量的0.01wt％-20wt％，发泡剂添加量为电极复合材料总重量的0.1wt％-2wt％，其余为铝。

本发明中，铝胚料经过压延得到铝箔，厚度为0.1μm-1000μm，优选为1μm-200μm，更优选为1μm-50μm。

本发明中，将纳米碳、发泡剂在醇类或酮类易挥发溶剂中均匀分散液得到浆料，其中的醇类溶剂包括但不限于甲醇、乙醇、异丙醇、正丁醇；所述的酮类溶剂包括但不限于丙酮、甲基丁酮、甲基异丁酮等。所述的溶液中还可以加入分散剂、稳定剂以增强浆料中纳米碳和发泡剂的分散性及稳定性。

本发明提出一种铝/碳复合电极的制备及应用，该方法将铝胚料压延成铝箔，用纳米碳、发泡剂浆料涂覆在铝箔表面，经过干燥、叠片或卷绕，反复三维轧制，高温发泡得到多孔铝/纳米碳复合材料。在涂覆过程中，经过预分散的纳米碳、发泡剂在铝箔上分布均匀，二者比例可控；通过叠片将铝/纳米碳复合箔复数层叠。