[发明专利]覆碳泡沫铝复合材料及其制备方法、集流体及过滤材料

说明书

本发明提供一种覆碳泡沫铝复合材料，所述覆碳泡沫铝复合材料为包覆型核壳结构，核体为铝丝骨架和三维连通孔形成的泡沫铝，壳层为碳层，所述碳层均匀包覆在所述铝丝骨架的表面，所述碳层的厚度为0.34nm～4μm。本发明提供的覆碳泡沫铝复合材料，在泡沫铝结构上包覆连续碳膜，使多泡沫铝膜材料的机械强度提高20‑80％；用做储能器件(电池，电容器，电池电容等)的集流体材料时，与不涂覆碳的泡沫铝集流体相比，涂覆碳的泡沫铝集流体与电极材料的接触电阻降低50％‑99.5％。

技术领域

本发明涉及材料领域，尤其涉及覆碳泡沫铝复合材料及其制备方法、集流体及过滤材料。

背景技术

铝基材料在工业中应用广泛，主要包括各种导电、散热、隔音用途及机械用途(如缓冲、减重与强度支撑)，目前2-4.5V锂离子电池中，正极的集流体材料全是铝的，铝材制备成多孔薄膜状材料，可以用作各种电化学储能的集流体。制备多孔铝的方法包括在多孔高分子薄膜上沉积铝层，然后去除高分子基板；也可以将铝粉进行粘合后烧结而得；也可以通过将铝熔融，通入气体，吹泡而得。但通孔型的多孔铝薄膜具有孔隙率大，机械强度低，不方便快速制备电极极片的缺点。同时，多孔铝在空气中放置时，或即使是在保护气体保护下，也容易在表面生成一层氧化膜，在与电极材料接触时，接触性较差，电阻较高，对于提高器件的功率密度不利。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种改进的覆碳泡沫铝复合材料，其能够有效提高泡沫铝的机械强度以及降低与电极材料的接触电阻。

一种覆碳泡沫铝复合材料，所述覆碳泡沫铝复合材料为包覆型核壳结构，核体为铝丝骨架和三维连通孔形成的泡沫铝，壳层为碳层，所述碳层均匀包覆在所述铝丝骨架的表面，所述碳层的厚度为0.34nm～4μm。

进一步的，所述泡沫铝为开孔状的颗粒、块状或薄膜状材料，所述泡沫铝上的孔隙率为50-99％。

进一步的，所述三维连通孔的孔径为1毫米以内，所述铝丝骨架为数十微米粗细。

一种所述覆碳泡沫铝复合材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，将有机化合物涂覆在泡沫铝上，在有溶剂存在的情况下，在50-100℃下干燥0.1-5小时，使溶剂挥发；

步骤2，在保护气氛下升温至250-660℃进行碳化0.5-8小时以在泡沫铝表面形成碳膜，然后在保护气氛作用下，温度降至室温后取出，其中升温速率为10-50℃每分钟；

步骤3，重复步骤1和步骤2，直至达到所需的碳膜的厚度。

进一步的，所述步骤1中的有机化合物为液态、固态或膏状。

进一步的，所述步骤1中的有机化合物包括环氧树脂、聚丙烯腈、聚烯烃、不饱和聚酯树脂、聚氯乙烯、聚偏二氯乙烯、聚乙烯醇、液体橡胶中的一种或多种组合。

进一步的，所述步骤1中的溶剂包括醚类、醇类、酮类、芳烃类、卤代烃类、酚类、酯类、酰胺、砜及亚砜类中的一种或多种。

进一步的，所述保护气氛中的气体为氩气、氩气中的一种或多种组合。

一种集流体，采用上述的覆碳泡沫铝复合材料制成，所述覆碳泡沫铝的两侧设有未包覆碳的区域，所述未包覆碳的区域用于焊接极耳。

一种过滤材料，采用上述的覆碳泡沫铝复合材料制成，所述过滤材料用于过滤或吸附物质，可以用于过滤或吸附阳离子、细胞、重金属、非极性有机物以及颗粒等。