[发明专利]覆碳泡沫铝复合物及其制备方法、集流体和过滤材料

说明书

本发明提供的一种覆碳多孔铝复合物，所述复合物为包覆型核壳结构，核体为铝丝骨架和三维连通孔形成的泡沫铝，壳层为具有若干微孔的碳层，所述碳层均匀包覆在所述铝丝骨架的表面，所述碳层厚度为0.34nm‑5μm。本发明中泡沫铝为铝丝骨架和三维连通孔形成的，铝丝骨架表面均匀致密包覆有纳米级至数微米级厚度的薄碳层，避免氧化膜的形成，与传统多孔铝材料相比有效提高其机械强度；在用作电化学储能集流体时，能够降低与电极材料的接触电阻；微孔结构碳层不但能够起到增加导电，改善界面接触效果的功能，还具有储能与固定活性物质的作用，提高电化学储能器件的稳定性。

技术领域

本发明涉及材料技术领域，特别是指一种覆碳泡沫铝复合物及其制备方法、集流体和过滤材料。

背景技术

本部分旨在为权利要求书中陈述的本发明的实施方式提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。

铝基材料质轻、量多、性能优良，在工业中用途广泛，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)。同时，将铝材制备成多孔薄膜状材料，可以用作各种储能器件的集流体，对于电化学储能领域具有重要价值。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；或将铝粉进行粘合后烧结而得；也可以经过铝熔融，通入气体，吹泡而得。但现有通孔型的多孔铝薄膜具有孔隙率大，机械强度低，不利于快速制备电极极片的缺点。同时，多孔铝在空气中放置时，或即使是在惰性气体保护下，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

鉴于以上内容，有必要提供一种改进的覆碳泡沫铝复合物，克服通孔型多孔铝机械强度差、活性不可控，密度高(不易在流体中悬浮)的缺点，以及用于电化学储能领域时多孔铝集流体的机械强度差，电化学窗口窄，应用范围受限的缺点。

本发明提供的技术方案为：一种覆碳泡沫铝复合物，所述复合物为包覆型核壳结构，核体为铝丝骨架和三维连通孔形成的泡沫铝，壳层为具有若干微孔的碳层，所述碳层均匀包覆在所述铝丝骨架的表面，所述碳层厚度为0.34nm-5μm。

进一步地，所述泡沫铝为颗粒、块状或薄膜状材料，孔隙率为50％-99％。

进一步地，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。

进一步地，所述微孔的孔容为0.1ml/g-2ml/g。

进一步地，所述碳层包括SP²杂化的和SP³杂化的，其中SP²杂化的碳的质量占比为60-99％，其余为SP³杂化的碳。

本发明还提供一种覆碳泡沫铝复合物的制备方法，包括以下步骤：

将泡沫铝在300-700℃下通入含碳源、或者含碳源及氮源的气体处理0.1-3小时，在铝丝骨架表面形成均匀、致密碳层；然后通入弱氧化剂在500-600℃下处理1-24小时，从而在碳层中造孔，得到微孔碳层包覆于泡沫铝表面的复合物；

其中，

该覆碳泡沫铝复合物为包覆型核壳结构，核体为铝丝骨架和三维连通孔形成的泡沫铝，壳层为具有若干微孔的碳层，所述碳层均匀包覆在所述铝丝骨架的表面，所述碳层厚度为0.34nm-5μm；

所述泡沫铝为颗粒、块状或薄膜状材料，孔隙率为50％-99％；

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；

所述微孔的孔容为0.1ml/g-2ml/g；