CN103806017A - 一种纳米多孔铝及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种纳米多孔铝及其制备方法，涉及多孔金属材料制备技术领域。本发明以金属锂为阳极，铝箔为阴极，在有机电解槽中通过锂离子在铝箔中的脱嵌过程，制得纳米多孔铝。本发明采用电解法制备出的纳米多孔铝，孔隙率高（40～60%），孔径为0.5-22nm，制备过程的能量利用率高，工艺简单，稳定性高而且可以连续制备。
Description
技术领域
本发明涉及多孔金属材料制备领域，尤其涉及的是一种纳米多孔铝及其制备方法。
背景技术
多孔金属材料是在20世纪80年代后期迅速发展起来的，具有非常优异的物理特性和良好的力学性能，因此在高端技术领域获得了广泛的应用，尤其是多孔铝，由于其独特的结构而具有许多优异的物理性能，首先，作为结构材料，多孔铝材料具有轻质、高比强度的特点；其次，作为功能材料，多孔铝具有能量吸收性好、换热散热能力高、吸声性好、渗透性好和电磁波吸收性好等多种物理性能。因此，在环保、能源和航空航天等高端技术领域，多孔铝获得了广泛的应用，也因而受到学术界和工业界的普遍关注。
现有的制备多孔金属的方法主要有熔体发泡法、铸造法、粉末冶金法和物理或化学沉积等。发泡法虽然工艺简单、成本较低，但是发泡过程不易控制；铸造法得到的产品孔隙分布均匀、孔隙率高，但该法的生产成本高、力学性能低；粉末冶金法可以对孔隙率在较宽范围内进行调整，而且可以得到均匀的孔隙率，然而这种方法的工艺太过复杂；物理或化学沉积法虽然也能得到连贯性好且分布均匀、孔隙率大的产品，但生产成本却太高。
对于多孔铝材料，高孔隙率、大小均匀而且可控的孔径一直是技术的壁垒和研究的关键，随着科技的进步及生产工艺研究的发展，多孔金属铝材料面临着向多样化、大型化及孔隙细微化等方向发展的趋势，如何寻求一种新的制备方法，其工艺简单、操作容易、成本低廉，可以获得孔隙率高、孔径细微化且大小均匀可控、稳定性高的制备工艺则是科学工作者一直努力的方向。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术在制备多孔铝中存在的问题，提供了一种纳米多孔铝及其制备方法。
本发明的技术方案如下：
一种纳米多孔铝的制备方法，其步骤如下：
（1）阳极采用金属锂，阴极采用铝箔，电解液采用锂离子电池用电解液，电解池采用密闭体系；
（2）以恒定电流给电解池通电，通过检测设备，检测到当充电电压平台上升后，停止通电；
（3）改变外电路，将电解池改为原电池，在恒定电流下放电，通过检测设备，检测到当放电电压下滑后，停止放电；
（4）收集电解池底部生成的产品，清洗烘干，得到纳米多孔铝。
所述的铝箔的厚度为1～100μm。
所述锂离子电池用电解液为无机锂盐或有机锂盐和EC、DMC、EMC、DEC、PC中的一种或多种的任意组合；其中无机锂盐为LiPF6、LiBF4、LiClO4或LiAsF6，有机锂盐为LiBOB、LiODFB、LiTFSI、LiBETI、LiFSI或LiFNFSI。
所述的制备方法制得的纳米多孔铝。
所述纳米多孔铝的外形为粉末状，粉体粒径为0.2-10μm，多孔铝的单个的金属铝粉体颗粒孔径为0.5～22nm，纳米多孔铝的孔隙率为40%～60%。
本发明通过电解法制备纳米多孔铝金属材料，产物孔隙率高、孔径均匀，材料粒径、孔隙率和孔径大小还可以通过调节电流密度等条件加以控制，制备工艺简单、成本低而且可以连续生产，原料金属锂利用率高，可重复利用而且损耗小，过程节能环保，电能经过储备后可循环利用，制备过程无废弃物产生。
附图说明
图1为本发明提供的电解法制备多孔铝在实施例1中所用到的电解槽结构示意图；其中：1-电源，2-导线，3-电解池，4-阳极（金属锂），5-阴极（铝箔），6-电解液。
图2为实施例1中在电解槽内通过电解法制备的多孔铝的SEM图。
图3为本发明提供的电解法制备多孔铝在实施例2中所用到的扣式模拟电解池结构示意图；其中：7-阳极盖，8-阳极（金属锂），9-隔膜，10-阴极（铝箔），11-垫片，12-弹片，13-密封圈，14-电解液，15-阴极盖。
图4为实施例2中在扣式电池内通过电解法制备的多孔铝的SEM图。
图5为本发明提供的电解法制备多孔铝在实施例3中所用到的软包装电解池结构示意图；其中：16-阴极极耳，17-阳极极耳，18-电解液，19-铝塑膜，20-阴极（铝箔），21-隔膜，22-阳极（金属锂）。
图6为实施例3中在软包装电解池内通过电解法制备的多孔铝的SEM图。
具体实施方式
以下结合具体实施例，对本发明进行详细说明。
实施例1
阳极采用金属锂板，阴极采用铝箔，以1.0mol/L的LiPF6/EC-PC-DMC（体积比1:1:3）作为电解液，电解池采用密闭体系（如图1）。在0.20-0.46V电压范围内以恒定直流电给电解池通电，通过检测设备，检测到当充电电压平台上升至上限电压后，停止通电。改变外电路，将电解池改为原电池，再以恒定直流电放电，通过检测设备，检测到当放电电压降至下限电压，自行停止放电。收集电解池底部生成的产品，用丙酮清洗二次、酒精清洗一次、去离子水清洗一次后烘干，得到纳米多孔铝。放入新的铝箔，重复操作。通过扫描电子显微镜观测（如图2），制备的产品由微米级颗粒疏松地堆砌而成起，粉体颗粒由大量纳米级金属微粒和微孔形成多孔结构，多孔铝的粉体粒径分布在0.5-2μm，经孔容孔径测试仪测试其孔隙率为47%。
实施例2
以Φ16.0*0.2mm规格的金属锂片作为阳极，Φ16.0*0.016μm大小的铝箔作为阴极，以1.0mol/L的LiPF6/EC-DEC-EMC（体积比1:1:1）作为电解液，采用Celgard2400为电池隔膜，在氩气保护手套箱中组装成CR2032型扣式电池作为模拟电解池（如图3）。在设定的0.20-0.46V电压范围内按照实施例1的步骤用直流电对模拟电解池进行充、放电，放电完毕后将外壳撤除，取出阴极生成的粉末，用丙酮清洗二次、酒精清洗一次、去离子水清洗一次后烘干，得到纳米多孔铝。通过扫描电子显微镜观测（如图4），多孔铝的粉体粒径分布在1-5μm，经孔容孔径测试仪测试其孔隙率为54%。
实施例3
以长*宽*厚=337.0mm*23.5mm*0.5mm大小的锂带做阳极，长*宽*厚=307.0mm*22.5mm*0.2mm大小的铝箔做阴极，卷绕成方形内芯，装入铝塑膜外壳，注入1.0mol/L的LiPF6/EC-DMC-EMC（体积比1:1:1）作为电解液，封装成软包装电解池（如图5）。在设定的0.20-0.46V电压范围内按照实施例1的步骤用直流电对电解池进行充、放电，放电完毕后将外壳拆除，取出阴极生成的粉末，用丙酮清洗二次、酒精清洗一次、去离子水清洗一次后烘干，得到纳米多孔铝。通过扫描电子显微镜观测（如图6），多孔铝的粉体粒径分布在2-10μm，经孔容孔径测试仪测试其孔隙率为60%。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (4)
1.一种纳米多孔铝的制备方法，其特征是，其步骤如下：
（1）阳极采用金属锂，阴极采用铝箔，电解液采用锂离子电池用电解液，电解池采用密闭体系；
（2）以恒定电流给电解池通电，通过检测设备，检测到当充电电压平台上升后，停止通电；
（3）改变外电路，将电解池改为原电池，在恒定电流下放电，通过检测设备，检测到当放电电压下滑后，停止放电；
（4）收集电解池底部生成的产品，清洗烘干，得到纳米多孔铝。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是，所述铝箔的厚度为1～100μm。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是，所述锂离子电池用电解液为无机锂盐或有机锂盐和EC、DMC、EMC、DEC、PC中的一种或多种的任意组合；其中无机锂盐为LiPF6、LiBF4、LiClO4或LiAsF6，有机锂盐为LiBOB、LiODFB、LiTFSI、LiBETI、LiFSI或LiFNFSI。
4.根据权利要求1～3任一所述的制备方法制得的纳米多孔铝。
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