CN105220114A - 金属复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种金属复合材料包括至少含有镍粉和钨粉共混成形成的三维多孔金属基底以及采用化学气相沉积法在所述三维多孔金属基底上长出石墨烯；三维多孔金属基底为三维网状结构，以聚胺酯海绵材料为基体，三维多孔金属基底沿厚度方向，有三层金属沉积量，其比值为：（3-10）:（2-5）:（3-10）。本发明的复合材料能够应用于储能，光伏，散热等诸多领域，具有广阔的发展前景。

Description

金属复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及金属材料及制备方法，特别涉及金属复合材料及制备方法。
背景技术
目前多孔金属材料多用于制作电池电极、过滤、催化剂载体等。石墨烯自被成功分离，就因其优异的物理特性引起科学界的广泛兴趣。作为世界上导电性最好的材料，石墨烯中的电子运动速度达到了光速的1/300，远远超过了电子在一般导体中的传导速度。根据其优异的导电性，使它在微电子领域也具有巨大的应用潜力。另外石墨烯材料还是一种优良的改性剂，把石墨烯作为导电材料与各种物质复合，应用到新能源领域如光伏，储能领域如锂离子电池和超级电容器，散热、导电等领域中。由于其高传导性、高比表面积，可适用于作为电极材料助剂。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中的不足，提供一种可承受较大电流冲击，可提高电池容量及使用寿命的金属复合材料。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：金属复合材料，包括至少含有镍粉和钨粉共混成形成的三维多孔金属基底以及采用化学气相沉积法在所述三维多孔金属基底上长出石墨烯；
所述的三维多孔金属基底为三维网状结构，以聚胺酯海绵材料为基体，三维多孔金属基底沿厚度方向，有三层金属沉积量，其比值为：
（3-10）:（2-5）:（3-10）。
进一步地，所述的化学沉淀法包括以下步骤：
a）程序升温：升温速率在5-20℃/分钟，加热至反应温度900-1200℃，恒温40-150分钟；
b）导入碳源、氢气和保护气，气体流量为100-500sccm，反应时间50-200分钟；
c）反应完毕后控制降温速率为10-50℃/分钟，冷却至室温。
本发明的另一目的在于提供一种制备多孔金属复合材料的方法，具体包括以下步骤：
1）将镍粉和钨粉共混，形成混合均匀的粉体；
2）以聚胺酯海绵材料为基体，采用物理气相沉积的方式在聚胺
酯海绵基材上沉积一层镍钨合金层，镍沉积量为0.2-0.8g/m2；
3）第一次电化学沉积：采用普通瓦特镍电沉积工艺及设备，在经步骤2）的基体上沉积镍钨合金层，控制镍沉积量为200-300g/m2；
4）第一次热处理：第一次电化学沉积后的半成品先在570-620℃焚烧后，再于950-980℃，在含70％氢气和30％氮气的保护气氛中进行还原处理，每平米材料热处理1.5-2小时；
5）表面处理：在9％(V/V)的硫酸溶液中浸泡，时间为15min；
6）第二次电化学沉积：采用普通瓦特镍电沉积工艺，采用双阳极组合方式，两个阳极面积相同，在经表面处理后的基体上进行电化学沉积，控制两面同时镍钨合金沉积量为160-180g/m2；
7）第二次热处理：对经第二次电沉积的材料在600-620℃，在70％氢气和30％氮气保护气氛中，每平米材料保温1.5-2小时；
8）采用化学气相沉积法在三维多孔金属基底上生长石墨烯，获得多孔金属复合材料。
本发明的有益效果：在保证多孔金属导电性能的同时增强了其内部孔连接结构的致密性和强度，由此改善了材料在应用于电极制备过程中容易出现断裂及内阻过大的问题，且有效地提高了材料的耐蚀性能。采用两次电沉积及热处理技术，使金属沉积量分层分布，多孔材料在微观层面具有电流的缓冲界面，因此客观上体现出比普通多孔材料更能承受大电流充放电性能，由此不仅增强了电池的工作安全性，同时有效增加了电池的使用寿命，更能满足动力电池的需要。本发明的复合材料能够应用于储能，光伏，散热等诸多领域，具有广阔的发展前景。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的技术方案作详细说明。
本发明的金属复合材料，包括至少含有镍粉和钨粉共混成形成的三维多孔金属基底以及采用化学气相沉积法在三维多孔金属基底上长出石墨烯；
三维多孔金属基底为三维网状结构，以聚胺酯海绵材料为基体，三维多孔金属基底沿厚度方向，有三层金属沉积量，其比值为：
（3-10）:（2-5）:（3-10）。
其中，化学沉淀法包括以下步骤：
a）程序升温：升温速率在5-20℃/分钟，加热至反应温度900-1200℃，恒温40-150分钟；
b）导入碳源、氢气和保护气，气体流量为100-500sccm，反应时间50-200分钟；
c）反应完毕后控制降温速率为10-50℃/分钟，冷却至室温。
实施例1
制备金属复合材料的方法，具体包括以下步骤：
1）将镍粉和钨粉共混，形成混合均匀的粉体；
2）以聚胺酯海绵材料为基体，采用物理气相沉积的方式在聚胺
酯海绵基材上沉积一层镍钨合金层，镍沉积量为0.2g/m2；
3）第一次电化学沉积：采用普通瓦特镍电沉积工艺及设备，在经步骤2）的基体上沉积镍钨合金层，控制镍沉积量为200g/m2；
4）第一次热处理：第一次电化学沉积后的半成品先在570℃焚烧后，再于950℃，在含70％氢气和30％氮气的保护气氛中进行还原处理，每平米材料热处理1.5小时；
5）表面处理：在9％(V/V)的硫酸溶液中浸泡，时间为15min；
6）第二次电化学沉积：采用普通瓦特镍电沉积工艺，采用双阳极组合方式，两个阳极面积相同，在经表面处理后的基体上进行电化学沉积，控制两面同时镍钨合金沉积量为160g/m2；
7）第二次热处理：对经第二次电沉积的材料在600℃，在70％氢气和30％氮气保护气氛中，每平米材料保温1.5小时；
8）采用化学气相沉积法在三维多孔金属基底上生长石墨烯，获得多孔金属复合材料。
实施例2
制备金属复合材料的方法，具体包括以下步骤：
1）将镍粉和钨粉共混，形成混合均匀的粉体；
2）以聚胺酯海绵材料为基体，采用物理气相沉积的方式在聚胺
酯海绵基材上沉积一层镍钨合金层，镍沉积量为0.5g/m2；
3）第一次电化学沉积：采用普通瓦特镍电沉积工艺及设备，在经步骤2）的基体上沉积镍钨合金层，控制镍沉积量为250g/m2；
4）第一次热处理：第一次电化学沉积后的半成品先在600℃焚烧后，再于960℃，在含70％氢气和30％氮气的保护气氛中进行还原处理，每平米材料热处理1.5小时；
5）表面处理：在9％(V/V)的硫酸溶液中浸泡，时间为15min；
6）第二次电化学沉积：采用普通瓦特镍电沉积工艺，采用双阳极组合方式，两个阳极面积相同，在经表面处理后的基体上进行电化学沉积，控制两面同时镍钨合金沉积量为170g/m2；
7）第二次热处理：对经第二次电沉积的材料在610℃，在70％氢气和30％氮气保护气氛中，每平米材料保温1.5小时；
8）采用化学气相沉积法在三维多孔金属基底上生长石墨烯，获得多孔金属复合材料。
实施例3
制备金属复合材料的方法，具体包括以下步骤：
1）将镍粉和钨粉共混，形成混合均匀的粉体；
2）以聚胺酯海绵材料为基体，采用物理气相沉积的方式在聚胺
酯海绵基材上沉积一层镍钨合金层，镍沉积量为0.8g/m2；
3）第一次电化学沉积：采用普通瓦特镍电沉积工艺及设备，在经步骤2）的基体上沉积镍钨合金层，控制镍沉积量为300g/m2；
4）第一次热处理：第一次电化学沉积后的半成品先在620℃焚烧后，再于980℃，在含70％氢气和30％氮气的保护气氛中进行还原处理，每平米材料热处理2小时；
5）表面处理：在9％(V/V)的硫酸溶液中浸泡，时间为15min；
6）第二次电化学沉积：采用普通瓦特镍电沉积工艺，采用双阳极组合方式，两个阳极面积相同，在经表面处理后的基体上进行电化学沉积，控制两面同时镍钨合金沉积量为180g/m2；
7）第二次热处理：对经第二次电沉积的材料在620℃，在70％氢气和30％氮气保护气氛中，每平米材料保温2小时；
8）采用化学气相沉积法在三维多孔金属基底上生长石墨烯，获得多孔金属复合材料。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (3)

1.金属复合材料，其特征在于：包括至少含有镍粉和钨粉共混成形成的三维多孔金属基底以及采用化学气相沉积法在所述三维多孔金属基底上长出石墨烯；
所述的三维多孔金属基底为三维网状结构，以聚胺酯海绵材料为基体，三维多孔金属基底沿厚度方向，有三层金属沉积量，其比值为：
（3-10）:（2-5）:（3-10）。
2.根据权利要求1所述的金属复合材料，其特征在于：所述的化学沉淀法包括以下步骤：
a）程序升温：升温速率在5-20℃/分钟，加热至反应温度900-1200℃，恒温40-150分钟；
b）导入碳源、氢气和保护气，气体流量为100-500sccm，反应时间50-200分钟；
c）反应完毕后控制降温速率为10-50℃/分钟，冷却至室温。
3.一种制备权利要求1所述的金属复合材料的方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
1）将镍粉和钨粉共混，形成混合均匀的粉体；
2）以聚胺酯海绵材料为基体，采用物理气相沉积的方式在聚胺
酯海绵基材上沉积一层镍钨合金层，镍沉积量为0.2-0.8g/m2；
3）第一次电化学沉积：采用普通瓦特镍电沉积工艺及设备，在经步骤2）的基体上沉积镍钨合金层，控制镍沉积量为200-300g/m2；
4）第一次热处理：第一次电化学沉积后的半成品先在570-620℃焚烧后，再于950-980℃，在含70％氢气和30％氮气的保护气氛中进行还原处理，每平米材料热处理1.5-2小时；
5）表面处理：在9％(V/V)的硫酸溶液中浸泡，时间为15min；
6）第二次电化学沉积：采用普通瓦特镍电沉积工艺，采用双阳极组合方式，两个阳极面积相同，在经表面处理后的基体上进行电化学沉积，控制两面同时镍钨合金沉积量为160-180g/m2；
7）第二次热处理：对经第二次电沉积的材料在600-620℃，在70％氢气和30％氮气保护气氛中，每平米材料保温1.5-2小时；
8）采用化学气相沉积法在三维多孔金属基底上生长石墨烯，获得多孔金属复合材料。
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