泡沫镍基底上直接生长碳纳米管来制备电池电极的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于碳纳米管应用领域，具体是指泡沫镍基底上直接生长碳纳米管来制备 泡沫镍电池电极的方法。
【背景技术】
[0002] 泡沫镍具有优异的催化活性、呈多孔结构、表面积大，在镍氢电池、超级电容器等 多种电池能源器件中，泡沫镍是制备电池电极的重要材料。提高泡沫镍的催化活性、多孔 性、导电性等，对于增强电池器件的性能有重要意义。
[0003]碳纳米管（CNTs)具有典型的层状中空结构特征、较高的长径比、高机械强度、稳定 的化学性质，使得它在电池能源器件领域的应用得到广泛关注和研究。因此，将CNTs与泡 沫镍相结合，是提高相关电池能源器件性能的一条有效途径。
[0004]目前，现有技术中，CNTs在与泡沫镍相关的电池器件中的应用主要有两种途径： 第一种是将CNTs与电池活性材料混合干压或制成浆料涂覆到泡沫镍中，第二种是在泡沫 镍表面生长CNTs，主要目的包括提高活性材料的导电性、增加泡沫镍的比表面积和活性等。 在泡沫镍表面生长CNTs的应用中，制备结合性能优良的高质量CNT-基底结构是应用的关 键，直接影响器件的机械、导电导热性能及寿命。
[0005] 在现有技术中，泡沫镍上生长CNTs的工艺中，常用的手段是先沉积一层催化剂， 再经CVD进行CNTs生长。受CNTs生长机制的制约，因而这种方法存在一些固有缺陷，包 括： 1) 在结构性能方面，CNT-催化金属薄膜-基底之间难以形成强烈有机的结合，在不同 的应用条件冲击下，CNT薄膜易脱落，直接影响器件的性能和寿命； 2) CNT-催化金属薄膜-基底结构的导电性能不佳，影响电子、能源等器件的性能； 3) CNT-催化金属薄膜-基底结构的非紧密结合会造成较大的热耗散，不但会直接影 响能源器件的效率等特性，还会加速器件的老化。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是为了克服现有技术存在的缺点和不足，而提供一种泡沫镍基底上 直接生长碳纳米管来制备泡沫镍电池电极的方法。通过该方法碳纳米管在泡沫镍基底上生 长均匀、晶体性好、与基底结合力强且工艺步骤简单高效，从而提高了其作为泡沫镍电池电 极的性能。
[0007] 为实现上述目的，本发明的技术方案包括以下步骤： (1) 选用泡沫镍做碳纳米管化学气相沉积反应的催化与基底材料，对泡沫镍基底进行 化学和超声清洁； (2) 设置CVD反应装置，并在CVD反应装置中对泡沫镍基底直接进行碳纳米管的化学气 相沉积生长，所述CVD反应装置包括管式炉、设置于管式炉一侧的进气通道、以及设置于管 式炉另一端的真空抽气泵，将泡沫镍基底用耐高温托盘承载、放置在管式炉中间，用真空抽 气泵将管式炉抽至压强〈1Torr的真空状态，同时对管式炉进行加热，并向石英炉内通入载 气，当管式炉加热温度达到600-900°C时，向炉中通入适当流量比的碳氢气体，该碳氢气体 与载气的流量比为（10-40sccm) : (100-400sccm)，并控制反应炉内的压力在l-760Torr， 开始l-30min的碳纳米管生长，生长结束后，停止加热，关闭碳氢气源，维持载气通入，让反 应炉降温至室温，取出样品。
[0008] 进一步设置是所述的步骤（1)和（2)之间还设置有泡沫镍基底的阳极化处理，选 用酸性溶液，以泡沫镍基底为正极，选用耐腐蚀导体作负极，在两极间加以1-100V的固定 电压，持续〇. 1-10分钟，阳极化处理后对泡沫镍基底进行化学、超声清洗。
[0009] 该阳极化处理的原理和优点是：阳极钝化反应发生在金属基地与电解液接触的表 面上，金属基底作为阳极，通电后发生失电子的氧化反应，在外加电场影响下，金属离子自 金属点阵中逸脱，并越过金属氧化物界面进入氧化膜，向外迁移或扩散，形成孔隙，化学方 程式为：
【主权项】
1. 一种泡沫媒基底上直接生长碳纳米管来制备电池电极的方法，其特征在于包括w下 步骤： (1) 选用泡沫媒做碳纳米管化学气相沉积反应的催化与基底材料，对泡沫媒基底进行 化学和超声清洁； (2) 设置CVD反应装置，并在CVD反应装置中对泡沫媒基底直接进行碳纳米管的化学气 相沉积生长，所述CVD反应装置包括管式炉、设置于管式炉一侧的进气通道、W及设置于管 式炉另一端的真空抽气粟，将泡沫媒基底用耐高温巧盘承载、放置在管式炉中间，用真空抽 气粟将管式炉抽至压强<1 Torr的真空状态，同时对管式炉进行加热，并向石英炉内通入载 气，当管式炉加热温度达到600-90(TC时，向炉中通入适当流量比的碳氨气体，该碳氨气体 与载气的流量比为（10-40sccm) : (100-400sccm)，并控制反应炉内的压力在l-760Torr， 开始l-30min的碳纳米管生长，生长结束后，停止加热，关闭碳氨气源，维持载气通入，让反 应炉降温至室温，取出样品。
2. 根据权利要求1所述的一种泡沫媒基底上直接生长碳纳米管来制备泡沫媒电池电 极的方法，其特征在于：所述的步骤（1)和（2)之间还设置有泡沫媒基底的阳极化处理，选 用酸性溶液，W泡沫媒基底为正极，选用耐腐蚀导体作负极，在两极间加W 1-100V的固定 电压，持续0. 1-10分钟，阳极化处理后对泡沫媒基底进行化学、超声清洗。
3. 根据权利要求1所述的一种泡沫媒基底上直接生长碳纳米管来制备泡沫媒电池电 极的方法，其特征在于：所述的碳氨气体为己快、甲焼、己帰。
4. 根据权利要求1所述的一种泡沫媒基底上直接生长碳纳米管来制备泡沫媒电池 电极的方法，其特征在于：所述的步骤（2)中碳纳米管的生长温度为625C，生长压力为 SOTorr,生长时间 lOmin。
【专利摘要】本发明公开了一种泡沫镍基底上直接生长碳纳米管来制备泡沫镍电池电极的方法，包括以下步骤：（1）选用泡沫镍做碳纳米管化学气相沉积反应的催化与基底材料，对泡沫镍基底进行化学和超声清洁；（2）设置CVD反应装置，并在CVD反应装置中对泡沫镍基底直接进行碳纳米管的化学气相沉积生长，生长温度600-900℃时，该碳氢气体与载气的流量比为(10-40sccm):(100-400sccm)，生长压力在1-760Torr，生长时间1-30min。本发明的优点是对增强电池器件的性能起到了显著的作用，CNT-泡沫镍基底的比表面积和电化学活性有明显提高，基于CNT-泡沫镍基底的镍氢电池循环寿命性能显著改善。
【IPC分类】H01M4-28
【公开号】CN104577059
【申请号】CN201410763931
【发明人】董长昆, 谢非, 翟莹, 钱维金
【申请人】温州大学
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2014年12月11日