一种碳纳米管及其应用制造技术

本发明专利技术涉及一种碳纳米管及其应用，在高倍透射电镜下可见，该碳纳米管的管壁碳层晶格条纹与所述碳纳米管的管轴向呈5°～15°夹角。这种结构可以提供更多的边缘储锂位点及更短的锂离子迁移通道，有利于储锂性能的提升。该碳纳米管更适合用作锂离子电池的负极材料，含该碳纳米管的柔性薄膜电极作为锂离子电池负极时，具有高比容量及良好的倍率性能和循环稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种碳纳米管及其应用
本专利技术涉及一种碳纳米管及其应用。
技术介绍
随着柔性及可穿戴电子设备的发展，人们对高效柔性电池的需求日益迫切，其中的关键是柔性薄膜电极的开发。在柔性导电基底(比如碳纤维布或碳纤维纸)上负载活性物质或直接生长活性物质是制备柔性电极的重要途径。GuanhuaZhang等人公开了一种具有核壳结构纳米阵列的碳纤维布柔性电极(High-PerformanceandUltra-StableLithium-IonBatteriesBasedonMOF-DerivedZnO@ZnOQuantumDots/CCore–ShellNanorodArraysonaCarbonClothAnode，AdvancedMaterials,2015,27,2400-2405)。其首先通过低温溶液沉积反应在柔性碳布基底上取向生长ZnO纳米棒阵列，然后以该ZnO纳米棒为模板及锌源，2-甲基咪唑为配体及刻蚀剂，在ZnO纳米棒表面包覆沸石咪唑酯骨架材料，最后在650℃及高纯N2下焙烧，使沸石咪唑酯骨架材料包覆层转变成无定型碳骨架及ZnO量子点，从而获得生长于碳布上的ZnO@ZnO量子点/C核壳结构的纳米棒阵列。该材料在100mA/g的电流密度下具有1055mAh/g的可逆(脱锂)比容量，也具有良好的倍率性能(1000mA/g的电流密度下，具有530mAh/g的可逆(脱锂)比容量及循环稳定性(在500mA/g电流密度下循环100周容量损失仅11％)。JunChen等人公开了一种用于锂离子电池的碳纤维纸柔性电极(CarbonnanotubenetworkmodifiedcarbonfibrepaperforLi-ionbatteries，Energy&EnvironmentalScience,2009,2,393–396)。其将铁化合物浸渍在碳纤维纸上作为催化剂，以乙烯为碳源，用气相沉积法在碳纤维纸上生长碳纳米管，从而制得碳纤维纸柔性电极。以碳纳米管计，在循环50周后，该柔性电极的可逆(脱锂)比容量为546mAh/g。综上所述，现有的柔性薄膜电极中，或者制备工艺复杂，或者性能还不理想，因此有必要开发制备工艺更简单、性能更优良的柔性薄膜电极。
技术实现思路
本专利技术的目的之一是提供一种柔性薄膜电极，该电极用作锂离子电池的负极时，具有更好的性能。本专利技术的目的之二是利用廉价的重油来制备前述的柔性薄膜电极。本专利技术的目的之三是提供一种新颖的碳纳米管，该碳纳米管更适合用作锂离子电池的负极材料。具体而言，本专利技术包括以下内容。1.一种电极的制备方法，其特征在于，以重油为碳源，以负载了镍钴水滑石的碳纤维布或碳纤维纸为基底，用气相沉积法在所述的基底上生长碳纳米管，即得所述的电极。2.按照1所述的制备方法，其特征在于，所述基底由以下方法制得：在浸有碳纤维布或碳纤维纸的液相反应体系中，合成镍钴水滑石，得到负载了镍钴水滑石的碳纤维布或碳纤维纸，即所述的基底。3.按照1或2所述的制备方法，其特征在于，所述基底由以下方法制得：(1)配制镍盐、钴盐和季铵盐的溶液，溶剂为醇、水或二者的混合物；(2)将碳纤维布或碳纤维纸浸入该溶液中，然后在100℃～200℃下反应20小时以上，得到负载了镍钴水滑石的碳纤维布或碳纤维纸，即所述的基底。4.按照3所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，以溶剂的质量为1且以钴元素的质量计，钴盐的用量为0.0004～0.0008；镍盐的用量使镍与钴的摩尔比为1～2.5：1；季铵盐的用量使季铵盐与钴的摩尔比为7.5～10：1。5.按照3或4所述的制备方法，其特征在于，所述的醇为甲醇、乙醇、异丙醇或乙二醇。6.按照3～5中任一所述的制备方法，其特征在于，所述的溶剂为甲醇与水的混合物，二者的质量比为2～6：1。7.按照3～6任一所述的制备方法，其特征在于，所述的镍盐为硝酸镍或氯化镍；所述的钴盐为硝酸钴或氯化钴。8.按照3～7任一所述的制备方法，其特征在于，所述的季铵盐具有R(CH3)3N+X-的结构，其中R为C10～C18的直链烷基；所述的季铵盐优选为十二烷基三甲基氯化铵、十二烷基三甲基溴化铵、十四烷基三甲基氯化铵、十四烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基氯化铵、十六烷基三甲基溴化铵、十八烷基三甲基氯化铵或十八烷基三甲基溴化铵。9.按照3～8任一所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，反应时间为20小时～30小时。10.按照1～9任一所述的制备方法，其特征在于，包括：(1)将所述基底和所述重油分别置于气相沉积炉的沉积区和挥发区；(2)载气由放置所述重油的挥发区吹向放置所述基底的沉积区；在沉积区进行气相沉积；所述载气为氢气与惰性气体的混合气；(3)沉积结束后，停止(2)中所述方向上的吹气；在气氛保护下降至室温。11.按照10所述的制备方法，其特征在于，所述沉积区的温度为900℃～1200℃，所述挥发区的温度为400℃～800℃。12.按照前述任一的制备方法，其特征在于，按所述基底的面积计，重油的用量为0.01g/cm2～0.10g/cm2。13.按照前述任一的制备方法，其特征在于，气相沉积的时间为0.5h～2h。14.按照前述任一的制备方法，其特征在于，所述重油为常压渣油或减压渣油。15.按照前述任一的制备方法，其特征在于，所述重油的硫含量为0.5m％～5m％，可以为2m％～5m％。16.1～15中任一方法制得的电极。17.一种电极，其特征在于，包括碳纤维布或碳纤维纸，和其纤维上向外生长的碳纳米管；所述碳纳米管由镍/钴催化生长而得；所述碳纳米管的外径为80nm～250nm，内径为30nm～100nm，长度为5μm～50μm；以所述碳纤维布或碳纤维纸的面积计，所述碳纳米管的负载量为1mg/cm2～4mg/cm2。18.一种碳纳米管，其特征在于，由高倍透射电镜可见，所述碳纳米管的管壁碳层晶格条纹与所述碳纳米管的管轴向呈5°～15°夹角。19.按照18所述的碳纳米管，其特征在于，该碳纳米管由镍钴水滑石和重油制得。20.一种电极，其特征在于，使用19所述的碳纳米管。21.一种锂离子电池，其特征在于，使用权利要求1～15中任一方法制得的电极、权利要求17所述的电极或权利要求20所述的电极。本专利技术具有以下的有益技术效果：本专利技术的柔性薄膜电极中，碳纳米管在碳纤维布或碳纤维纸上分布均匀，管径均一、表面光滑；该薄膜电极作为锂离子电池负极时，具有高比容量及良好的倍率性能和循环稳定性；此外，本专利技术以劣质重油为碳源，不仅成本低，而且为劣质重油的高附加值利用提供了一条新途径。本专利技术的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。附图说明图1为实施例1的基底的XRD图谱。图2为实施例1的基底在放大5000倍时的扫描电镜照片。图3为实施例1的薄膜电极在放大1000倍时的扫描电镜照片。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碳纳米管，其特征在于，由高倍透射电镜可见，所述碳纳米管的管壁碳层晶格条纹与所述碳纳米管的管轴向呈5°～15°夹角。/n

【技术特征摘要】
1.一种碳纳米管，其特征在于，由高倍透射电镜可见，所述碳纳米管的管壁碳层晶格条纹与所述碳纳米管的管轴向呈5°～15°夹角。


2.按照权利要求1所述的碳纳米管，其特征在于，该碳纳米管由镍钴水滑石和重油制得。


3.一种电极，其特征在于，该电极中包括权利要求1或2所述的碳纳米管。


4.按照权利要求3所述的电极，其特征在于，包括碳纤维布或碳纤维纸，和其纤维上向外生长的碳纳米管；所述碳纳米管由镍/钴催化生长而得；所述碳纳米管的外径为80nm～250nm，内径为30nm～150nm，长度为5μm～50μm；以所述碳纤维布或碳纤维纸的面积计，所述碳纳米管的负载量为1mg/cm2～4mg/cm2。


5.按照权利要求3所述的电极，其特征在于，该电极由以下方法制得：以重油为碳源，以负载了镍钴水滑石的碳纤维布或碳纤维纸为基底，用气相沉积法在所述的基底上生长碳纳米管，即得所述的电极。


6.按照权利要求5所述的电极，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨文胜，周志红，陈旭，林伟国，荣峻峰，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司石油化工科学研究院，北京化工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11