阵列碳纳米管及其制备方法和应用技术

本申请提供了一种阵列碳纳米管的制备方法，该制备方法包括：将载体、插层剂、活性组分源和溶剂混合均匀，干燥后得到催化剂前驱体；将催化剂前驱体进行煅烧，在煅烧过程中通入水蒸气，冷却后得到催化剂；将催化剂置于反应器中，通入保护气体和碳源，通过化学气相沉积得到阵列碳纳米管。该制备方法工艺简单，操作便捷，所得阵列碳纳米管具有较高的长径比和良好的导电性。本申请还提供了一种阵列碳纳米管。该阵列碳纳米管具有良好的导电性，将其应用在电极材料中能够提高电极材料的导电性。

【技术实现步骤摘要】
阵列碳纳米管及其制备方法和应用
本申请涉及碳纳米管
，具体涉及一种阵列碳纳米管及其制备方法和应用。
技术介绍
碳纳米管是一种具有独特纳米中空结构的一维量子材料，具有优异的导电性和大的比表面积等优点，可作为导电剂应用在锂离子电池中。碳纳米管的制备方法包括电弧放电法、激光蒸发法和化学气相沉积法(CVD)等。化学气相沉积法具有成本低、产量大、条件易于控制等优点，是当前最适于工业化生产碳纳米管的方法。化学气相沉积法的原理为：含有碳源的气体在流经催化剂表面时发生分解形成碳原子，碳原子在催化剂作用下转化形成碳纳米管。该沉积过程中，催化剂对碳纳米管的形成起关键作用。然而催化剂在高温下容易聚集而失去活性位点，导致制备得到的碳纳米管存在管径分布不均匀、长径比较小以及导电性差等问题。因此，有必要提供一种碳纳米管的制备方法，能够有效改善催化剂聚集导致的碳纳米管质量差的问题。
技术实现思路
鉴于此，本申请提供了一种阵列碳纳米管的制备方法，该制备方法工艺简单、安全性高、制备成本低，所得阵列碳纳米管具有较高的长径比和导电性，将其应用在电极材料中能够提高电极材料的导电性。本申请还提供了一种阵列碳纳米管。本申请第一方面提供了一种阵列碳纳米管的制备方法，该制备方法包括：将载体、插层剂、活性组分源和溶剂混合均匀，干燥后得到催化剂前驱体；所述插层剂包括阴离子型插层剂、阳离子型插层剂和有机胺类插层剂中的一种或多种；所述活性组分源包括可溶性的钛盐、锰盐、铁盐、钴盐、镍盐、钌盐和钯盐中的一种或多种；所述载体具有层状结构；将所述催化剂前驱体进行煅烧，在煅烧过程中通入水蒸气，冷却后得到催化剂，所述催化剂包括所述载体和负载在所述载体上的活性组分；将所述催化剂置于反应器中，通入保护气体和碳源，通过化学气相沉积在所述载体上得到所述阵列碳纳米管。本申请通过将载体、插层剂、活性组分源和溶剂进行混合处理，可以使插层剂负载在载体上从而扩大载体的层间距，提升载体对活性组分源的负载能力，并且插层剂还能够有效防止活性组分源团聚，有利于形成小粒径的活性组分；在煅烧催化剂前驱体时，插层剂会分解产生气体进一步扩大载体的层间距，从而有效地分散活性组分；在水蒸气作用下，催化剂能够实现进一步活化，并且水蒸气能够抑制插层剂分解产物的沉积，有利于保持催化剂的活性。该制备方法步骤简单，原料易得，能够批量制备出具有较高长径比和良好导电性的阵列碳纳米管。可选地，所述阴离子型插层剂包括有机磺酸盐和有机硫酸酯盐中的一种或多种，所述阴离子型插层剂优选为十二烷基苯磺酸钠、苯乙烯磺酸钠、羟乙基磺酸钠和十二烷基硫酸钠中的一种或多种。可选地，所述阳离子型插层剂包括烷基季铵盐和含有苯环的季铵盐中的一种或多种，所述阳离子型插层剂优选为十二烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基溴化铵和十八烷基三甲基溴化铵中的一种或多种。可选地，所述有机胺类插层剂包括脂肪胺类有机胺、酰胺类有机胺和芳香胺类有机胺中的一种或多种，所述有机胺类插层剂优选为乙醇胺、二乙醇胺和三乙醇胺、3-丙醇胺、异丙醇胺、N,N-二甲基乙醇胺、N,N-二乙基乙醇胺、乙酰胺、丙酰胺、丙烯酰胺、聚丙烯酸胺、二甲基甲酰胺、苯胺和二苯胺中的一种或多种。可选地，所述载体包括膨胀石墨、云母石、水滑石、蒙脱石、高岭土和累托石中的一种或多种。可选地，所述将载体、插层剂、活性组分源和溶剂混合时，还包括加入助剂源混合。可选地，所述助剂源包括含钼的可溶性盐、含镧的可溶性盐和含钨的可溶性盐中的一种或多种。进一步地，所述助剂源包括钼酸钠、钼酸铵、硝酸镧和硝酸钨中的一种或多种。可选地，所述活性组分源、所述插层剂和所述载体的质量比为5-50:1-10:10-50。可选地，所述活性组分源、所述助剂源、所述插层剂和所述载体的质量比为5-50:0.1-5:1-10:10-50。可选地，所述水蒸气的通入量为50mL/min-200mL/min。可选地，所述溶剂包括水、甲醇、乙醇和丙醇中的一种或多种。可选地，所述催化剂前驱体进行煅烧的温度为300℃-550℃。可选地，所述催化剂前驱体进行煅烧的时间为1h-8h。本申请第一方面提供的阵列碳纳米管的制备方法，通过采用插层剂使载体层间距扩大，有效地增加了载体负载活性组分的量，插层剂还能够抑制活性组分源团聚，有利于形成小粒径的活性组分，进而促进形成具有较高长径比的阵列碳纳米管；使用水蒸气进行催化剂的预活化具有较好的安全性并降低了生产成本；采用本方法制备出的阵列碳纳米管具有较高的长径比、良好的管径均一性和优良的导电性；该制备方法工艺精简，操作可控性强可应用于大规模的工业化生产。本申请第二方面提供了一种阵列碳纳米管，该阵列碳纳米管是采用上述制备方法制得的。可选地，所述阵列碳纳米管的管径为5nm-10nm。可选地，所述阵列碳纳米管的长度为30μm-100μm。可选地，所述阵列碳纳米管的长径比为(3000-16000):1。可选地，所述阵列碳纳米管的电阻率为0.02Ω·cm-0.04Ω·cm。本申请第二方面提供的阵列碳纳米管的尺寸均一，长径比较高，具有良好的导电性。本申请第三方面提供了一种电极材料，该电极材料包括电极活性材料、粘合剂和导电剂，导电剂包括本申请第二方面提供的阵列碳纳米管。本申请中的阵列碳纳米管具有良好的导电性，可作为导电剂添加到电极材料中，并且能够减少电极材料中导电剂的用量，从而提高电极材料中电极活性材料的含量，使电极材料具有更高的能量密度。本申请第三方面提供的电极材料具有较好的导电性，应用在电池中能够提高电池的能量密度，增强电池的性能。附图说明图1为本申请一实施方式提供的阵列碳纳米管的制备工艺流程图；图2为本申请实施例1所制得的阵列碳纳米管的的扫描电镜图；图3为本申请实施例1所制得的阵列碳纳米管的的扫描电镜图。具体实施方式以下所述是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本
的技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本申请的保护范围。请参阅图1，为本申请一实施方式提供的阵列碳纳米管的制备方法流程图，包括：步骤100：将载体、插层剂、活性组分源和溶剂混合均匀，干燥后得到催化剂前驱体；步骤200：将催化剂前驱体进行煅烧，在煅烧过程中通入水蒸气，冷却后得到催化剂；步骤300：将催化剂置于反应器中，通入保护气体和碳源，通过化学气相沉积得到阵列碳纳米管。本申请实施方式中，步骤100中，载体具有层状结构。本申请一些实施方式中，载体包括膨胀石墨、云母石、水滑石(LDH)、蒙脱石、高岭土和累托石中的一种或多种。层状结构的载体具有大的比表面积，对活性组分具有较高的负载能力，并且本申请使用的载体具有良好的吸附能力，有利于插层剂和活性组分源附着在载体表面。本申请实施方式中，载体的尺寸为0.15mm-2mm。载体的尺寸具体可以但不限于为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种阵列碳纳米管的制备方法，其特征在于，该制备方法包括：/n将载体、插层剂、活性组分源和溶剂混合均匀，干燥后得到催化剂前驱体；所述插层剂包括阴离子型插层剂、阳离子型插层剂和有机胺类插层剂中的一种或多种；所述活性组分源包括可溶性的钛盐、锰盐、铁盐、钴盐、镍盐、钌盐和钯盐中的一种或多种；所述载体具有层状结构；/n将所述催化剂前驱体进行煅烧，在煅烧过程中通入水蒸气，冷却后得到催化剂，所述催化剂包括所述载体和负载在所述载体上的活性组分；/n将所述催化剂置于反应器中，通入保护气体和碳源，通过化学气相沉积在所述载体上得到所述阵列碳纳米管。/n

【技术特征摘要】
1.一种阵列碳纳米管的制备方法，其特征在于，该制备方法包括：
将载体、插层剂、活性组分源和溶剂混合均匀，干燥后得到催化剂前驱体；所述插层剂包括阴离子型插层剂、阳离子型插层剂和有机胺类插层剂中的一种或多种；所述活性组分源包括可溶性的钛盐、锰盐、铁盐、钴盐、镍盐、钌盐和钯盐中的一种或多种；所述载体具有层状结构；
将所述催化剂前驱体进行煅烧，在煅烧过程中通入水蒸气，冷却后得到催化剂，所述催化剂包括所述载体和负载在所述载体上的活性组分；
将所述催化剂置于反应器中，通入保护气体和碳源，通过化学气相沉积在所述载体上得到所述阵列碳纳米管。


2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述阴离子型插层剂包括十二烷基苯磺酸钠、苯乙烯磺酸钠、羟乙基磺酸钠和十二烷基硫酸钠中的一种或多种；所述阳离子型插层剂包括十二烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基溴化铵和十八烷基三甲基溴化铵中的一种或多种；所述有机胺类插层剂包括乙醇胺、二乙醇胺和三乙醇胺、3-丙醇胺、异丙醇胺、N,N-二甲基乙醇胺、N,N-二乙基乙醇胺、乙酰胺、丙酰胺、丙烯酰胺、聚丙烯酸胺、二甲基甲酰胺、苯胺和二苯胺中的一种或多种。


3.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述载体包括膨胀石墨、云母石、水滑石、蒙脱石、高岭土和累托石中的一种或多种。


4.如权利要求1-3任一项所述的制备方法，所述将载体、插层剂、活性组分源和溶剂混合...

【专利技术属性】
技术研发人员：王敏，万远鑫，孔令涌，黄少真，任望保，余永龙，
申请(专利权)人：深圳市德方纳米科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44