[發明專利]氮摻雜碳納米管/離子液體復合薄膜及其制備方法與電容器

在審

• 申請號: 201310092573.7
• 申請日: 2013-03-21
• 公開（公告）號: CN104064367A
• 公開（公告）日: 2014-09-24
• 發明（設計）人: 周明杰;鐘輝;王要兵;袁新生
• 申請（專利權）人: 海洋王照明科技股份有限公司;深圳市海洋王照明技術有限公司;深圳市海洋王照明工程有限公司
• 主分類號: H01G11/38
• 分類號: H01G11/38;H01G11/86
• 代理公司: 深圳市隆天聯鼎知識產權代理有限公司 44232
• 代理人: 劉抗美;劉耿

技術領域

本發明涉及化學材料制備領域，尤其涉及一種氮摻雜碳納米管/離子液體復合薄膜及其制備方法。本發明還涉及該氮摻雜碳納米管/離子液體復合薄膜在電容器中的應用。

背景技術

二十世紀九十年代，碳材料作為儲能材料的使用推動了超級電容器、鋰離子電池的大力發展。而碳納米管作為一種一維的碳材料，具有非常高的電導率，而且碳納米管非常容易衍生化，其衍生物也受到研究者的廣泛關注。

目前碳納米管衍生物主要有氮摻雜碳納米管和硼摻雜碳納米管。其中氮摻雜由于硼原子比碳原子外層多一個電子，呈N-型摻雜，所以相比碳納米管具有更好的儲能性能，且氮摻雜碳納米管的氮含量越高，儲能位點越多，儲能性能也就越好。目前，碳納米管應用遇到的一個較大問題，即容易團聚，這在一定程度上降低了碳納米管的儲能性能。因此，增加碳納米管儲能位點的數量和降低碳納米管的團聚就顯得十分重要。

發明內容

本發明的目的在于解決上述現有技術存在的問題和不足，提供一種氮摻雜碳納米管/離子液體復合薄膜，利用該氮摻雜碳納米管/離子液體復合薄膜的較高氮含量，使得該氮摻雜碳納米管/離子液體復合薄膜用作電容器的電極材料時，具有優異的儲能性能。

本發明針對上述技術問題而提出的技術方案為：一種氮摻雜碳納米管/離子液體復合薄膜的制備方法，包括如下步驟：

(a)將碳納米管與摻氮劑按質量比1:0.5～3混合后置于反應器中，充分攪拌后干燥，隨后往所述反應器中通入惰性氣體，使所述反應器中形成惰性環境，接著升溫至750～900℃，保持1～2h后降至室溫，對所得的固體產物進行清洗并干燥，得到所述氮摻雜碳納米管；

(b)制備氮摻雜碳納米管/離子液體復合薄膜：將所述氮摻雜碳納米管置于離子液體中，配置成濃度為20mg/ml的混合溶液，混合后超聲，再將混合溶液置于真空環境下干燥，然后抽濾出多余的所述離子液體，得到氮摻雜碳納米管/離子液體復合薄膜；其中，斜桿“/”表示復合。

所述摻氮劑為氨水或尿素。

在所述步驟(a)中，所述攪拌的時間為4～8h，所述攪拌后干燥的溫度為60℃，所述攪拌后干燥的時間為12h。

所述惰性氣體為氬氣、氮氣或氦氣，所述惰性氣體通入時的流速為400ml/min。

升溫過程，其升溫速率為5～20℃/min。

對所述固體產物的清洗并干燥的操作如下：將所述固體產物按質量體積比20mg：1ml置于HCl溶液中，攪拌2小時后抽濾，再用去離子水清洗所述固體產物至PH值呈中性，最后將所述固體產物置于60℃烘箱中干燥12h。

所述離子液體為1-乙基-3-甲基咪唑雙三氟甲磺酰亞胺鹽、1-乙基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽、1-丁基-3-甲基咪唑雙三氟甲磺酰亞胺鹽或1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽。

在所述步驟(b)中，所述超聲時間為2h，所述混合物是在100℃的所述真空環境下處理24h。

本發明還包括利用上述制備方法制得的氮摻雜碳納米管/離子液體復合薄膜。

本發明還包括所述氮摻雜碳納米管/離子液體復合薄膜在電容器中的應用。該電容器包括由正電極片、隔膜、負電極片按順序層疊組成的電芯、用于納置所述電芯的密閉殼體，以及加注在密閉殼體的電解液，所述正電極片和負電極片由所述的氮摻雜碳納米管/離子液體復合薄膜制得。

與現有技術相比，本發明的氮摻雜碳納米管/離子液體復合薄膜及其制備方法，存在以下的優點：發明所制備的氮摻雜碳納米管/離子液體復合薄膜的氮含量較高，氮摻雜碳納米管與離子液體的復合，降低了氮摻雜碳納米管的團聚，同時提高氮摻雜碳納米管對電解液的浸潤性，從而使得該氮摻雜碳納米管/離子液體復合薄膜用作電容器的電極材料時，具有優異的儲能性能，且所采用的制備方法設備、工藝簡單，容易實現大規模生產。

具體實施方式

以下結合實施例，對本發明予以進一步地詳盡闡述。

本發明的氮摻雜碳納米管/離子液體薄膜制備工藝流程如下：

碳納米管→氮摻雜碳納米管→氮摻雜碳納米管/離子液體薄膜。

具體分為以下步驟：