[發(fā)明專利]用于制備碳納米管的催化劑及其制備方法、碳納米管及其制備方法、和鋰離子電池

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410348431.7
• 申請(qǐng)日: 2014-07-21
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104084214A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-10-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 謝書(shū)云;謝洪超
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 深圳市三順中科新材料有限公司
• 主分類號(hào): B01J23/889
• 分類號(hào): B01J23/889;C01B31/02;B82Y30/00;H01M4/62
• 代理公司: 深圳市康弘知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44247
• 代理人: 胡朝陽(yáng);孫潔敏

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于催化劑領(lǐng)域，尤其涉及一種用于制備碳納米管的催化劑及其制備方法、碳納米管及其制備方法、和鋰離子電池。?

背景技術(shù)

碳納米管是使用有機(jī)烷烴類、烯烴類或炔烴類小分子，在一定的溫度條件下，采用氣相沉積等方法，使得有機(jī)小分子在特定的金屬或金屬氧化物納米顆粒表面，催化生長(zhǎng)而得到的。碳納米管按sp²雜化方式成鍵的C-C鍵具有極其優(yōu)異的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性及機(jī)械強(qiáng)度。基于以上特點(diǎn)，將碳納米管用作鋰離子電池導(dǎo)電劑將會(huì)使得電池極片具有優(yōu)異的導(dǎo)電性，同時(shí)碳納米管較大的一維管徑比可以使得其在長(zhǎng)程范圍內(nèi)形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，將活性材料牢牢的抓縛，不僅增強(qiáng)活性材料之間的粘接穩(wěn)定性，同時(shí)也增強(qiáng)了極片的柔韌性，但鋰離子電池作為大規(guī)模使用的便攜式設(shè)備及新能源的核心部件，在材料要求方面具有較高的要求。?

催化劑是生產(chǎn)碳納米管的核心原料，催化劑一般包括金屬，金屬氧化物以及小部分非金屬成分。現(xiàn)有市場(chǎng)大規(guī)模使用的一般為Fe系催化劑，即含有金屬Fe或其氧化物，可選擇性含有Mo，Ni，Al，Si，V，Mn，Co，Sn，Mg，Cu及其他金屬元素，但Fe系催化劑催化生產(chǎn)的碳納米管，一般含有Fe等金屬元素，這種碳納米管應(yīng)用于鋰離子電池時(shí)，F(xiàn)e會(huì)加劇鋰離子電池的自放電，從而影響電池的循環(huán)性能和使用壽命，同時(shí)Fe的存在還會(huì)影響鋰離子電池的使用安全，增加電池在充放點(diǎn)過(guò)程中爆炸和起火的機(jī)率。?

同時(shí)現(xiàn)有公開(kāi)的各種組分的應(yīng)用于生產(chǎn)碳納米管的催化劑或多或少均存在一些問(wèn)題，現(xiàn)有公開(kāi)的金屬組分催化生產(chǎn)碳納米管時(shí)難以實(shí)現(xiàn)較高的產(chǎn)率及降低雜碳比例。催化生產(chǎn)碳納米管時(shí)，碳納米管的生長(zhǎng)倍率較低，導(dǎo)致產(chǎn)品的雜質(zhì)含量較高，因此需要在生產(chǎn)過(guò)程中加入純化過(guò)程，導(dǎo)致了生產(chǎn)的繁瑣，生產(chǎn)效率低，成本高，不利于碳納米管的大規(guī)模生產(chǎn)。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為了解決現(xiàn)有的金屬組分的催化劑催化生產(chǎn)碳納米管時(shí)難以實(shí)現(xiàn)較高的產(chǎn)率及降低雜碳比例的技術(shù)問(wèn)題，提供一種積碳倍率較高、更易大規(guī)模生產(chǎn)碳納米管的用于制備碳納米管的催化劑及其制備方法、碳納米管及其制備方法、和鋰離子電池。?

本發(fā)明的第一個(gè)目的是提供一種用于制備碳納米管的催化劑，該催化劑包括金屬氧化物，所述金屬氧化物為鎂的氧化物、鋁的氧化物、錳的氧化物及鈷的氧化物，以催化劑的質(zhì)量百分含量為基準(zhǔn)，所述催化劑包括0.85—10.00wt％的鎂的氧化物；0.90—10.00wt％的鋁的氧化物；10.00—80.20wt％的錳的氧化物及12.00-84.20wt％的鈷的氧化物。?

本發(fā)明的用于制備碳納米管的催化劑含有特定組分的金屬氧化物，本發(fā)明的發(fā)明人意外發(fā)現(xiàn)含有本發(fā)明的特定組分的金屬氧化物的催化劑的積碳倍率較高，積碳倍率高達(dá)60-200，便于大規(guī)模連續(xù)化生產(chǎn)碳納米管；且生產(chǎn)的碳納米管的金屬雜質(zhì)含量較低，且易于分散，可用于鋰離子電池導(dǎo)電漿料的大規(guī)模連續(xù)化生產(chǎn)。?

本發(fā)明的第二個(gè)目的是提供上述用于制備碳納米管的催化劑的制備方法，該方法步驟包括：將含有可溶性鎂鹽、可溶性鋁鹽、可溶性錳鹽及可溶性鈷鹽的溶液與堿性溶液混合，控制pH值為2～12，反應(yīng)得沉淀物，將沉淀物煅燒得催化劑；其中，所述可溶性鎂鹽、可溶性鋁鹽、可溶性錳鹽及可溶性鈷鹽的質(zhì)量比為：1.25～20.96：1.34～30.55：2.75～50.87：1.56～60.36。?

本發(fā)明采用共沉淀的簡(jiǎn)單方法制備含有特定組分的金屬氧化物的催化劑，催化劑生產(chǎn)過(guò)程簡(jiǎn)單，可連續(xù)化生產(chǎn)，方便大量生產(chǎn)。?

本發(fā)明的第三個(gè)目的是提供一種碳納米管的制備方法，該方法步驟包括：原料氣在經(jīng)過(guò)還原處理后的催化劑的顆粒表面，催化生長(zhǎng)得碳納米管，其中，催化劑為上述催化劑。本發(fā)明的流化床流化效果更好，生產(chǎn)效率高，雜碳比例低。?

本發(fā)明的第四個(gè)目的是提供一種碳納米管，其中，碳納米管為上述方法制得。?

本發(fā)明制得的碳納米管雜質(zhì)少，且易于分散。?

本發(fā)明的第五個(gè)目的是提供一種鋰離子電池，該鋰離子電池包括殼體、電極組和電解液；所述電極組和所述電解液密封容納在所述殼體內(nèi)，所述電極組包括正極、負(fù)極和位于正極與負(fù)極之間并將所述正極和所述負(fù)極分開(kāi)的隔膜；所述正極包括正極集流體及負(fù)載在正極集流體上的正極材料，所述正極材料包括正極活性材料、導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑；所述導(dǎo)電劑為上述碳納米管。?

本發(fā)明的鋰離子電池，將上述制備的碳納米管應(yīng)用于鋰離子電池中，具有良好的分散性能及導(dǎo)電性能，制備的電池具有較低的直流和交流阻抗，從而表現(xiàn)出優(yōu)異的高倍率充放電性能，且雜質(zhì)含量低，電池的安全性能及循環(huán)壽命均較佳。?

附圖說(shuō)明