[發(fā)明專利]一種碳納米管表面氟化方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810076717.2
• 申請日: 2018-01-26
• 公開（公告）號: CN108483425A
• 公開（公告）日: 2018-09-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孫曉剛;魏成成;陳瓏;胡浩;蔡滿園;邱治文;王杰;陳瑋;李旭;黃雅盼;梁國東
• 申請（專利權(quán)）人: 南昌大學(xué)
• 主分類號: C01B32/168
• 分類號: C01B32/168;H01M4/583
• 代理公司: 南昌新天下專利商標代理有限公司 36115
• 代理人: 施秀瑾

一種氟化碳納米管的制備方法，按如下步驟：將分別裝有全氟樹脂和多壁碳納米管的石英舟置于熱處理管式爐內(nèi)，通入氬氣將爐內(nèi)的空氣排出后，將管式爐以2℃/min的速率升溫至350℃后保溫2h，再以同樣的速率降溫至150℃~170℃后保溫12h，然后，隨爐冷卻至室溫后取出制備好的氟化碳納米管。本發(fā)明使碳納米管表面氟化方法更安全，簡單，高效。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于氟化碳納米管的制備方法領(lǐng)域，涉及一種碳納米管表面氟化的方法。

背景技術(shù)

目前人們在開發(fā)新型的清潔能源的主要目光聚中于對鋰離子二次電池的研究，但是高能量密度的一次電池在各種電子設(shè)備中不可缺少，依然值得人們?nèi)ラ_發(fā)研究。已經(jīng)商業(yè)化的一次電池中以氟化石墨（分子式為CFx，x=1）為正極活性材料的鋰氟（Li/CFx）一次電池的理論比容量達865 mAh/g，高于任何傳統(tǒng)的Li/MnO2、Li/SO2、Li/SOCl2等鋰一次電池的理論比容量。且Li/CFx一次電池具有電池儲存時間長、自放電率低、安全系數(shù)高等優(yōu)勢，使得它在軍事、醫(yī)療，如軍人便攜式電源，心臟起搏器等植入式醫(yī)學(xué)裝置的應(yīng)用具有獨特的優(yōu)勢，同時它能夠應(yīng)用于電子計算機、鐘表、照相機以及集成電爐存儲器等領(lǐng)域，而備受人們的青睞。但由于氟化石墨的導(dǎo)電性差、反應(yīng)產(chǎn)物L(fēng)iF的電子絕緣性和較強的Li-F鍵能等原因使得Li/CFx一次電池呈現(xiàn)活性物質(zhì)利用率低、高倍率放電容量衰減較大，約為理論容量的30%等缺陷而限制了Li/CFx一次電池更深入的開發(fā)利用。為了降低或者消除這些缺陷，研究者們積極的開發(fā)嘗試各種方法，比如使用氟碳原子比為1:1的氟化碳納米管（F-MWCNTs）代替氟化石墨作為鋰氟一次電池的正極材料。因F-MWCNTs具有許多獨特的性能，比如能夠在不破壞多壁碳納米管（MWCNTs）管狀結(jié)構(gòu)的前提下，在MWCNTs管表面，氟和碳反應(yīng)生成氟化碳，由于原位生成氟化碳，消除了氟化碳和內(nèi)層碳納米管之間的界面電阻，大幅提高了電子的傳導(dǎo)速率，使得氟化碳納米管為正極的鋰氟電池對比氟化石墨鋰氟電池性能大幅提高，放電電壓、放電容量和能量密度分別提高0.3V、664mAh/g、352.5Wh/kg。 這種對MWCNTs的改性不僅能提高MWCNTs的容量而且能夠保持MWCNTs內(nèi)部良好的導(dǎo)電性能，將這種材料代替氟化石墨運用到鋰氟一次電池有望改善鋰氟電池的缺陷。同時氟化碳納米管是一種較好的復(fù)合材料填料，如Miyagawa等利用酸酐固化制備法將0.2wt.%FWMWCNTs與環(huán)氧樹脂的復(fù)合物、發(fā)現(xiàn)復(fù)合物的玻璃化轉(zhuǎn)化溫度下降了30℃，儲能模量提高了20%。且氟化碳納米管在固體潤滑劑和分子電子學(xué)等領(lǐng)域具有較大的使用價值。

目前氟化碳納米管的制備有直接氟化法和等離子體法，這兩種方法都是要以F2氣體或者CF4氣體為氟化源，傳統(tǒng)的以F2、CF4或混合氣體作為氟化劑對碳納米管表面氟化的方法，雖然比較直接明確，但安全性要求極高，且成本較高。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提出了一種氟化碳納米管的制備方法，使碳納米管表面氟化方法更安全，簡單，高效。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的。

本發(fā)明采用全氟樹脂（CYTOP）為氟化劑，其化學(xué)結(jié)構(gòu)式如下。當(dāng)加熱到較低溫度（≤100℃）時，全氟樹脂就會開始分解產(chǎn)生F2，當(dāng)升溫到恰當(dāng)?shù)臏囟葧r，全氟樹脂就會分解產(chǎn)生充足的F2氣體與多壁碳納米管發(fā)生反應(yīng)，進而在碳納米管外層生成氟化碳納米管。

本發(fā)明所述的一種氟化碳納米管的制備方法，其具體的技術(shù)方案如下：將分別裝有全氟樹脂和多壁碳納米管的石英舟置于熱處理管式爐內(nèi)，通入氬氣將爐內(nèi)的空氣排出后，將管式爐以2℃/min的速率升溫至350℃后保溫2h，再以同樣的速率降溫至150℃~170℃后保溫12h，然后，隨爐冷卻至室溫后取出制備好的氟化碳納米管。

本發(fā)明使碳納米管表面氟化方法更安全，簡單，高效。

附圖說明