[發(fā)明專利]一種一維多孔銻基功能性碳納米管及其制備方法和應(yīng)用在審
| 申請?zhí)枺?/td> | 201811324955.7 | 申請日： | 2018-11-08 |
| 公開（公告）號： | CN109638234A | 公開（公告）日： | 2019-04-16 |
| 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人： | 吳松平;續(xù)安鼎;嚴(yán)玉蓉;張申魁;夏琪;陳焯文 | 申請（專利權(quán)）人： | 華南理工大學(xué) |
| 主分類號： | H01M4/36 | 分類號： | H01M4/36;H01M4/38;H01M4/62;H01M10/054;B82Y30/00 |
| 代理公司： | 廣州市華學(xué)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44245 | 代理人： | 羅嘯秋 |
| 地址： | 510640 廣*** | 國省代碼： | 廣東;44 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 功能性碳納米管 銻基 制備方法和應(yīng)用 納米復(fù)合纖維 鈉離子電池 前驅(qū)體溶液 含銻化合物 熱解聚合物 倍率性能 材料領(lǐng)域 超聲處理 導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò) 多孔結(jié)構(gòu) 分散均勻 負(fù)極材料 高度交聯(lián) 還原氣氛 靜電紡絲 納米材料 碳化處理 碳納米管 碳前驅(qū)體 循環(huán)性能 有機(jī)溶劑 聚合物 復(fù)合材料 比容量 長周期 單分散 納米銻 預(yù)氧化 引入 應(yīng)用 | ||
本發(fā)明屬于鈉離子電池材料領(lǐng)域，公開了一種一維多孔銻基功能性碳納米管及其制備方法和應(yīng)用。將含銻化合物或單分散納米銻與碳前驅(qū)體聚合物、熱解聚合物、有機(jī)溶劑混合，攪拌、超聲處理分散均勻，得到前驅(qū)體溶液；將所得前驅(qū)體溶液通過靜電紡絲，得到納米復(fù)合纖維；將納米復(fù)合纖維在惰性氣氛或還原氣氛下依次經(jīng)預(yù)氧化和碳化處理，得到一維多孔銻基功能性碳納米管。本發(fā)明通過在碳納米管中引入銻納米材料，所得復(fù)合材料具有很高的比表面積，相互高度交聯(lián)的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)以及多孔結(jié)構(gòu)，其作為鈉離子電池負(fù)極材料的應(yīng)用具有較高的比容量、長周期循環(huán)性能好和優(yōu)異的倍率性能。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于鈉離子電池材料領(lǐng)域，具體涉及一種一維多孔銻基功能性碳納米管及其制備方法和應(yīng)用。
背景技術(shù)
目前，鈉離子電池(SIBs)已具備成為鋰離子電池低成本替代品的潛力。SIBs商業(yè)化的主要障礙之一是能否提供好的負(fù)極材料來滿足大電流下電池容量穩(wěn)定性和高倍率性能。發(fā)展全新的、高效的鈉離子電池負(fù)極材料成為當(dāng)務(wù)之急。
銻(Sb)一直被認(rèn)為是一種很有前途的負(fù)極材料，實(shí)際上，一個Sb原子能最大限度地與之反應(yīng)三個Na原子形成Na3Sb合金，達(dá)到理論660mAh g-1高理論容量。然而，由于大量的鈉嵌入/脫嵌過程中，會引起銻(Sb)很大的體積變化(高達(dá)約290％)，這將會導(dǎo)致Sb的粉碎而使得負(fù)極與集流器失去接觸，導(dǎo)致電化學(xué)性能下降。因此，通過科學(xué)有效的方法尋找抑制銻基的體積膨脹的方法，對于銻基鈉離子負(fù)極材料的穩(wěn)定性具有至關(guān)重要的作用。
Zhu等人以納米Sn為模板，用化學(xué)置換法制備了具有典型蛋黃核殼結(jié)構(gòu)的Sb@C納米空心球復(fù)合材料，在1000mA g-1的電流密度下，300次循環(huán)后的可逆比容量保持在405mAhg-1，庫侖效率為99.1％，但是合成步驟繁瑣，制備周期長，產(chǎn)率低，不利于鈉離子用負(fù)極材料的批量生產(chǎn)和大規(guī)模應(yīng)用。Cao等人利用靜電紡絲技術(shù)制備了Sb/C納米纖維，在小電流下表現(xiàn)了良好的循環(huán)性能，但是其中銻的含量為38％，導(dǎo)致了鈉離子電池比容量較低。
碳納米管(CNFs)是用于SIBs的有前景的材料，由于它們優(yōu)異的電化學(xué)和機(jī)械性能，且重量較輕，較其他碳材料，可以更有效的建立一個導(dǎo)電滲透網(wǎng)絡(luò)，可作為活性鈉離子儲存材料或作為物理支持物高容量負(fù)極極材料如磷，錫，鍺，銻，且相互交織的CNFs網(wǎng)絡(luò)可以緩沖因合金化過程的體積膨脹產(chǎn)生并的機(jī)械應(yīng)力，能夠有效縮短鈉離子擴(kuò)散路徑。但目前特定形貌的碳納米管與銻基功能材料的復(fù)合材料及制備方法卻少有報(bào)道。
發(fā)明內(nèi)容
針對以上現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)和不足之處，本發(fā)明的首要目的在于提供一種一維多孔銻基功能性碳納米管。
本發(fā)明的另一目的在于提供上述一維多孔銻基功能性碳納米管的制備方法。
本發(fā)明的再一目的在于提供上述一維多孔銻基功能性碳納米管作為鈉離子電池負(fù)極材料的應(yīng)用。
本發(fā)明目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：
一種一維多孔銻基功能性碳納米管，由碳納米管和均勻分布于碳納米管中的金屬銻構(gòu)成。
進(jìn)一步地，所述碳納米管的直徑為100nm～5μm，金屬銻的顆粒大小為10nm～500nm。
進(jìn)一步地，所述金屬銻的質(zhì)量百分含量為5％～80％。
上述一維多孔銻基功能性碳納米管的制備方法，包括如下制備步驟：
(1)將含銻化合物或單分散納米銻與碳前驅(qū)體聚合物、熱解聚合物、有機(jī)溶劑混合，攪拌、超聲處理分散均勻，得到前驅(qū)體溶液；
(2)將步驟(1)所得前驅(qū)體溶液通過靜電紡絲，得到納米復(fù)合纖維；
(3)將步驟(2)所得納米復(fù)合纖維在惰性氣氛或還原氣氛下依次經(jīng)預(yù)氧化和碳化處理，得到一維多孔銻基功能性碳納米管。
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