[發明專利]一種金屬氧化物-有序碳納米管復合材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201811630221.1
• 申請日: 2018-12-28
• 公開（公告）號: CN109698342B
• 公開（公告）日: 2022-08-19
• 發明（設計）人: 譚強強;徐宇興
• 申請（專利權）人: 廊坊綠色工業技術服務中心;中國科學院過程工程研究所
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/48;H01M4/485;H01M4/62
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 鞏克棟

本發明涉及一種金屬氧化物?有序碳納米管復合材料及其制備方法和應用，所述方法為：將陽極氧化鋁模板浸漬在含碳聚合物溶液中，固液分離后對模板依次進行清洗、干燥和熱處理，得到含有模板的有序碳納米管；將含有金屬M元素的溶膠滴加到含有模板的有序碳納米管中進行陳化處理，陳化處理結束后利用堿性溶液除去所得產物中的模板，然后在一定溫度下進行熱處理，得到金屬氧化物?有序碳納米管復合材料。本發明提供的方法實現了金屬氧化物和有序碳納米管的有效復合，能夠獲得有序排列的碳納米管，并且將金屬氧化物均勻分布在有序碳納米管的內表面，使之具有更好的結構穩定性。此外，上述方法操作簡便，適用性廣，在電化學儲能、催化等領域具有良好的應用前景。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池材料制備領域，具體涉及一種金屬氧化物-有序碳納米管復合材料及其制備方法和應用。

背景技術

鋰離子電池作為一種新型的、清潔的、可充電的電源，具有工作電壓高、能量密度高、質量輕、自放電速率低等優點，在手機、筆記本電腦等便攜式電子設備上得到了廣泛應用。經過多年的優化，鋰離子電池電極材料的性能已經接近極限。

碳納米管(CNTs)具有特殊的中空網狀結構并且以C-C共價鍵結合而成，而C-C共價鍵多數采用sp2雜化，具有優越的力學性能，同時CNTs具有尺寸小、比表面積大、導電性好的優點。并且，相比于石墨，鋰離子不僅可以嵌入管內，還可以嵌入管間隙，具有更多的嵌鋰位。過渡金屬氧化物有著極高的理論儲鋰容量，其比容量遠高于石墨材料，且價格低廉、對環境無污染、具有更高的安全性。將碳納米管和金屬氧化物復合，能夠結合二者的優異性能，有效改善鋰離子電池材料的電化學性能。

CN108281622A公開了一種過渡金屬氧化物/碳納米管多孔復合負極材料的制備方法，將碳納米管首先在強酸中分散、加熱，得到功能化的CNTs；將過渡金屬酸鹽攪拌溶解，再加入功能化后的CNTs，然后邊超聲邊沉淀，干燥后得到前驅體，將前驅體研磨后熱處理，反應得到過渡金屬氧化物/碳納米管多孔復合負極材料。所得復合材料中碳納米管內嵌過渡金屬氧化物的空心球結構，形成三維的導電網絡。CN103342384A公開了一種利用自支撐碳納米管膜制備碳納米管/金屬氧化物同軸結構的方法，通過合理控制原料中自支撐碳納米管膜的種類、金屬氧化物種類以及液態有機前驅體種類，以及改變碳納米管膜處理制度、調整化學氣相沉積復合工藝參數，得到了金屬氧化物均勻包覆在碳納米管表面，且具有同軸結構的復合材料。CN101712452A公開了一種納米石墨片、碳納米管和過渡金屬氧化物復合材料及制法，通過在納米石墨片表面生長碳納米管，同時負載過渡金屬氧化物納米粒子，得到了由納米石墨片、生長在納米石墨片表面的碳納米管和過渡金屬氧化物組成的復合材料，所得材料具有立體三維結構。CN103943838A公開了一種金屬氧化物納米片與碳納米管儲能材料的制備方法，先用磺化聚苯乙烯修飾碳納米管，然后用油浴的方法在修飾過的碳納米管上生長金屬氫氧化物前驅體，經過煅燒后得到金屬氧化物納米片與碳納米管儲能材料。CN104616911A公開了一種垂直碳納米管陣列/金屬氧化物復合材料的制備方法，將金屬有機化合物前驅體、助溶劑與碳納米管陣列樣品裝入反應器，密封后通入超臨界二氧化碳，并加熱到預定溫度進行浸漬處理；將樣品在氧化性氣氛中進行低溫熱解，將金屬有機化合物前驅體轉化為金屬氧化物，從而獲得表面均勻負載有金屬氧化物的碳納米管陣列三維結構復合材料。

上述方法主要通過沉積、熱解等方式對金屬氧化物和碳納米管進行復合，但得到的復合材料中碳納米管一般無序生長，且金屬氧化物分散在碳納米管的表面，復合材料的結構穩定性較差。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明提供了一種金屬氧化物-有序碳納米管復合材料及其制備方法和應用，能夠獲得有序排列的碳納米管，并且將金屬氧化物均勻分布在有序碳納米管的內表面，使之具有更好的結構穩定性。

為達到上述目的，本發明采用以下技術方案：

第一方面，本發明提供一種金屬氧化物-有序碳納米管復合材料的制備方法，所述方法包括以下步驟：