[發明專利]一種薄壁無定型碳納米管及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201910854951.8
• 申請日: 2019-09-10
• 公開（公告）號: CN110510599B
• 公開（公告）日: 2022-08-09
• 發明（設計）人: 劉浪;唐亞昆;梁文浩;曾行燕
• 申請（專利權）人: 新疆大學
• 主分類號: C01B32/16
• 分類號: C01B32/16;H01M4/48;H01M4/62
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供了一種薄壁無定型碳納米管及其制備方法和應用，屬于功能材料技術領域。本發明將磺化聚合物納米管?SiO₂復合材料進行煅燒，在煅燒過程中聚合物納米管會收縮，同時嵌入到聚合物納米管的管壁內的SiO₂顆粒成型并會對聚合物納米管產生物理擠壓作用，得到碳納米管?SiO₂復合材料，后經氫氟酸刻蝕去除SiO₂，最終制備得到薄壁無定型碳納米管。本發明提供的制備方法操作簡單、無需特殊裝置及昂貴的試劑，且制備得到的薄壁無定型碳納米管作為鋰離子電池負極材料，展現出優異的電化學性能。

技術領域

本發明涉及功能材料技術領域，尤其涉及一種薄壁無定型碳納米管及其制備方法和應用。

背景技術

鋰離子電池具有能量密度高、價格低廉、無記憶效應、環境友好等優點，廣泛應用于便攜式電子設備、電動車、航天航空等領域。其中負極材料對鋰離子電池的比容量及循環壽命至關重要。然而商業的石墨材料作為鋰離子電池負極材料，存在安全性差、比容量低、倍率性能不突出等問題，已不能滿足人們對高性能鋰離子電池的需求。

無定型碳具有無序結構，缺陷數量多，層間空間大，有利于Li⁺的快速擴散和可逆儲存，另外其具有天然豐度大、制備工藝簡單、結構穩定等優點，近年來被認為是鋰電池極具發展前景的負極材料之一。然而，無定型碳的無序結構導致其電導性差，不利于其在高功率輸出方面的應用。一維管狀結構能夠提供定向的電子和離子輸運路徑，可以提高電子和離子的傳輸效率，因此在電力和電子領域進行了廣泛的研究。無定型碳納米管除了具有一維結構的優點外，因其由不連續的石墨烯片和碳團簇組成獨特結構，還具有大量的缺陷位點，具有良好的鋰存儲能力。眾所周知，碳納米管的管壁越薄，其導電性越好，且有利于電解液的充分滲透。因此，薄壁無定型碳納米管作為鋰離子電池負極材料具有廣闊的應用前景。

目前一般采用模板法合成薄壁無定型碳納米管，具體是將二氧化硅、氧化鋁作為模板，通過CVD、水熱等方法將碳源均勻的、控制厚度的包裹在模板上，然后再將模板去除。該方法操作復雜、需要特殊設備、試劑成本高，而且制備得到的薄壁無定型碳納米管的比容量以及循環穩定性仍有待提高。

發明內容

本發明的目的在于提供一種薄壁無定型碳納米管及其制備方法和應用，本發明提供的制備方法操作簡單、無需特殊裝置及昂貴的試劑，且制備得到的薄壁無定型碳納米管作為鋰離子電池負極材料，展現出優異的電化學性能。

為了實現上述發明目的，本發明提供以下技術方案：

本發明提供了一種薄壁無定型碳納米管的制備方法，包括以下步驟：

提供磺化聚合物納米管-SiO₂復合材料，所述磺化聚合物納米管-SiO₂復合材料中的SiO₂嵌入在磺化聚合物納米管的管壁內；

將所述磺化聚合物納米管-SiO₂復合材料進行煅燒，得到碳納米管-SiO₂復合材料；

利用氫氟酸對所述碳納米管-SiO₂復合材料進行刻蝕，得到薄壁無定型碳納米管。

優選地，所述磺化聚合物納米管-SiO₂復合材料的制備方法，包括以下步驟：

將磺化聚合物納米管、正硅酸乙酯和乙醇混合，得到正硅酸乙酯-磺化聚合物納米管復合材料；

將所述正硅酸乙酯-磺化聚合物納米管復合材料與乙醇、氨水和水混合，進行水解反應，得到濕凝膠；

將所述濕凝膠進行干燥，得到磺化聚合物納米管-SiO₂復合材料。

優選地，所述磺化聚合物納米管、正硅酸乙酯和水的用量比為200mg：(8～12)mL：(4～6)mL；