[發(fā)明專利]氧化硅復(fù)合硼摻雜碳納米管薄膜及其制備方法和應(yīng)用

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911330049.2
• 申請(qǐng)日: 2019-12-21
• 公開（公告）號(hào): CN113013387A
• 公開（公告）日: 2021-06-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 侯峰;王磊
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號(hào): H01M4/36
• 分類號(hào): H01M4/36;H01M4/583;H01M4/62;H01M10/0525;C01B32/158;C23C16/26;C23C16/30;C23C16/44
• 代理公司: 天津創(chuàng)智天誠(chéng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 12214
• 代理人: 李薇

本發(fā)明公開了一種氧化硅復(fù)合硼摻雜碳納米管薄膜及其制備方法和應(yīng)用，所述制備方法包括以下步驟：步驟1，將立式CVD爐完全密封，持續(xù)通入Ar，將立式CVD爐升溫至1100—1200℃保溫；步驟2，按照95:1.5:1的質(zhì)量比稱量乙醇、二茂鐵、噻吩，混合得到混合溶液；再在所述混合溶液中加1?3wt.％，優(yōu)選為2wt.％的硼酸作為反應(yīng)的硼源，0.2—1wt.％的正硅酸乙酯作為反應(yīng)的硅源，分散均勻后轉(zhuǎn)移至立式CVD爐頂端的微量注射器，作為前驅(qū)體溶液；步驟3，關(guān)閉Ar，持續(xù)通入持續(xù)通入600?1000sccm的H₂作為反應(yīng)氣，再通過(guò)注射泵經(jīng)由立式CVD爐頂部的超聲霧化裝置，將前驅(qū)體溶液注入爐內(nèi)，反應(yīng)開始后的5—10min，即可得到氧化硅復(fù)合硼摻雜碳納米管薄膜。本發(fā)明得到的氧化硅復(fù)合硼摻雜碳納米管薄膜具有高電化學(xué)性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種氧化硅復(fù)合硼摻雜碳納米管薄膜及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

隨著薄膜電池和其他形式的柔性電子器件的需求日益增長(zhǎng)，輕巧、柔韌的獨(dú)立自支撐電極作為其重要的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)而被逐漸關(guān)注和研究。碳納米管作為鋰離子電池的一種典型的碳負(fù)極材料，具有高比表面積和獨(dú)特的電子結(jié)構(gòu)。對(duì)碳納米管進(jìn)行異原子(硼、氮、磷等)摻雜，可以進(jìn)一步提高其電化學(xué)性能。其中，硼摻雜可以有效提高碳納米管的導(dǎo)電性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，同時(shí)還可以增強(qiáng)碳納米管的柔韌性等力學(xué)性能。然而，較低的儲(chǔ)鋰容量一直是限制硼摻雜碳納米管材料在鋰離子電池負(fù)極材料上應(yīng)用的主要原因。利用硼摻雜碳納米管網(wǎng)絡(luò)作為電子傳輸載體和物理骨架，可以將柔性電極與氧化硅等高容量基團(tuán)相結(jié)合，獲得具有高容量、高韌性的硼摻雜碳納米管基復(fù)合電極。此外，已有硼摻雜碳納米管的方法主要為模板法、化學(xué)氣相沉積法以及水熱/溶劑熱法結(jié)合后期的熱處理，工藝過(guò)程較為復(fù)雜且耗時(shí)，且制備產(chǎn)物為粉體，無(wú)法滿足柔性薄膜電極的需求。

浮動(dòng)催化化學(xué)氣相沉積法是采用有機(jī)金屬化合物為催化劑，噻吩為反應(yīng)促進(jìn)劑，溶入乙醇當(dāng)中形成前驅(qū)體溶液，一同注入立式CVD爐內(nèi)，催化劑顆粒浮在反應(yīng)氣H₂的載氣中，最終可以在爐膛底部收集到薄膜狀的產(chǎn)物，使制備連續(xù)化、規(guī)模化。該方法的缺點(diǎn)是對(duì)反應(yīng)物的選擇以及反應(yīng)條件較為苛刻。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的硼摻雜碳納米管材料無(wú)法滿足柔性薄膜電極的需求的問(wèn)題，而提供一種氧化硅復(fù)合硼摻雜碳納米管薄膜，具有良好的高電化學(xué)性能。

本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供所述氧化硅復(fù)合硼摻雜碳納米管薄膜的制備方法，便于實(shí)現(xiàn)。

本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供所述氧化硅復(fù)合硼摻雜碳納米管薄膜的應(yīng)用，可直接用于鋰離子電池負(fù)極的柔性薄膜材料。

為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的所采用的技術(shù)方案是：

一種氧化硅復(fù)合硼摻雜碳納米管薄膜的制備方法，包括以下步驟：

步驟1，將立式CVD爐完全密封，持續(xù)通入Ar，使?fàn)t內(nèi)的空氣排除干凈，再通過(guò)溫度控制器將立式CVD爐升溫至1100—1200℃保溫，為后續(xù)碳納米管膜的生長(zhǎng)提供恒溫環(huán)境；

步驟2，按照(92-98):(1-2):1(優(yōu)選為95:1.5:1)的質(zhì)量比稱量乙醇、二茂鐵、噻吩，混合得到混合溶液(乙醇作為碳源，二茂鐵作為催化劑，噻吩作為促進(jìn)劑)；再在所述混合溶液中加1-3wt.％，優(yōu)選為2wt.％的硼酸作為反應(yīng)的硼源，0.2-2wt.％的正硅酸乙酯作為反應(yīng)的硅源，分散均勻得到的分散液，轉(zhuǎn)移至立式CVD爐頂端的微量注射器，作為前驅(qū)體溶液；

步驟3，待步驟1和步驟2完成后，關(guān)閉Ar，持續(xù)通入600-1000(優(yōu)選為800sccm)的H₂作為反應(yīng)氣，直至H₂充滿整個(gè)爐膛，再通過(guò)注射泵經(jīng)由立式CVD爐頂部的超聲霧化裝置，將前驅(qū)體溶液以均勻分散的霧狀液滴注入爐內(nèi)，反應(yīng)開始后的5—10min，可在爐膛底部收集到筒狀類薄膜，即氧化硅復(fù)合硼摻雜碳納米管薄膜。