CN103531753A - 用于电极材料的连续碳纳米管-二氧化钛复合膜/纤维 - Google Patents
用于电极材料的连续碳纳米管-二氧化钛复合膜/纤维 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103531753A CN103531753A CN201310435699.XA CN201310435699A CN103531753A CN 103531753 A CN103531753 A CN 103531753A CN 201310435699 A CN201310435699 A CN 201310435699A CN 103531753 A CN103531753 A CN 103531753A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- titanium dioxide
- carbon nanotube
- composite film
- fiber
- dioxide composite
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N titanium dioxide Inorganic materials O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 72
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 65
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 52
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 title claims abstract description 48
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 43
- 239000000835 fiber Substances 0.000 title claims abstract description 36
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 title claims description 15
- 239000012528 membrane Substances 0.000 title claims description 8
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 claims abstract description 9
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims abstract description 5
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 22
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- YTPLMLYBLZKORZ-UHFFFAOYSA-N Thiophene Chemical group C=1C=CSC=1 YTPLMLYBLZKORZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims description 10
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims description 10
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 9
- VXUYXOFXAQZZMF-UHFFFAOYSA-N titanium(IV) isopropoxide Chemical compound CC(C)O[Ti](OC(C)C)(OC(C)C)OC(C)C VXUYXOFXAQZZMF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 230000009471 action Effects 0.000 claims description 7
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 7
- UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N Benzene Chemical compound C1=CC=CC=C1 UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910003481 amorphous carbon Inorganic materials 0.000 claims description 6
- KTWOOEGAPBSYNW-UHFFFAOYSA-N ferrocene Chemical compound [Fe+2].C=1C=C[CH-]C=1.C=1C=C[CH-]C=1 KTWOOEGAPBSYNW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 6
- 229930192474 thiophene Natural products 0.000 claims description 6
- 238000001132 ultrasonic dispersion Methods 0.000 claims description 6
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- FPCJKVGGYOAWIZ-UHFFFAOYSA-N butan-1-ol;titanium Chemical compound [Ti].CCCCO.CCCCO.CCCCO.CCCCO FPCJKVGGYOAWIZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N n-Hexane Chemical compound CCCCCC VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 3
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 claims description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- XDTMQSROBMDMFD-UHFFFAOYSA-N Cyclohexane Chemical compound C1CCCCC1 XDTMQSROBMDMFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- CTQNGGLPUBDAKN-UHFFFAOYSA-N O-Xylene Chemical compound CC1=CC=CC=C1C CTQNGGLPUBDAKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000001273 butane Substances 0.000 claims description 2
- IJDNQMDRQITEOD-UHFFFAOYSA-N n-butane Chemical compound CCCC IJDNQMDRQITEOD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- OFBQJSOFQDEBGM-UHFFFAOYSA-N n-pentane Natural products CCCCC OFBQJSOFQDEBGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- BDERNNFJNOPAEC-UHFFFAOYSA-N propan-1-ol Chemical compound CCCO BDERNNFJNOPAEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- XJDNKRIXUMDJCW-UHFFFAOYSA-J titanium tetrachloride Chemical compound Cl[Ti](Cl)(Cl)Cl XJDNKRIXUMDJCW-UHFFFAOYSA-J 0.000 claims description 2
- XROWMBWRMNHXMF-UHFFFAOYSA-J titanium tetrafluoride Chemical compound [F-].[F-].[F-].[F-].[Ti+4] XROWMBWRMNHXMF-UHFFFAOYSA-J 0.000 claims description 2
- 239000008096 xylene Substances 0.000 claims description 2
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 2
- 125000000218 acetic acid group Chemical group C(C)(=O)* 0.000 claims 1
- 150000001335 aliphatic alkanes Chemical class 0.000 claims 1
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 claims 1
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 claims 1
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims 1
- NICYNNGYHJJJMJ-UHFFFAOYSA-N propan-2-one;titanium Chemical compound [Ti].CC(C)=O NICYNNGYHJJJMJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 16
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 11
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 5
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 abstract description 5
- 239000006258 conductive agent Substances 0.000 abstract description 4
- 238000011282 treatment Methods 0.000 abstract description 4
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 abstract description 3
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 abstract description 3
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 239000012808 vapor phase Substances 0.000 abstract description 3
- 239000007773 negative electrode material Substances 0.000 abstract description 2
- 230000006911 nucleation Effects 0.000 abstract description 2
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 abstract description 2
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 12
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 239000002238 carbon nanotube film Substances 0.000 description 6
- 238000011160 research Methods 0.000 description 5
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 3
- JJLJMEJHUUYSSY-UHFFFAOYSA-L Copper hydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[Cu+2] JJLJMEJHUUYSSY-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010405 anode material Substances 0.000 description 2
- 238000009831 deintercalation Methods 0.000 description 2
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 2
- 238000009830 intercalation Methods 0.000 description 2
- 230000002687 intercalation Effects 0.000 description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- RYSXWUYLAWPLES-MTOQALJVSA-N (Z)-4-hydroxypent-3-en-2-one titanium Chemical compound [Ti].C\C(O)=C\C(C)=O.C\C(O)=C\C(C)=O.C\C(O)=C\C(C)=O.C\C(O)=C\C(C)=O RYSXWUYLAWPLES-MTOQALJVSA-N 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- ILZSSCVGGYJLOG-UHFFFAOYSA-N cobaltocene Chemical compound [Co+2].C=1C=C[CH-]C=1.C=1C=C[CH-]C=1 ILZSSCVGGYJLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KZPXREABEBSAQM-UHFFFAOYSA-N cyclopenta-1,3-diene;nickel(2+) Chemical compound [Ni+2].C=1C=C[CH-]C=1.C=1C=C[CH-]C=1 KZPXREABEBSAQM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 210000001787 dendrite Anatomy 0.000 description 1
- 238000000280 densification Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 1
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000035772 mutation Effects 0.000 description 1
- 238000012805 post-processing Methods 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 230000001376 precipitating effect Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000009987 spinning Methods 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/362—Composites
- H01M4/364—Composites as mixtures
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/22—Electrodes
- H01G11/30—Electrodes characterised by their material
- H01G11/32—Carbon-based
- H01G11/40—Fibres
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/13—Energy storage using capacitors
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
Abstract
本发明采用化学气相法,一步制备碳纳米管-二氧化钛复合膜/纤维,碳纳米管的组装和二氧化钛的成核、长大同时完成,生长出均匀连续的碳纳米管-二氧化钛复合膜/纤维。本发明制备工艺简单,参数可控性强,产率较高,制得的碳纳米管-二氧化钛复合膜/纤维不仅制备均匀连续、自支撑、TiO2含量可调,且其本身具有网络结构,导电性极强,电化学性能优异,不需要添加导电剂、粘结剂等处理,经简单切割后,可直接用于锂电负极材料和超级电容器材料。
Description
技术领域
本发明涉电极材料,特别涉及一种利用连续碳纳米管-二氧化钛复合膜/纤维来制备用于锂离子电池或者超级电容器的电极材料。
背景技术
目前,商用锂离子电池的负极材料主要为碳材料,其在高倍率下,锂离子扩散缓慢,电极/电解液界面内阻增加,不能满足快速增长的高倍率锂离子电池的需求,且商用锂离子电池不能满足未来实际应用中的安全要求。二氧化钛已经成为一个极具潜力的锂离子电池负极材料。二氧化钛因其在1.7V附近Li+/Li之间具有较高的锂离子潜入/脱嵌潜力,从本质上避免了Li+的堆积,防止枝晶出现,很大程度上提高了安全性能。此外,二氧化钛在锂插入/脱嵌期间具有较高的可逆容量和低体积膨胀(3-4%),从而增强结构的稳定性和延长循环寿命。
碳纳米管的加入,克服了电子和离子转移限制,提高材料的导电性。碳纳米管-二氧化钛复合材料具有良好的导电性,比容量较高,循环稳定性较好,且具有大电流充放电特性。
碳纳米管-二氧化钛复合材料结合了碳纳米管优异的导电性和二氧化钛良好的高倍率电流特性,近年来在电化学上的应用受到关注。目前对于CNT-TiO2复合材料电化学性能的研究,主要集中在锂离子电池性能研究上。
目前,关于碳纳米管-二氧化钛复合材料作锂离子电池材料的报道中,复合材料主要是粉末状,需要加入粘结剂、导电剂制备成电极片,复合材料在电极片中的团聚现象不可避免,导致因导电性不好,影响复合材料的锂电比容量和循环性能。
目前,关于碳纳米管作为超级电容器材料的报道很多,关于二氧化钛做超级电容器材料的报道较少。
综合上述,目前对于膜材料研究较多,自支持膜因其独特的导电性及力学性能,受到广泛关注。但目前对于碳纳米管膜的研究,主要为溶液法和直接生长法:溶液法基本属于后续处理法,制备的碳纳米管膜力学性能较差,且产率较低,参数不可控;直接生长法基本为阵列法,在基板上生长碳纳米管膜或者经后续处理,从阵列中拉出碳纳米管膜,条件苛刻。对于碳纳米管-二氧化钛复合膜的研究,目前基本上采用基板法,大多为两步法,先制备碳纳米管再沉二氧化钛,或为先制备二氧化钛再生长碳纳米管,工艺复杂,且制备的复合膜产率较低,不可控因素较多。
发明内容
本发明的目的,是针对目前制备碳纳米管-二氧化钛复合电极材料方法的缺点与不足,提供一种简便、低成本、工艺可控、复合结构均匀可调的制备方法。
本发明通过如下技术方案予以实现。
一种用于电极材料的连续碳纳米管-二氧化钛复合膜/纤维,其原料组分及其质量百分比含量为:碳源62~98%,氧化钛前驱体0.04~32%,催化剂0.05~3%,促进剂0.01~3%;
该用于电极材料的连续碳纳米管-二氧化钛复合膜/纤维的制备方法,具有如下步骤:
(1)按照原料质量百分比含量进行配料:碳源62~98%,二氧化钛前驱体0.04~32%,催化剂0.05~3%,促进剂0.01~3%;
(2)将步骤(1)的原料放入超声分散10~60min,配置成均匀的反应液;
(3)将步骤(2)所得原料以0.1~25ml/h的速率注入已升温至900~1200℃的竖式电阻炉,在流速50~1000sccm的氢气流作用下生成连续碳纳米管-二氧化钛复合膜,或者经过水致密化作用形成连续纤维,以机械方式连续纺出;
(4)将步骤(3)所得复合膜经80℃干燥6~24h后,以3MPa的压力压实,制成电极片;
或者将步骤(3)所得连续纤维,首先裁剪成10mm长度的短段,平整的铺成10mm×10mm的矩形,厚度为1mm,以3MPa的压力压实在不锈钢上,制成电极片。
所述步骤(1)的碳源为乙醇、丙醇、苯、二甲苯、丁烷、正己烷、环己烷中的任意一种。
所述步骤(1)的氧化钛前驱体源为钛酸丁酯、异丙醇钛、乙酰丙酮钛、四氟化钛、四氯化钛中的任意一种。
所述步骤(1)的催化剂为二茂钴、二茂铁、二茂镍中的任意一种,所述的促进剂为噻吩。
所述步骤(4)的复合膜或纤维也可以于300~650℃热处理0.5~4h以除去无定形碳杂质。
所述步骤(4)的复合膜或纤维也可以于300~650℃热处理0.5~4h以除去无定形碳杂质后并用双氧水、稀盐酸、稀硫酸、稀硝酸、浓盐酸、浓硫酸、浓硝酸中的任意一种或多种处理0.5~72h,以除去铁杂质。
本发明采用化学气相法,一步制备碳纳米管-二氧化钛复合膜/纤维,碳纳米管的组装和二氧化钛的成核长大同时完成,生长出均匀连续的碳纳米管-二氧化钛复合膜/纤维。制备过程工艺简单,参数可控性强,产率较高。制备的碳纳米管-二氧化钛复合膜/纤维不仅制备均匀连续、自支撑、TiO2含量可调,且其本身具有网络结构,导电性极强,电化学性能优异,不需要添加导电剂、粘结剂等处理,经简单切割后,可直接用于锂电负极材料和超级电容器材料。
附图说明
图1是实施例1制备的碳纳米管-二氧化钛复合膜制品的循环-容量曲线图;
图2是实施例1制备的碳纳米管-二氧化钛复合膜制品的计时电位曲线图;
图3是实施例2制备的碳纳米管-二氧化钛复合纤维制品的循环-容量曲线图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。
实施例中所用原料均为分析纯。
实施例1
(1)按照原料质量百分比含量进行配料:碳源(乙醇)80.05%,二氧化钛前驱体(钛酸丁酯)17.78%,催化剂(二茂铁)1.44%,促进剂(噻吩)0.73%;
(2)将步骤(1)的原料放入超声分散30min,配置成均匀的反应液;
(3)将步骤(2)的所得原料以6ml/h的速率注入已升温至1100℃的竖式电阻炉,在流速800sccm的氢气流作用下生成连续碳纳米管-二氧化钛复合膜,以机械方式连续纺出;
(4)将步骤(3)所得复合膜经80℃干燥12h后,以3MPa的压力压实,制得电极片。
图1是实施例1制备的碳纳米管-二氧化钛复合膜制品的循环-容量曲线图,给出了不同电流密度下放电的循环性能曲线。CNT/TiO2复合膜首次放电达1037mAh/g,小电流30mA/g的电流密度下,材料充放电逐渐稳定,放电比容量约为470mAh/g。复合膜分别在60、150、300mA/g的电流密度下循环性能稳定,各电流密度下材料的放电容量远大于CNT膜和P25型TiO2粒子,且在300mA/g的大电流密度下放电比容量达250mAh/g,而此时,CNT膜和P25的放电比容量仅分别为70mAh/g和34mAh/g。当电流密度由300mA/g调整到150mA/g时,放电比容量仍能恢复到之前的320mAh/g,即大电流充放电后,再使用小电流充放电,容量基本没有损失,表明材料循环性能良好。在小电流密度下,复合膜的可逆容量逐渐趋于稳定,充放电效率逐渐增大。稳定后,复合膜的充放电效率大约为98%。
图2是实施例1制备的碳纳米管-二氧化钛复合膜制品的计时电位曲线图,由计时电位曲线可以看出,同一电流密度下,复合膜的比容量明显增大,单纯CNT的比容量为15F/g,而复合材料的比容量增大到23F/g,容量提高53%。复合膜的计时电位曲线基本上为理想的三角形形状,在充放电转换的瞬间,基本上不存在电位突变,说明复合膜导电性很好,电容器内阻较小。
实施例2
(1)按照原料质量百分比含量进行配料:碳源(乙醇)80.05%,二氧化钛前驱体(异丙醇钛)17.78%,催化剂(二茂铁)1.44%,促进剂(噻吩)0.73%;
(2)将步骤(1)的原料放入超声分散30min,配置成均匀的反应液;
(3)将步骤(2)的所得原料以6ml/h的速率注入已升温至1100℃的竖式电阻炉,在流速800sccm的氢气流作用下生成连续碳纳米管/二氧化钛复合膜经过水致密化作用形成连续纤维,以机械方式连续纺出;
(4)将步骤(3)所得复合纤维经80℃干燥12h后,裁剪成10mm长度的短段,平整的铺成10mm×10mm的矩形,厚度约1mm,以3MPa的压力压实在不锈钢上,制得电极片。
图3是实施例2制备的碳纳米管-二氧化钛复合纤维制品的循环-容量曲线图,为复合纤维的锂电性能曲线。复合纤维的首次放电容量为753mAh/g,可逆放电容量为232mAh/g。当电流密度为30mA/g时,复合纤维的放电容量约为160mAh/g,当电流密度为150mA/g时,复合纤维的放电容量约为50mAh/g。在不同电流密度下,复合纤维的放电容量均小于复合膜。这可能由于纤维收缩后比表面积减小,不利于锂离子嵌入和脱出,但实施例2完全符合用于锂离子电池或者超级电容器的电极材料的要求。
实施例3
(1)按照原料质量百分比含量进行配料:碳源(乙醇+丙酮)80.05%,二氧化钛前驱体(异丙醇钛)17.78%,催化剂(二茂铁)1.44%,促进剂(噻吩)0.73%;
(2)将步骤(1)的原料放入超声分散30min,配置成均匀的反应液;
(3)将步骤(2)的所得原料以6ml/h的速率注入已升温至1100℃的竖式电阻炉,在流速800sccm的氢气流作用下生成连续碳纳米管-二氧化钛复合膜以机械方式连续纺出;
(4)将步骤(3)所得复合膜经80℃干燥12h后,于400℃热处理0.5h以除去无定形碳杂质,再以3MPa的压力压实,制得电极片。
实施例4
(1)按照原料质量百分比含量进行配料:碳源(乙醇+丙酮)80.05%,二氧化钛前驱体(钛酸丁酯)17.78%,催化剂(二茂铁)1.44%,促进剂(噻吩)0.73%;
(2)将步骤(1)的原料放入超声分散30min,配置成均匀的反应液;
(3)将步骤(2)的所得原料以6ml/h的速率注入已升温至1100℃的竖式电阻炉,在流速800sccm的氢气流作用下生成连续碳纳米管-二氧化钛复合膜以机械方式连续纺出;
(4)将步骤(3)所得复合膜经80℃干燥12h后,于400℃热处理0.5h以除去无定形碳杂质后并用双氧水、浓硫酸以质量比为1:3的混合酸处理0.5h,以除去铁杂质,再以3MPa的压力压实,制得电极片。
上述实施例中,采用化学气相法一步制备的连续碳纳米管-二氧化钛复合膜/纤维电化学性能优异,不需要添加导电剂、粘结剂等处理,经简单切割后,可直接用于锂电负极材料和超级电容器材料,具有较大潜在应用价值。
本发明绝不限于以上实例,通过调整化学气相沉积复合工艺参数,碳纳米管膜处理制度,都能获得具有不同特性的电极材料,本领域技术人员根据本发明的揭示,对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
本发明所列举的各种原料及其取值范围,以及各种工艺参数的取值范围都能实现本发明,在此不再一一进行举例说明。
Claims (6)
1.一种用于电极材料的连续碳纳米管-二氧化钛复合膜/纤维,其原料组分及其质量百分比含量为:碳源62~98%,氧化钛前驱体0.04~32%,催化剂0.05~3%,促进剂0.01~3%;
该用于电极材料的连续碳纳米管/二氧化钛复合膜/纤维的制备方法,具有如下步骤:
(1)按照原料质量百分比含量进行配料:碳源62~98%,二氧化钛前驱体0.04~32%,催化剂0.05~3%,促进剂0.01~3%;
(2)将步骤(1)的原料放入超声分散10~60min,配置成均匀的反应液;
(3)将步骤(2)所得原料以0.1~25ml/h的速率注入已升温至900~1200℃的竖式电阻炉,在流速50~1000sccm的氢气流作用下生成连续碳纳米管-二氧化钛复合膜,或者经过水致密化作用形成连续纤维,以机械方式连续纺出;
(4)将步骤(3)所得复合膜经80℃干燥6~24h后,以3MPa的压力压实,制成电极片;
或者将步骤(3)所得连续纤维,首先裁剪成10mm长度的短段,平整的铺成10mm×10mm的矩形,厚度为1mm,以3MPa的压力压实在不锈钢上,制成电极片。
2.根据权利要求1用于电极材料的连续碳纳米管-二氧化钛复合膜/纤维,其特征在于,所述步骤(1)的碳源为乙醇、丙醇、苯、二甲苯、丁烷、正己烷、环己烷中的任意一种。
3.根据权利要求1用于电极材料的连续碳纳米管-二氧化钛复合膜/纤维,其特征在于,所述步骤(1)的氧化钛前驱体源为钛酸丁酯、异丙醇钛、乙酰丙酮钛、四氟化钛、四氯化钛中的任意一种。
4.根据权利要求1用于电极材料的连续碳纳米管-二氧化钛复合膜/纤维,其特征在于,所述步骤(1)的催化剂为二茂钴、二茂铁、二茂镍中的任意一种,所述的促进剂为噻吩。
5.根据权利要求1用于电极材料的连续碳纳米管-二氧化钛复合膜/纤维,其特征在于,所述步骤(4)的复合膜或纤维也可以于300~650℃热处理0.5~4h以除去无定形碳杂质。
6.根据权利要求5用于电极材料的连续碳纳米管-二氧化钛复合膜/纤维,其特征在于,所述步骤(4)的复合膜或纤维也可以于300~650℃热处理0.5~4h以除去无定形碳杂质后,并用双氧水、稀盐酸、稀硫酸、稀硝酸、浓盐酸、浓硫酸、浓硝酸中的任意一种或多种处理0.5~72h,以除去铁杂质。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201310435699.XA CN103531753A (zh) | 2013-09-22 | 2013-09-22 | 用于电极材料的连续碳纳米管-二氧化钛复合膜/纤维 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201310435699.XA CN103531753A (zh) | 2013-09-22 | 2013-09-22 | 用于电极材料的连续碳纳米管-二氧化钛复合膜/纤维 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN103531753A true CN103531753A (zh) | 2014-01-22 |
Family
ID=49933586
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201310435699.XA Pending CN103531753A (zh) | 2013-09-22 | 2013-09-22 | 用于电极材料的连续碳纳米管-二氧化钛复合膜/纤维 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN103531753A (zh) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106567102A (zh) * | 2016-10-09 | 2017-04-19 | 华东理工大学 | 一种TiO2/碳纳米管/Ni光电活性复合电极的制备方法 |
CN106654189A (zh) * | 2016-10-26 | 2017-05-10 | 东南大学 | 一种快速制备碳纳米管‑二维碳化钛复合材料的方法 |
CN107863517A (zh) * | 2017-11-07 | 2018-03-30 | 成都新柯力化工科技有限公司 | 一种用于锂电池的硅纳米管复合负极材料及制备方法 |
CN108735969A (zh) * | 2017-04-24 | 2018-11-02 | 清华大学 | 锂离子电池负极及柔性锂离子电池 |
CN109873127A (zh) * | 2017-12-01 | 2019-06-11 | 天津大学 | 一种硫化镍/碳纳米管柔性复合薄膜材料及其制备方法和应用 |
CN110993364A (zh) * | 2020-01-10 | 2020-04-10 | 中原工学院 | 钼酸镍/碳电极材料的制备方法及制备的超级电容器 |
CN115646554A (zh) * | 2022-09-15 | 2023-01-31 | 复旦大学 | 一种二氧化钛/碳纳米管复合纤维及其制备方法 |
Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101153413A (zh) * | 2007-09-04 | 2008-04-02 | 天津大学 | 液封气相流催化反应制备连续碳纳米管纤维的装置和方法 |
CN101187094A (zh) * | 2007-09-04 | 2008-05-28 | 天津大学 | 可解系的连续碳纳米管纤维及制备工艺方法 |
CN101665247A (zh) * | 2009-09-25 | 2010-03-10 | 天津大学 | 碳纳米管膜制备方法和装置 |
CN101777431A (zh) * | 2010-03-15 | 2010-07-14 | 彩虹集团公司 | 二氧化钛包覆的碳纳米管的薄膜电极的制备方法 |
CN101891184A (zh) * | 2010-07-12 | 2010-11-24 | 同济大学 | 一种高温化学气相沉积法连续合成单壁碳纳米管的方法 |
CN102358939A (zh) * | 2011-07-15 | 2012-02-22 | 天津大学 | 一种制备氧化物/碳管复合纳米材料的方法 |
CN102583321A (zh) * | 2012-03-05 | 2012-07-18 | 天津大学 | 一种高比表面积碳纳米管/氧化物复合膜及其制备方法 |
CN102733006A (zh) * | 2012-06-29 | 2012-10-17 | 天津大学 | 一种碳纳米管/金属氧化物复合纤维 |
CN102881872A (zh) * | 2012-09-11 | 2013-01-16 | 天津大学 | 化学气相法一步合成氧化硅/碳纳米管膜状锂离子电池负极材料的方法 |
-
2013
- 2013-09-22 CN CN201310435699.XA patent/CN103531753A/zh active Pending
Patent Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101153413A (zh) * | 2007-09-04 | 2008-04-02 | 天津大学 | 液封气相流催化反应制备连续碳纳米管纤维的装置和方法 |
CN101187094A (zh) * | 2007-09-04 | 2008-05-28 | 天津大学 | 可解系的连续碳纳米管纤维及制备工艺方法 |
CN101665247A (zh) * | 2009-09-25 | 2010-03-10 | 天津大学 | 碳纳米管膜制备方法和装置 |
CN101777431A (zh) * | 2010-03-15 | 2010-07-14 | 彩虹集团公司 | 二氧化钛包覆的碳纳米管的薄膜电极的制备方法 |
CN101891184A (zh) * | 2010-07-12 | 2010-11-24 | 同济大学 | 一种高温化学气相沉积法连续合成单壁碳纳米管的方法 |
CN102358939A (zh) * | 2011-07-15 | 2012-02-22 | 天津大学 | 一种制备氧化物/碳管复合纳米材料的方法 |
CN102583321A (zh) * | 2012-03-05 | 2012-07-18 | 天津大学 | 一种高比表面积碳纳米管/氧化物复合膜及其制备方法 |
CN102733006A (zh) * | 2012-06-29 | 2012-10-17 | 天津大学 | 一种碳纳米管/金属氧化物复合纤维 |
CN102881872A (zh) * | 2012-09-11 | 2013-01-16 | 天津大学 | 化学气相法一步合成氧化硅/碳纳米管膜状锂离子电池负极材料的方法 |
Non-Patent Citations (3)
Title |
---|
JEONGAH LEE ET AL.,: ""high-performance field emission from a carbon nanotube carpet"", 《CARBON》 * |
JIAN MIN FENG ET AL.,: ""one-step fabrication of high quality double-walled carbon nanotube thin films by a chemical vapor deposition process"", 《CARBON》 * |
YONG HU ET AL.,: "《Nanotechnology and Nanomaterials》", 9 August 2011 * |
Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106567102A (zh) * | 2016-10-09 | 2017-04-19 | 华东理工大学 | 一种TiO2/碳纳米管/Ni光电活性复合电极的制备方法 |
CN106567102B (zh) * | 2016-10-09 | 2018-09-25 | 华东理工大学 | 一种TiO2/碳纳米管/Ni光电活性复合电极的制备方法 |
CN106654189A (zh) * | 2016-10-26 | 2017-05-10 | 东南大学 | 一种快速制备碳纳米管‑二维碳化钛复合材料的方法 |
CN108735969A (zh) * | 2017-04-24 | 2018-11-02 | 清华大学 | 锂离子电池负极及柔性锂离子电池 |
CN108735969B (zh) * | 2017-04-24 | 2020-09-29 | 清华大学 | 锂离子电池负极及柔性锂离子电池 |
CN107863517A (zh) * | 2017-11-07 | 2018-03-30 | 成都新柯力化工科技有限公司 | 一种用于锂电池的硅纳米管复合负极材料及制备方法 |
CN109873127A (zh) * | 2017-12-01 | 2019-06-11 | 天津大学 | 一种硫化镍/碳纳米管柔性复合薄膜材料及其制备方法和应用 |
CN110993364A (zh) * | 2020-01-10 | 2020-04-10 | 中原工学院 | 钼酸镍/碳电极材料的制备方法及制备的超级电容器 |
CN115646554A (zh) * | 2022-09-15 | 2023-01-31 | 复旦大学 | 一种二氧化钛/碳纳米管复合纤维及其制备方法 |
CN115646554B (zh) * | 2022-09-15 | 2024-06-07 | 复旦大学 | 一种二氧化钛/碳纳米管复合纤维及其制备方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN102683710B (zh) | 碳纳米纤维负载二氧化钛薄膜负极材料及其制备方法 | |
CN103531753A (zh) | 用于电极材料的连续碳纳米管-二氧化钛复合膜/纤维 | |
CN106099113B (zh) | 一种核壳结构硅碳复合材料及其制备方法 | |
CN106450181B (zh) | 一种二硫化钼/氮掺杂碳纳米纤维复合材料及其制备方法和应用 | |
CN105304876B (zh) | 硫化钼/石墨烯/碳纳米纤维复合材料及其制备方法 | |
CN103456934B (zh) | 一种锂离子电池负极用纳米TiO2(B)/碳复合纤维的制备方法和应用 | |
CN108847492B (zh) | 一种n掺杂金属钴碳纳米纤维复合材料及其制备方法和应用 | |
CN102544479B (zh) | 钴酸锌阵列/碳布复合锂离子电池负极材料的制备方法 | |
CN105322147B (zh) | 一种二硫化钨/碳纳米纤维/石墨烯复合材料及其制备方法 | |
CN103078087B (zh) | 一种钛酸锂/碳纳米管复合负极材料的制备方法 | |
CN103346302A (zh) | 一种锂电池硅碳纳米管复合负极材料及其制备方法与应用 | |
Wu et al. | Long cycle life, low self-discharge carbon anode for Li-ion batteries with pores and dual-doping | |
CN106058181A (zh) | 石墨烯支撑的碳包覆硅纳米颗粒复合电极材料的制备方法 | |
CN109326453B (zh) | 一种聚吡咯超级电容器复合电极材料及其制备方法 | |
CN116344803B (zh) | 一种钠离子电池用硬碳负极材料及其制备方法 | |
CN108166103A (zh) | 一种利用几丁质为碳源制备氮掺杂非晶碳纳米纤维的工艺及其在能源储存中的应用 | |
CN105529447B (zh) | 一种碳纳米管-碳-多孔硅复合材料制备方法及应用 | |
CN115458725A (zh) | 一种中间相炭微球基硅碳复合电极材料的改性制备方法 | |
CN111924827A (zh) | 一种三维氮氟共掺杂碳纳米管钾电负极材料及其制备方法 | |
CN103326020B (zh) | 一种磷酸铁锂复合正极材料的制备方法 | |
CN115172643A (zh) | 一种石墨烯量子点/硬碳异质结材料及其制备方法及负极材料和钾离子扣式电池 | |
CN108923047B (zh) | 锂离子电池用中空炭纤维负极材料及其制备方法和应用 | |
CN117154038A (zh) | 一种木质素基碳包覆硫化亚锡复合材料及其制备方法和应用 | |
CN108615888A (zh) | 锂离子电池用生物质炭纤维负极材料及其制备方法和应用 | |
CN105914058B (zh) | 一种复合电极材料及其制备方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20140122 |