[发明专利]氮掺杂碳纳米管/离子液体复合薄膜及其制备方法与电容器

说明书

技术领域

本发明涉及化学材料制备领域，尤其涉及一种氮掺杂碳纳米管/离子液体复合薄膜及其制备方法。本发明还涉及该氮掺杂碳纳米管/离子液体复合薄膜在电容器中的应用。

背景技术

二十世纪九十年代，碳材料作为储能材料的使用推动了超级电容器、锂离子电池的大力发展。而碳纳米管作为一种一维的碳材料，具有非常高的电导率，而且碳纳米管非常容易衍生化，其衍生物也受到研究者的广泛关注。

目前碳纳米管衍生物主要有氮掺杂碳纳米管和硼掺杂碳纳米管。其中氮掺杂由于硼原子比碳原子外层多一个电子，呈N-型掺杂，所以相比碳纳米管具有更好的储能性能，且氮掺杂碳纳米管的氮含量越高，储能位点越多，储能性能也就越好。目前，碳纳米管应用遇到的一个较大问题，即容易团聚，这在一定程度上降低了碳纳米管的储能性能。因此，增加碳纳米管储能位点的数量和降低碳纳米管的团聚就显得十分重要。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术存在的问题和不足，提供一种氮掺杂碳纳米管/离子液体复合薄膜，利用该氮掺杂碳纳米管/离子液体复合薄膜的较高氮含量，使得该氮掺杂碳纳米管/离子液体复合薄膜用作电容器的电极材料时，具有优异的储能性能。

本发明针对上述技术问题而提出的技术方案为：一种氮掺杂碳纳米管/离子液体复合薄膜的制备方法，包括如下步骤：

(a)将碳纳米管与掺氮剂按质量比1:0.5～3混合后置于反应器中，充分搅拌后干燥，随后往所述反应器中通入惰性气体，使所述反应器中形成惰性环境，接着升温至750～900℃，保持1～2h后降至室温，对所得的固体产物进行清洗并干燥，得到所述氮掺杂碳纳米管；

(b)制备氮掺杂碳纳米管/离子液体复合薄膜：将所述氮掺杂碳纳米管置于离子液体中，配置成浓度为20mg/ml的混合溶液，混合后超声，再将混合溶液置于真空环境下干燥，然后抽滤出多余的所述离子液体，得到氮掺杂碳纳米管/离子液体复合薄膜；其中，斜杆“/”表示复合。

所述掺氮剂为氨水或尿素。

在所述步骤(a)中，所述搅拌的时间为4～8h，所述搅拌后干燥的温度为60℃，所述搅拌后干燥的时间为12h。

所述惰性气体为氩气、氮气或氦气，所述惰性气体通入时的流速为400ml/min。

升温过程，其升温速率为5～20℃/min。

对所述固体产物的清洗并干燥的操作如下：将所述固体产物按质量体积比20mg：1ml置于HCl溶液中，搅拌2小时后抽滤，再用去离子水清洗所述固体产物至PH值呈中性，最后将所述固体产物置于60℃烘箱中干燥12h。

所述离子液体为1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐、1-乙基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐或1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐。

在所述步骤(b)中，所述超声时间为2h，所述混合物是在100℃的所述真空环境下处理24h。

本发明还包括利用上述制备方法制得的氮掺杂碳纳米管/离子液体复合薄膜。

本发明还包括所述氮掺杂碳纳米管/离子液体复合薄膜在电容器中的应用。该电容器包括由正电极片、隔膜、负电极片按顺序层叠组成的电芯、用于纳置所述电芯的密闭壳体，以及加注在密闭壳体的电解液，所述正电极片和负电极片由所述的氮掺杂碳纳米管/离子液体复合薄膜制得。

与现有技术相比，本发明的氮掺杂碳纳米管/离子液体复合薄膜及其制备方法，存在以下的优点：发明所制备的氮掺杂碳纳米管/离子液体复合薄膜的氮含量较高，氮掺杂碳纳米管与离子液体的复合，降低了氮掺杂碳纳米管的团聚，同时提高氮掺杂碳纳米管对电解液的浸润性，从而使得该氮掺杂碳纳米管/离子液体复合薄膜用作电容器的电极材料时，具有优异的储能性能，且所采用的制备方法设备、工艺简单，容易实现大规模生产。

具体实施方式

以下结合实施例，对本发明予以进一步地详尽阐述。

本发明的氮掺杂碳纳米管/离子液体薄膜制备工艺流程如下：

碳纳米管→氮掺杂碳纳米管→氮掺杂碳纳米管/离子液体薄膜。

具体分为以下步骤：