[发明专利]一种碳纳米管及其应用

说明书

本发明涉及一种碳纳米管及其应用，在高倍透射电镜下可见，该碳纳米管的管壁碳层晶格条纹与所述碳纳米管的管轴向呈5°～15°夹角。这种结构可以提供更多的边缘储锂位点及更短的锂离子迁移通道，有利于储锂性能的提升。该碳纳米管更适合用作锂离子电池的负极材料，含该碳纳米管的柔性薄膜电极作为锂离子电池负极时，具有高比容量及良好的倍率性能和循环稳定性。

技术领域

本发明涉及一种碳纳米管及其应用。

背景技术

随着柔性及可穿戴电子设备的发展，人们对高效柔性电池的需求日益迫切，其中的关键是柔性薄膜电极的开发。在柔性导电基底(比如碳纤维布或碳纤维纸)上负载活性物质或直接生长活性物质是制备柔性电极的重要途径。

Guanhua Zhang等人公开了一种具有核壳结构纳米阵列的碳纤维布柔性电极(High-Performance and Ultra-Stable Lithium-Ion Batteries Based on MOF-DerivedZnO@ZnO Quantum Dots/C Core–Shell Nanorod Arrays on a Carbon Cloth Anode，Advanced Materials,2015,27,2400-2405)。其首先通过低温溶液沉积反应在柔性碳布基底上取向生长ZnO纳米棒阵列，然后以该ZnO纳米棒为模板及锌源，2-甲基咪唑为配体及刻蚀剂，在ZnO纳米棒表面包覆沸石咪唑酯骨架材料，最后在650℃及高纯N₂下焙烧，使沸石咪唑酯骨架材料包覆层转变成无定型碳骨架及ZnO量子点，从而获得生长于碳布上的ZnO@ZnO量子点/C核壳结构的纳米棒阵列。该材料在100mA/g的电流密度下具有1055mAh/g的可逆(脱锂)比容量，也具有良好的倍率性能(1000mA/g的电流密度下，具有530mAh/g的可逆(脱锂)比容量及循环稳定性(在500mA/g电流密度下循环100周容量损失仅11％)。

Jun Chen等人公开了一种用于锂离子电池的碳纤维纸柔性电极(Carbonnanotube network modified carbon fibre paper for Li-ion batteries，EnergyEnvironmental Science,2009,2,393–396)。其将铁化合物浸渍在碳纤维纸上作为催化剂，以乙烯为碳源，用气相沉积法在碳纤维纸上生长碳纳米管，从而制得碳纤维纸柔性电极。以碳纳米管计，在循环50周后，该柔性电极的可逆(脱锂)比容量为546mAh/g。

综上所述，现有的柔性薄膜电极中，或者制备工艺复杂，或者性能还不理想，因此有必要开发制备工艺更简单、性能更优良的柔性薄膜电极。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种柔性薄膜电极，该电极用作锂离子电池的负极时，具有更好的性能。本发明的目的之二是利用廉价的重油来制备前述的柔性薄膜电极。本发明的目的之三是提供一种新颖的碳纳米管，该碳纳米管更适合用作锂离子电池的负极材料。

具体而言，本发明包括以下内容。

1.一种电极的制备方法，其特征在于，以重油为碳源，以负载了镍钴水滑石的碳纤维布或碳纤维纸为基底，用气相沉积法在所述的基底上生长碳纳米管，即得所述的电极。

2.按照1所述的制备方法，其特征在于，所述基底由以下方法制得：在浸有碳纤维布或碳纤维纸的液相反应体系中，合成镍钴水滑石，得到负载了镍钴水滑石的碳纤维布或碳纤维纸，即所述的基底。

3.按照1或2所述的制备方法，其特征在于，所述基底由以下方法制得：

(1)配制镍盐、钴盐和季铵盐的溶液，溶剂为醇、水或二者的混合物；

(2)将碳纤维布或碳纤维纸浸入该溶液中，然后在100℃～200℃下反应20小时以上，得到负载了镍钴水滑石的碳纤维布或碳纤维纸，即所述的基底。