[发明专利]一种碳纳米管包覆FeF3

说明书

本发明公开了碳纳米管包覆FeF₃的合成方法，包括：S1、以羟基氧化铁、十六烷基三甲基溴化铵、间苯二酚、甲醛溶液和氨水为原料，于液相中进行反应，将所得悬浮液进行固液分离、洗涤和干燥，得到酚醛树脂包覆羟基氧化铁；S2、进行碳化，得到Fe₃O₄@CNT；将所得的Fe₃O₄@CNT进行还原，得到Fe@CNT；S3、再进行氟化，即得碳纳米管包覆FeF₃。本发明能合成结构和性能优异、一致性好的碳纳米管包覆FeF₃材料，有效解决现有的FeF₃作为正极材料导电性差、且容易与电解液发生副反应，在充放电过程中存在体积膨胀和收缩等问题，该方法具有成本低、工艺简单容易实现等优点。

技术领域

本发明属于锂离子电池材料技术领域，具体涉及一种碳纳米管包覆FeF₃的合成方法。

背景技术

碳纳米管（Carbon Nanotube， CNT）是在1991年1月由日本筑波NEC实验室的物理学家饭岛澄男使用高分辨透射电子显微镜从电弧法生产碳纤维的产物中发现的。它是一种管状的碳分子，管上每个碳原子采取sp²杂化，相互之间以碳-碳σ键结合起来，形成由六边形组成的蜂窝状结构作为碳纳米管的骨架。每个碳原子上未参与杂化的一对p电子相互之间形成跨越整个碳纳米管的共轭π电子云。按照管子的层数不同，分为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管。管子的半径方向非常细，只有纳米尺度，而在轴向则可长达数十到数百微米。

由于碳纳米管中碳原子采取sp²杂化，相比sp³杂化，sp²杂化中s轨道成分比较大，使碳纳米管具有高模量、高强度。此外，碳纳米管的熔点预计高达3652～3697℃。

碳纳米管上碳原子的p电子形成大范围的离域π键，由于共轭效应显著，碳纳米管具有一些特殊的电学性质。

碳纳米管的合成主要有两种方法：一种是直流电弧放电蒸发合成法(DC Arcdischarge Evaporation Mothed，下面简称DAEM)，另一种是催化合成法(CatalyticMothed，下面简称CM)。

直流电弧放电蒸发合成法(DAEM)：DAEM制取碳纳米管是在一个石墨棒电弧反应器内进行的，这个反应器与Haufler—Ktolo的合成装置很相似。在反应器的圆柱形容器中，将两根石墨棒分别放于阳极和阴极充当电极，二者相距1～2cm。向容器中充入惰性气体He或Ar，压力为53kPa。然后通入电流值很大的直流电，使弧光温度达到3000℃以上，这时在阴极开始有烟灰产生。反应结束后，借助超声清洁器，将烟灰用甲苯或乙醇分散，得到悬浮的样品。

催化合成法(CM)：CM是指在催化剂的作用下，以热解法从有机物合成碳纳米管。这与气相生长炭纤维很相似。催化剂分为两类，第一类是过渡金属，例如Fe，Co，Ni和Cu，第二类是锎系金属，主要有Gd，Nd，La和Y。M.Endo等人以铁为催化剂，苯为前躯体，用制取气相生长炭纤维的装置合成出碳纳米管。

金属氟化物做正极具有较高的比容量，有希望应用在高能量密度锂离子电池中，但是因为其电子电导率低，离子电导率低和充放电过程中的体积膨胀，目前正处于实验室研究阶段。