CN103721750B - 一种大管径碳纳米管催化剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于制备大管径碳纳米管的催化剂，其由下列重量百分含量的原料配制而成：硝酸镧5.6～47.8%、硝酸钴2.3～39.5%、硝酸铁1.7～46.7%、硝酸钙2.7～41.6%、柠檬酸2.7～41.6%、乙二胺四乙酸2.7～41.6%。本发明还公开了一种大管径碳纳米管的催化剂的制备方法。将大管径碳纳米管添加在电池正极，性能明显优于传统石墨和小管径碳纳米管。较低的电阻率对电池极片的内阻降低有明显帮助，即可以提高电池的循环寿命和提高电池的能量密度。较小的比表面积更容易的分散碳纳米管。
Description
技术领域
本发明涉及碳纳米材料领域，尤其涉及一种大管径碳纳米管催化剂及其制备方法。
背景技术
碳纳米管作为一维纳米材料，其重量轻，六边形结构连接完美，具有许多异常的力学、电学和化学性能。近些年随着碳纳米管及纳米材料研究的深入，其广阔的应用前景也不断地展现出来。由于碳纳米管具有中空的结构，可以用作微型模具。即在其内部可填充金属、氧化物等物质，制备出最细的纳米尺度的导线等，用于未来的分子电子学器件或纳米电子学器件中。还可制作碳纳米管增的塑料、碳纳米管增强陶瓷复合材料、金属基复合材料，还可以做最细的试管以及能称量单个原子质量的“纳米秤”等等。
目前，商业化的碳纳米管直径一般都是比较小的，大约在10～50nm之间，由于小管径碳纳米管有较大的长径比，不易分散。通过电池厂家的实际应用，大管径碳纳米管在锂离子电池正极上表现出来的性能比小管径碳纳米管好。
但是现有制备碳纳米管的催化剂不能满足需要，提供一种新的催化剂来制备大管径碳纳米管是业界亟待解决的问题。
发明内容
本发明为了解决上述现有技术的问题，提出一种可以用于制备大管径碳纳米管的催化剂及其制备方法，以填补市场上大管径碳纳米管的空白。
本发明提出的一种大管径碳纳米管催化剂，由下列重量百分含量的原料配制而成：
硝酸镧5.6～47.8%、硝酸钴2.3～39.5%、硝酸铁1.7～46.7%、
硝酸钙2.7～41.6%、柠檬酸2.7～41.6%、乙二胺四乙酸2.7～41.6%。
本发明还提出一种大管径碳纳米管催化剂的制备方法，可以根据以下步骤进行：
步骤1：将制备大管径碳纳米管的催化剂的原料：硝酸镧、硝酸钴、硝酸铁、硝酸钙、柠檬酸、乙二胺四乙酸（EDTA）按配比依次准确称量，并分别将所述原料放入密闭搅拌容器内，再加入去离子水启动搅拌，搅拌转速为40r/min，搅拌20-30分钟，待固体颗粒完全溶解后关闭搅拌机，依次制得完全溶解的单一的硝酸镧溶液、硝酸钴溶液、硝酸铁溶液、硝酸钙溶液、柠檬酸溶液、EDTA溶液。
步骤2：将所述单一的溶液依次倒入一个500L的搅拌罐里搅拌混合，设置搅拌罐的温度为50℃，转速为40r/min，再搅拌60-90分钟；
步骤3：将上述混合好的溶液等量倒入坩埚，并置于焙烧炉中焙烧，温度在400-600℃之间，焙烧时间为2-3小时；
步骤4：将焙烧后得到的固体催化剂使用叶轮式粉碎机粉碎，从而制得大管径碳纳米管的催化剂。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
1、把大管径碳纳米管添加在电池正极，性能明显优于传统石墨和小管径碳纳米管。2、可以提高电池的循环寿命。3、可以提高电池的能量密度。4、可以更容易的分散碳纳米管。
具体实施方式
本发明提出的可制备大管径碳纳米管的催化剂，由下列重量百分含量的原料配制而成：
硝酸镧5.6～47.8%、硝酸钴2.3～39.5%、硝酸铁1.7～46.7%、
硝酸钙2.7～41.6%、柠檬酸2.7～41.6%、乙二胺四乙酸2.7～41.6%。
其中，硝酸镧为六水合硝酸镧，纯度为99.5%以上；硝酸钴为六水合硝酸钴，纯度为99.5%以上；硝酸铁为九水合硝酸铁，纯度为99%以上；硝酸钙为四水合硝酸钙，纯度为99.5%以上；柠檬酸为一水合柠檬酸，纯度为99%以上；乙二胺四乙酸（EDTA）,纯度为99%以上。以上几种原料需按一定顺序在去离子水中溶解，溶解完后再充分混合。
下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。根据本发明的配方，制备大管径碳纳米管催化剂，可以由下列重量百分含量的原料配置而成。见下列表1：
根据上述配比，本发明制备大管径碳纳米管催化剂的方法，可以按以下步骤进行：
步骤1：将制备大管径碳纳米管的催化剂的原料：硝酸镧、硝酸钴、硝酸铁、硝酸钙、柠檬酸、EDTA按配比依次准确称量，然后分别将所述原料放入密闭搅拌容器内，加入一定量的去离子水（使得原料可以完全溶解的去离子水的量便可）启动搅拌，搅拌转速为40r/min，搅拌20-30分钟，待固体颗粒完全溶解后关闭搅拌机，依次制得完全溶解的单一的硝酸镧溶液、硝酸钴溶液、硝酸铁溶液、硝酸钙溶液、柠檬酸溶液、EDTA溶液。
步骤2：将以上单一的溶液依次倒入一个500L搅拌罐里搅拌混合，设置搅拌罐的温度为50℃，转速为40r/min，搅拌60-90分钟。
步骤3：将以上混合好的溶液等量的，比如500ml，倒入坩埚，并置于焙烧炉中焙烧，温度在400-600℃之间，焙烧时间为2-3小时。即每一个坩埚装填等量的溶液，以便保证催化剂的一致性。
步骤4：将焙烧后得到的固体催化剂使用叶轮式粉碎机粉碎，从而制得本发明提出的可制备大管径碳纳米管的催化剂。
大、小管径碳纳米管的性能参数对比，见下表2：
由表2可以看出：使用本发明的催化剂制作的大管径碳纳米管管径可以增大2～15倍；比表面积减少了5～12.5倍；电阻率降低至小管径的54%～89%。
把大管径碳纳米管添加在电池正极，性能明显优于传统石墨和小管径碳纳米管。电阻率低对电池极片的内阻降低有明显帮助，即可以提高电池的循环寿命和提高电池的能量密度。比表面积小更容易分散碳纳米管。
Claims (2)
1.一种大管径碳纳米管催化剂，其特征在于，由下列重量百分含量的原料配制而成：
硝酸镧5.6～47.8 %、硝酸钴2.3～39.5%、硝酸铁1.7～46.7%、
硝酸钙2.7～41.6%、柠檬酸2.7～41.6%、乙二胺四乙酸2.7～41.6%；
所述大管径碳纳米管催化剂的制备方法，包括如下步骤：
步骤1：将制备大管径碳纳米管的催化剂的原料：硝酸镧、硝酸钴、硝酸铁、硝酸钙、柠檬酸、乙二胺四乙酸按配比依次准确称量，并分别将所述原料放入密闭搅拌容器内，再加入去离子水启动搅拌，搅拌转速为40r/min，搅拌20-30分钟，待固体颗粒完全溶解后关闭搅拌机，依次制得完全溶解的单一的硝酸镧溶液、硝酸钴溶液、硝酸铁溶液、硝酸钙溶液、柠檬酸溶液、乙二胺四乙酸溶液；
步骤2：将所述单一的溶液依次倒入一个500L的搅拌罐里搅拌混合，设置搅拌罐的温度为50℃，转速为40r/min，再搅拌60-90分钟；
步骤3：将上述混合好的溶液等量倒入一坩埚，并置于焙烧炉中焙烧，温度在400-600℃之间，焙烧时间为2-3小时；
步骤4：将焙烧后得到的固体催化剂使用叶轮式粉碎机粉碎，制得大管径碳纳米管的催化剂。
2.如权利要求1所述大管径碳纳米管催化剂，其特征在于，所述的硝酸镧为六水合硝酸镧，纯度为99.5%以上；硝酸钴为六水合硝酸钴，纯度为99.5%以上；硝酸铁为九水合硝酸铁，纯度为99%以上；硝酸钙为四水合硝酸钙，纯度为99.5%以上；柠檬酸为一水合柠檬酸，纯度为99%以上；乙二胺四乙酸,纯度为99%以上。
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