CN109354008B - 非封闭多壁碳纳米管材料制备方法及其制备的电极和电池 - Google Patents

非封闭多壁碳纳米管材料制备方法及其制备的电极和电池 Download PDF

Info

Publication number
CN109354008B
CN109354008B CN201811126494.2A CN201811126494A CN109354008B CN 109354008 B CN109354008 B CN 109354008B CN 201811126494 A CN201811126494 A CN 201811126494A CN 109354008 B CN109354008 B CN 109354008B
Authority
CN
China
Prior art keywords
carbon nanotube
walled carbon
sample
electrode
closed multi
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.)
Active
Application number
CN201811126494.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109354008A (zh
Inventor
林楷睿
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xifeng 2d Fujian Material Technology Co ltd
Original Assignee
Xifeng 2d Fujian Material Technology Co ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xifeng 2d Fujian Material Technology Co ltd filed Critical Xifeng 2d Fujian Material Technology Co ltd
Priority to CN201811126494.2A priority Critical patent/CN109354008B/zh
Publication of CN109354008A publication Critical patent/CN109354008A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109354008B publication Critical patent/CN109354008B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/15—Nano-sized carbon materials
    • C01B32/158—Carbon nanotubes
    • C01B32/168—After-treatment
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/054—Accumulators with insertion or intercalation of metals other than lithium, e.g. with magnesium or aluminium
    • 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
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/139—Processes of manufacture
    • H01M4/1393—Processes of manufacture of electrodes based on carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
    • 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
    • H01M4/58—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
    • H01M4/583—Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
    • H01M4/587—Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx for inserting or intercalating light metals
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2202/00—Structure or properties of carbon nanotubes
    • C01B2202/06—Multi-walled nanotubes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2202/00—Structure or properties of carbon nanotubes
    • C01B2202/20—Nanotubes characterized by their properties
    • C01B2202/22—Electronic properties
    • 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

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Abstract

本发明公开了一种非封闭多壁碳纳米管材料制备方法及其制备的电极和电池，制备方法如下：将高锰酸钾溶解到发烟硫酸中，得到混合溶液；将多壁碳纳米管浸入混合溶液中持续搅拌，得到混合物；在温和搅拌下将混合物缓慢倒入冰水中；在正压下在过滤烧瓶中用聚偏二氯乙烯过滤器进行真空过滤，得到样品；将样品用去离子水反复洗涤；将洗涤过的样品冷冻干燥后从滤纸上收集样品；将样品在氩气氢气混合气氛下，升温至800‑1000℃，并持续保温2‑5h，获得非封闭多壁碳纳米管材料。本发明通过自上而下的化学机械剥离方法制备，多壁碳纳米管的外石墨层间距增大，增加多壁碳纳米管对阴离子的储存能力，有效提升铝离子电池的比容量和循环寿命，且制备方法简单，生产成本低。

Description

非封闭多壁碳纳米管材料制备方法及其制备的电极和电池
技术领域
本发明涉及铝离子电池技术领域，尤其涉及一种非封闭多壁碳纳米管材料制备方法及其制备的电极和电池。
背景技术
对于未来的电池应用，低成本、高功率和高能量密度将是必备条件，如Li-S、锂空气和多价离子充电电池等。与基于锂离子的电池相比，多价离子充电电池可以提供双倍(Mg2+，Ca2+)或三倍(Al3+)的电子数量。更重要的是，多价离子电池不依赖于锂金属，如Li-S和锂空气电池，这就避免了潜在的安全风险。此外，多价金属矿石的价格优势对于未来的商业应用比锂矿更有利。作为地壳中含量最丰富的金属，由于其稳定的价态和低电位，铝是大规模储能的理想选择。众所周知，Al3+具有三电子氧化还原性能和优异的体积容量(与双电子Mg2+/Mg的3833mAh cm-3和单电子Li+/Li的2046mAh cm-3相比，Al3+/Al的氧化还原性能达到8040mAh cm-3)。如此高的能量密度使得研究人员对铝电池的兴趣长期持续不减。
在过去的几十年中，对可充电铝基电池的研究遇到了许多问题，例如形成钝化氧化膜和铝金属上的固有氢化，正极材料崩解和低放电电压。直到戴和同事提出了一种新型的可充电铝电池，它基于AlCl3/[EMIm]Cl的离子液体电解液，石墨泡沫正极和铝箔负极，该电池在不同电流密度下表现出优异的循环性能。然而，具有石墨正极的铝电池仅提供约66mAh g-1的低比容量。除碳材料外，焦和同事报道了一种具有Ni3S2@石墨烯正极的 AIB，它具有较高的初始容量(～350mAh g-1)。康等人开发了一种MoS2微球作为可充电AIB的正极，在20mAg-1的电流密度下展现了253.6mAh g-1的放电容量。王等人设计一种碳纳米纤维薄膜电极，涂有硫化钴包覆的碳纳米管作为铝电池的正极，在100mAg-1下实现了315mAh g-1的高容量。虽然金属硫化物阴极通常具有较高的初始容量，但它们的短循环寿命和较低的容量保持率阻碍了铝电池的进一步发展。
自1991年以来，碳纳米管(CNT)因其独特的机械，电学，热学和光学性质而被广泛用于许多领域。特别是在储能装置的研究中，碳纳米管本身是一种优良的锂离子电池负极材料。这一事实表明，CNT可以可逆地储存某些离子。当CNTs用于制备复合电极时，优异的机械强度和超高的导电性不仅可以显着提高电子和离子的传输能力，而且可以明显改善电极的机械性能。印度科学家Biswarup Pathak对单壁碳纳米管(SWCNT)基铝电池进行了计算研究，SWCNT正极的存储容量可达275mAh g-1。然而，到目前为止，CNT在铝电池中的作用是作为导电剂而不是活性材料。CNT在铝电池中作为活性材料的应用是重要的。它将为说明嵌插机制，以及如何优化具有最佳性能的铝电池正极材料提供参考。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了非封闭多壁碳纳米管材料制备方法及其制备的电极和电池。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：非封闭多壁碳纳米管材料制备方法，所述非封闭多壁碳纳米管材料采用机械化学方法合成，所述方法包括如下步骤：
将高锰酸钾溶解到发烟硫酸中，得到混合溶液；
将多壁碳纳米管浸入混合溶液中，并持续搅拌30-90min，得到混合物；
在温和搅拌下，将混合物缓慢倒入冰水中；
在正压下在过滤烧瓶中用聚偏二氯乙烯过滤器进行真空过滤，得到样品；
将所得样品用去离子水反复洗涤；
将洗涤过的样品冷冻干燥12-24h后，并从滤纸上收集样品；
将样品在氩气氢气混合气氛下，以加热速率为2-7℃min-1升温至800-1000℃，并持续保温2-5h，获得非封闭多壁碳纳米管材料。
进一步的，所述高锰酸钾/多壁碳纳米管的重量比为0.1-4。
进一步的，所述聚偏二氯乙烯的孔径为0.3-0.8um。
进一步的，所述氩气氢气混合气氛的氩气和氢气的气体体积比为7:1-9:1。
一种采用所述非封闭多壁碳纳米管材料制备电极的方法，所述方法包括如下步骤：首先制备非封闭多壁碳纳米管浆料，即将非封闭多壁碳纳米管和10％聚偏氟乙烯(PVDF)均匀混合，并在N-甲基吡咯烷酮(NMP)溶液中搅拌均匀；然后将非封闭多壁碳纳米管浆料涂布在铜箔上形成均匀的非封闭多壁碳纳米管薄膜，并在60-100℃下的真空干燥箱中烘烤2-5h；再将样品浸入0.3-0.5g ml-1的氯化铁溶液中蚀刻Cu箔；最后，用大量去离子水冲洗非封闭多壁碳纳米管薄膜，并冷冻干燥12-24h，并在60-100℃下干燥2-5小时，得到单独的非封闭多壁碳纳米管电极。
一种采用所述非封闭多壁碳纳米管电极制备的袋状铝离子电池，所述非封闭多壁碳纳米管电极作为正极，铝箔作为负极，玻璃滤纸作为隔膜，镍箔作为正负极的集流体，在氩气气氛的手套箱中组装成袋状电池，然后注入电解液，并用热封机密封电池。
进一步的，所述电解液为离子液体电解液，其溶剂为1-乙基-3-甲基咪唑氯化物([EMIm]Cl)，电解质为无水氯化铝(AlCl3)，在氩气氛围手套箱中将1-乙基-3-甲基咪唑氯化物和无水氯化铝均匀混合，并在室温下连续搅拌30-60min。
进一步的，所述1-乙基-3-甲基咪唑氯化物和无水氯化铝的摩尔比为1-2：1。
由上述对本发明结构的描述可知，和现有技术相比，本发明具有如下优点：
本发明提供的非封闭多壁碳纳米管材料是通过自上而下的化学机械剥离方法制备，在氧化剂和硫酸分子的协同作用下，多壁碳纳米管的外石墨层间距增大，增大的层间距使得AlCl4 -和Al2Cl7 -阴离子更容易嵌入非封闭多壁碳纳米管的石墨层中，增加多壁碳纳米管对阴离子的储存能力，因此基于该非封闭多壁碳纳米管电极的铝离子电池在1000mA g-1的电流密度下提供了100mAh g-1的容量。此外，非封闭多壁碳纳米管具有优异的导电性和能够有效防止物质结构崩塌，因此，该电极表现出优异的循环稳定性，即在5000mAg-1的电流密度下循环5500次后仍提供70mAh g-1的容量，且库伦效率仍高于98％，有效提升铝离子电池的比容量和循环寿命。本发明不仅展示了非封闭多壁碳纳米管是铝离子电池的高性能电极材料，而且由于其制备方法简单，生产成本低，为碳纳米管在储能中的应用提供了重要的参考依据。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明的非封闭多壁碳纳米管材料制备方法流程图；
图2 为本发明提供的非封闭多壁碳纳米管和常规多壁碳纳米管嵌插阴离子过程示意图；
图3 为本发明提供的非封闭多壁碳纳米管的微观结构示意图；
图4 为本发明提供的非封闭多壁碳纳米管电极在5000mA g-1电流密度下的代表性充放电曲线图；
图5 为本发明提供的非封闭多壁碳纳米管电极在5000mA g-1电流密度下的充放电循环曲线图；
图6 为本发明提供的非封闭多壁碳纳米管电极不同状态下的SEM照片和元素分布图a)为完全充电状态，b)为完全放电状态；
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参考图1，非封闭多壁碳纳米管材料制备方法，所述非封闭多壁碳纳米管材料采用机械化学方法合成，所述方法包括如下步骤：
S01，将高锰酸钾溶解到发烟硫酸中，得到混合溶液；
S02，将多壁碳纳米管浸入混合溶液中，并持续搅拌30-90min，得到混合物，所述高锰酸钾/多壁碳纳米管的重量比为0.1-4；
S03，在温和搅拌下，将混合物缓慢倒入冰水中；
S04，在正压下在过滤烧瓶中用聚偏二氯乙烯过滤器对样品进行真空过滤，得到样品，所述聚偏二氯乙烯的孔径为0.3-0.8um；
S05，将所得样品用去离子水反复洗涤；
S06，将洗涤过的样品冷冻干燥12-24h后，并从滤纸上收集样品；
S07，将样品在氩气氢气混合气氛下，以加热速率为2-7℃min-1升温至800-1000℃，并持续保温2-5h，获得非封闭多壁碳纳米管材料，所述氩气氢气混合气氛的氩气和氢气的气体体积比为7:1-9:1。
一种采用所述非封闭多壁碳纳米管材料制备电极的方法，所述方法包括如下步骤：首先制备非封闭多壁碳纳米管浆料，即将非封闭多壁碳纳米管和10％聚偏氟乙烯(PVDF)均匀混合，并在N-甲基吡咯烷酮(NMP)溶液中搅拌均匀；然后将非封闭多壁碳纳米管浆料涂布在铜箔上形成均匀的非封闭多壁碳纳米管薄膜，并在60-100℃下的真空干燥箱中烘烤2-5h；再将样品浸入0.3-0.5g ml-1的氯化铁溶液中蚀刻Cu箔；最后，用大量去离子水冲洗非封闭多壁碳纳米管薄膜，并冷冻干燥12-24h，并在60-100℃下干燥2-5小时，得到单独的非封闭多壁碳纳米管电极。
一种采用所述非封闭多壁碳纳米管电极制备的袋状铝离子电池，所述非封闭多壁碳纳米管电极作为正极，铝箔作为负极，玻璃滤纸作为隔膜，镍箔作为正负极的集流体，所述电解液为离子液体电解液，其溶剂为1-乙基-3-甲基咪唑氯化物([EMIm]Cl)，电解质为无水氯化铝(AlCl3)，在氩气氛围手套箱中将1-乙基-3-甲基咪唑氯化物和无水氯化铝均匀混合，并在室温下连续搅拌30-60min，所述1-乙基-3-甲基咪唑氯化物和无水氯化铝的摩尔比为1-2：1，在氩气气氛的手套箱中组装成袋状电池，然后注入电解液，并用热封机密封电池。
如图2所示，a)中的常规多壁碳纳米管的管状结构阻止了氯铝酸盐阴离子的嵌入，因此其比容量低。b)中多壁碳纳米管表面的完美管状结构被破坏，管状结构非封闭，所以有更多的氯铝酸盐阴离子嵌入到非封闭多壁碳纳米管的位点，因此该电极具有更高的比容量。
实施例
参考图1，非封闭多壁碳纳米管材料制备方法，所述非封闭多壁碳纳米管材料采用机械化学方法合成，所述方法包括如下步骤：
S01，将高锰酸钾溶解到20ml发烟硫酸中，得到混合溶液；
S02，将高锰酸钾：多壁碳纳米管的质量比为2的多壁碳纳米管浸入混合溶液中，并持续搅拌40min；
S03，在温和搅拌下，将混合物缓慢倒入冰水中；
S04，在正压下在过滤烧瓶中用孔径0.4um的聚偏二氯乙烯过滤器对样品进行真空过滤，得到样品；
S05，将所得样品用去离子水反复洗涤；
S06，将洗涤过的样品冷冻干燥15h后，并从滤纸上收集样品；
S07，将样品在气体体积比为9:1的氩气氢气混合气氛下，以加热速率为5℃min-1升温至1000℃，并持续保温2h，获得非封闭多壁碳纳米管材料。
一种采用所述非封闭多壁碳纳米管材料制备电极的方法，所述方法包括如下步骤：首先制备非封闭多壁碳纳米管浆料，即将非封闭多壁碳纳米管和10％聚偏氟乙烯(PVDF)均匀混合，并在N-甲基吡咯烷酮(NMP)溶液中搅拌均匀；然后将非封闭多壁碳纳米管浆料涂布在铜箔上形成均匀的非封闭多壁碳纳米管薄膜，并在80℃下的真空干燥箱中烘烤2h；再将样品浸入0.4g ml-1的氯化铁溶液中蚀刻Cu箔；最后，用大量去离子水冲洗非封闭多壁碳纳米管薄膜，并冷冻干燥12h，并在80℃下干燥2小时，得到单独的非封闭多壁碳纳米管电极。
一种采用所述非封闭多壁碳纳米管电极制备的袋状铝离子电池，所述非封闭多壁碳纳米管电极作为正极，铝箔作为负极，玻璃滤纸作为隔膜，镍箔作为正负极的集流体，所述电解液为离子液体电解液，其溶剂为1-乙基-3-甲基咪唑氯化物([EMIm]Cl)，电解质为无水氯化铝(AlCl3)，在氩气氛围手套箱中将1-乙基-3-甲基咪唑氯化物和无水氯化铝均匀混合，并在室温下连续搅拌40min，所述1-乙基-3-甲基咪唑氯化物和无水氯化铝的摩尔比为1.3：1，在氩气气氛的手套箱中组装成袋状电池，然后注入电解液，并用热封机密封电池。
如图3所示，a)为优化的非封闭多壁碳纳米管的TEM图像，显示了绝大多数纳米管表面具有明显的褶皱，在箭头所示的点处，可以观察到石墨烯薄层被剥离但仍附着在核心碳纳米管上。此外，没有观察到单独剥离的石墨烯片，该结果表明大多数碳纳米管均匀展开。b)为原始WMCNT和优化的非封闭多壁碳纳米管的XRD图案，在打开过程中，样品表面上产生许多边缘缺陷，所以拉曼光谱的中ID/IG的值从原始纳米管的0.685增加到UCNT的0.983。c)为优化的非封闭多壁碳纳米管外边缘的HR-TEM图像，显示了核心纳米管和石墨烯边缘平面之间通过连续石墨壁自然连接，表明非封闭多壁碳纳米管具有足够的机械强度，使得石墨烯层不会脱落。
如图4所示，基于非封闭多壁碳纳米管电极的铝离子电池的在0.6-2.4V电压之间的充放电曲线显示了，在5000mA g-1的电流密度下，铝离子电池的放电容量达到75mAh g-1，远远超过原始多壁碳纳米管电极提供的容量。图5所示的循环稳定性曲线显示了，在5000mAg-1的特定电流下充放电循环，经过5500次循环后仍可以提供约75mAh g-1的容量，并且库伦效率可以保持在97％以上，具有超好的循环稳定性能。
图6为本发明提供的非封闭多壁碳纳米管电极不同状态下的SEM照片和元素分布图a)为完全充电状态，可以看出，铝离子电池充满电后有大量的Al元素和Cl元素被检测到，说明了大量的AlCl4 -和Al2Cl7 -阴离子嵌入了非封闭多壁碳纳米管电极；b)为完全放电状态，可以看出，铝离子电池放电后只能检测到少量Al元素和Cl元素，说明了AlCl4 -和Al2Cl7 -阴离子从非封闭多壁碳纳米管电极脱嵌回到电解液中。这一过程，充分说明了本发明提供的非封闭多壁碳纳米管作为铝离子电池的正极材料具有高度的可逆性。
本发明提供的非封闭多壁碳纳米管材料是通过自上而下的化学机械剥离方法制备，在氧化剂和硫酸分子的协同作用下，多壁碳纳米管的外石墨层间距增大，增大的层间距使得AlCl4 -和Al2Cl7 -阴离子更容易嵌入非封闭多壁碳纳米管的石墨层中，增加多壁碳纳米管对阴离子的储存能力，因此基于该非封闭多壁碳纳米管电极的铝离子电池在1000mA g-1的电流密度下提供了100mAh g-1的容量。此外，非封闭多壁碳纳米管具有优异的导电性和能够有效防止物质结构崩塌，因此，该电极表现出优异的循环稳定性，即在5000mAg-1的电流密度下循环5500次后仍提供70mAh g-1的容量，且库伦效率仍高于98％，有效提升铝离子电池的比容量和循环寿命。本发明不仅展示了非封闭多壁碳纳米管是铝离子电池的高性能电极材料，而且由于其制备方法简单，生产成本低，为碳纳米管在储能中的应用提供了重要的参考依据。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.非封闭多壁碳纳米管材料制备方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：
将高锰酸钾溶解到发烟硫酸中，得到混合溶液；
将多壁碳纳米管浸入混合溶液中，并持续搅拌30-90min，得到混合物；
在温和搅拌下，将混合物缓慢倒入冰水中；
在正压下在过滤烧瓶中用聚偏二氯乙烯过滤器进行真空过滤，得到样品；
将所得样品用去离子水反复洗涤；
将洗涤过的样品冷冻干燥12-24h后，并从滤纸上收集样品；
将样品在氩气氢气混合气氛下，以加热速率为2-7℃min-1升温至800-1000℃，并持续保温2-5h，获得非封闭多壁碳纳米管材料。
2.根据权利要求1所述非封闭多壁碳纳米管材料制备方法，其特征在于：所述高锰酸钾/多壁碳纳米管的重量比为0.1-4。
3.根据权利要求1所述非封闭多壁碳纳米管材料制备方法，其特征在于：所述聚偏二氯乙烯的孔径为0.3-0.8um。
4.根据权利要求1所述非封闭多壁碳纳米管材料制备方法，其特征在于：所述氩气氢气混合气氛的氩气和氢气的气体体积比为7:1-9:1。
5.一种采用权利要求1所述非封闭多壁碳纳米管材料制备电极的方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：首先制备非封闭多壁碳纳米管浆料，即将非封闭多壁碳纳米管和10％聚偏氟乙烯均匀混合，并在N-甲基吡咯烷酮溶液中搅拌均匀；然后将非封闭多壁碳纳米管浆料涂布在铜箔上形成均匀的非封闭多壁碳纳米管薄膜，并在60-100℃下的真空干燥箱中烘烤2-5h；再将样品浸入0.3-0.5gml-1的氯化铁溶液中蚀刻Cu箔；最后，用大量去离子水冲洗非封闭多壁碳纳米管薄膜，并冷冻干燥12-24h，并在60-100℃下干燥2-5小时，得到单独的非封闭多壁碳纳米管电极。
6.一种采用权利要求5所述非封闭多壁碳纳米管电极制备的袋状铝离子电池，其特征在于：所述非封闭多壁碳纳米管电极作为正极，铝箔作为负极，玻璃滤纸作为隔膜，镍箔作为正负极的集流体，在氩气气氛的手套箱中组装成袋状电池，然后注入电解液，并用热封机密封电池。
7.根据权利要求6所述袋状铝离子电池，其特征在于：所述电解液为离子液体电解液，其溶剂为1-乙基-3-甲基咪唑氯化物，电解质为无水氯化铝，在氩气氛围手套箱中将1-乙基-3-甲基咪唑氯化物和无水氯化铝均匀混合，并在室温下连续搅拌30-60min。
8.根据权利要求7所述袋状铝离子电池，其特征在于：所述1-乙基-3-甲基咪唑氯化物和无水氯化铝的摩尔比为1-2：1。
CN201811126494.2A 2018-09-26 2018-09-26 非封闭多壁碳纳米管材料制备方法及其制备的电极和电池 Active CN109354008B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811126494.2A CN109354008B (zh) 2018-09-26 2018-09-26 非封闭多壁碳纳米管材料制备方法及其制备的电极和电池

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811126494.2A CN109354008B (zh) 2018-09-26 2018-09-26 非封闭多壁碳纳米管材料制备方法及其制备的电极和电池

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109354008A CN109354008A (zh) 2019-02-19
CN109354008B true CN109354008B (zh) 2022-06-07

Family

ID=65347801

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811126494.2A Active CN109354008B (zh) 2018-09-26 2018-09-26 非封闭多壁碳纳米管材料制备方法及其制备的电极和电池

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109354008B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ES2937332B2 (es) 2021-09-23 2023-09-15 Albufera Energy Storage S L Batería recargable bipolar de iones de aluminio y usos asociados
CN117174864A (zh) * 2023-09-20 2023-12-05 中能鑫储(北京)科技有限公司 一种以碳材料为正极的铝离子电池

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100570019C (zh) * 2007-04-13 2009-12-16 北京化工大学 一种超支化聚合物接枝的高度水溶性碳纳米管制备方法
CN101249957A (zh) * 2008-02-28 2008-08-27 上海应用技术学院 表面带有季胺基团的碳纳米管及其制备方法
CN102120572B (zh) * 2011-01-24 2012-06-27 南京大学 一种氮掺杂石墨烯的制备方法
CN104529545B (zh) * 2015-01-05 2017-01-25 福州大学 一种具有良好电化学性能的解开的氮掺杂碳纳米管衍生物
CN105254336B (zh) * 2015-09-16 2018-03-06 浙江大学 一种在基底表面制备取向性碳纳米管的方法和产品
CN106276857B (zh) * 2016-08-12 2018-06-26 上海交通大学 一种制备功能化碳材料的方法
CN108365257A (zh) * 2018-02-23 2018-08-03 山东科技大学 一种基于碳纳米管正极的铝离子电池及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN109354008A (zh) 2019-02-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Zhou et al. Spin-coated silicon nanoparticle/graphene electrode as a binder-free anode for high-performance lithium-ion batteries
Yang et al. High-performance aqueous asymmetric supercapacitor based on spinel LiMn2O4 and nitrogen-doped graphene/porous carbon composite
Yang et al. Realizing high-performance lithium ion hybrid capacitor with a 3D MXene-carbon nanotube composite anode
Zhao et al. High-performance Li-ion batteries and supercapacitors based on prospective 1-D nanomaterials
Xu et al. Nano-structured red phosphorus/porous carbon as a superior anode for lithium and sodium-ion batteries
Yang et al. Polystyrene-template-assisted synthesis of Li3VO4/C/rGO ternary composite with honeycomb-like structure for durable high-rate lithium ion battery anode materials
Zhao et al. Nano-sized FeSe2 decorated rGO as a potential anode material with enhanced lithium-ion storage
Wang et al. Recent progress in flexible energy storage materials for lithium-ion batteries and electrochemical capacitors: A review
Jiang et al. A novel CoO hierarchical morphologies on carbon nanofiber for improved reversibility as binder-free anodes in lithium/sodium ion batteries
Zhang et al. Mass production of three-dimensional hierarchical microfibers constructed from silicon–carbon core–shell architectures with high-performance lithium storage
CN107634206B (zh) 一种锂离子电池柔性负极材料及其制备方法
Wu et al. Long cycle life, low self-discharge carbon anode for Li-ion batteries with pores and dual-doping
Chen et al. Graphene-carbon nanotubes-modified LiFePO4 cathode materials for high-performance lithium-ion batteries
Sun et al. 3D interconnected porous graphitic carbon@ MoS2 anchored on carbonized cotton cloth as an anode for enhanced lithium storage performance
Rahman et al. Self-assembled V 2 O 5 interconnected microspheres produced in a fish-water electrolyte medium as a high-performance lithium-ion-battery cathode
Islam et al. Review on carbonaceous materials and metal composites in deformable electrodes for flexible lithium-ion batteries
CN109354008B (zh) 非封闭多壁碳纳米管材料制备方法及其制备的电极和电池
CN109671907B (zh) 锂硫电池用复合正极片、其制备方法及应用
Xu et al. Excellent Rate Performance and Cycling Stability of TiP2O7@ C/Carbon Nanotubes for the Aqueous Rechargeable Lithium‐Ion Battery
Kim et al. 3D inverse-opal structured Li 4 Ti 5 O 12 Anode for fast Li-Ion storage capabilities
Liu et al. Synthesis of FeO-nanowires/NiCo2O4-nanosheets core/shell heterostructure as free-standing electrode with enhanced lithium storage properties
CN111933897B (zh) 一种复合材料、其制备方法及应用
Yuan et al. Hierarchical MCMB/CuO/Cu anode with super-hydrophilic substrate and blind-hole structures for lithium-ion batteries
Hua et al. High-density sodium vanadate nanowires on substrate coated with polypyrrole for lithium-ion battery
CN115172714B (zh) 一种硅纳米线/硅纳米颗粒二元团簇材料及其制备方法和应用

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant