CN110931790B - 共轭梯形聚合物-碳纳米管复合材料及其制备方法、应用 - Google Patents

共轭梯形聚合物-碳纳米管复合材料及其制备方法、应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种共轭梯形聚合物‑碳纳米管复合材料，共轭梯形聚合物包覆于碳纳米管外壁。本发明还公开了上述共轭梯形聚合物‑碳纳米管复合材料的制备方法，包括如下步骤：将共轭梯形聚合物与碳纳米管均匀分散在甲磺酸中得到混合液；向混合液中滴加水并搅拌，当生成絮状物后停止滴加水，洗涤絮状物得到共轭梯形聚合物‑碳纳米管复合材料。本发明还公开了上述共轭梯形聚合物‑碳纳米管复合材料在锂离子电池中的应用。本发明以碳纳米管为支撑，共轭梯形聚合物沿着碳纳米管外管壁生长，形成包覆结构，碳纳米管提供很好的导电通道，增强本发明的导电性，提高其循环性能和倍率特性，用作锂离子电池负极，提高了其电化学性能。

Description

共轭梯形聚合物-碳纳米管复合材料及其制备方法、应用
技术领域
本发明涉及电池材料技术领域，尤其涉及一种共轭梯形聚合物-碳纳米管复合材料及其制备方法、应用。
背景技术
近20年来，随着环境污染问题和能源危机日益突出，发展低碳经济和开发绿色能源技术成为当下研究的热点。作为绿色能源中一员，锂离子电池由于具有能量密度高、循环寿命长、无记忆效应、环境友好等优点，被广泛应用于便携式电子设备和电动工具等领域，并且逐步向电动汽车、大规模储能工程领域拓展，这对锂离子电池的性能和安全性也提出了越来越高的要求。
锂离子电池性能的改善(能量密度、功率密度、安全性和使用寿命)和成本的降低，关键在于高性能电极材料的研发。目前商业化的锂离子电池石墨负极由于其较低的理论比容量(372mAh g-1)限制了其应用，而一些有机物材料具有较高的理论比容量、分子的可控性、结构多样性、高的安全性及资源的可利用性等优点，也被认为是有潜力的作为锂电池负极材料。但有机物材料存在自身的缺陷，如易与电解液作用、溶于电解液、电子电导率差，使其表现出较差的循环稳定性和倍率性能，限制了发展。目前，一些研究者们也提出了很多方法来改善一些有机材料的性能，例如制备合适的金属盐类、与无机物结合构造多样的复合结构(包覆型、嵌入型等)等。通常这些方法过程比较复杂、成本高、产量低，所以寻找一种简单的、便于操作的方法来制备一种有机物材料用作锂离子电池负极具有重要的科学意义与工程价值。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种共轭梯形聚合物-碳纳米管复合材料及其制备方法、应用，本发明以碳纳米管为支撑，共轭梯形聚合物沿着碳纳米管外管壁生长，形成包覆结构，碳纳米管提供很好的导电通道，增强本发明的导电性，提高其循环性能和倍率特性，用作锂离子电池负极，提高了其电化学性能。
本发明提出的一种共轭梯形聚合物-碳纳米管复合材料，共轭梯形聚合物包覆于碳纳米管外壁。
优选地，共轭梯形聚合物为聚苯并双咪唑二苯并菲罗啉。
优选地，碳纳米管为多壁碳纳米管。
优选地，碳纳米管的外径直径为10～400nm。
优选地，碳纳米管的外径直径为40～150nm。
本发明还提出了上述共轭梯形聚合物-碳纳米管复合材料的制备方法，包括如下步骤：将共轭梯形聚合物与碳纳米管均匀分散在甲磺酸中得到混合液；向混合液中滴加水并搅拌，当生成絮状物后停止滴加水，洗涤絮状物得到共轭梯形聚合物-碳纳米管复合材料。
优选地，滴加水时，混合液的温度为-10～30℃。
优选地，滴加水时，混合液的温度为-5～0℃。
优选地，滴加水的速率为1～120s/滴。
优选地，滴加水的速率为40s/滴。
优选地，共轭梯形聚合物与碳纳米管的重量比为0.1～10：1。
优选地，共轭梯形聚合物与碳纳米管的重量比为0.5：1。
优选地，混合液中，共轭梯形聚合物的浓度为0.01～5mg/mL。
优选地，洗涤絮状物的溶剂为乙醇、乙二醇、水中的至少一种。
优选地，洗涤方法为离心、超声、搅拌中的一种或几种组合。
上述水均为去离子水。
本发明还提出了上述共轭梯形聚合物-碳纳米管复合材料在锂离子电池中的应用。
优选地，锂离子电池为锂离子电池负极材料。
本发明针对共轭梯形聚合物电子导电性差的问题，以碳纳米管为支撑，共轭梯形聚合物沿着碳纳米管外管壁生长，形成包覆结构，碳纳米管提供很好的导电通道，增强本发明的导电性，提高其循环性能和倍率特性，用作锂离子电池负极，提高了其电化学性能；本发明制备方法简单、操作方便，成本低，具有一定的科学价值和工程意义。
附图说明
图1为实施例1中制备的共轭梯形聚合物-碳纳米管复合材料形貌的SEM表征图。
图2为实施例2中制备的共轭梯形聚合物-碳纳米管复合材料形貌的TEM表征图。
具体实施方式
下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
一种共轭梯形聚合物-碳纳米管复合材料的制备方法，包括如下步骤：将聚苯并双咪唑二苯并菲罗啉5mg与外径直径为100nm的碳纳米管5mg加入甲磺酸中，搅拌24h得到混合液，其中，混合液中，聚苯并双咪唑二苯并菲罗啉的浓度为0.1mg/mL；将混合液置于0℃冰浴中，用恒压滴液漏斗向混合液中滴加水，滴加水的速率为20s/滴，边滴加边搅拌，当溶液由红色生成紫色絮状物后停止滴加水，离心取絮状物，再用乙醇和水洗涤絮状物，超声，离心得到共轭梯形聚合物-碳纳米管复合材料。
取上述共轭梯形聚合物-碳纳米管复合材料进行SEM扫描，结果参见图1，图1为实施例1中制备的共轭梯形聚合物-碳纳米管复合材料形貌的SEM表征图，由图1可以看出成功地制备出共轭梯形聚合物-碳纳米管复合材料。
实施例2
一种共轭梯形聚合物-碳纳米管复合材料的制备方法，包括如下步骤：将聚苯并双咪唑二苯并菲罗啉5mg与外径直径为100nm的碳纳米管10mg加入甲磺酸中，搅拌12h得到混合液，其中，混合液中，聚苯并双咪唑二苯并菲罗啉的浓度为0.1mg/mL；将混合液置于0℃冰浴中，用微型注射泵向混合液中滴加水，滴加水的速率为40s/滴，边滴加边搅拌，当溶液由红色生成紫色絮状物后停止滴加水，离心取絮状物，再用乙醇和水洗涤絮状物，超声，离心得到共轭梯形聚合物-碳纳米管复合材料。
取上述共轭梯形聚合物-碳纳米管复合材料进行TEM扫描，结果参见图2，图2为实施例2中制备的共轭梯形聚合物-碳纳米管复合材料形貌的TEM表征图，由图2可以看出共轭梯形聚合物均匀地包覆在碳纳米管外壁。
实施例3
一种共轭梯形聚合物-碳纳米管复合材料的制备方法，包括如下步骤：将聚苯并双咪唑二苯并菲罗啉1mg与外径直径为10nm的碳纳米管10mg加入甲磺酸中，搅拌24h得到混合液，其中，混合液中，聚苯并双咪唑二苯并菲罗啉的浓度为0.01mg/mL；将混合液置于30℃水浴中，用恒压滴液漏斗向混合液中滴加水，滴加水的速率为1s/滴，边滴加边搅拌，当溶液由红色生成紫色絮状物后停止滴加水，离心取絮状物，再用乙醇和水洗涤絮状物，超声，离心得到共轭梯形聚合物-碳纳米管复合材料。
实施例4
一种共轭梯形聚合物-碳纳米管复合材料的制备方法，包括如下步骤：将聚苯并双咪唑二苯并菲罗啉10mg与外径直径为400nm的碳纳米管1mg加入甲磺酸中，搅拌24h得到混合液，其中，混合液中，聚苯并双咪唑二苯并菲罗啉的浓度为5mg/mL；将混合液置于-10℃环境中，用恒压滴液漏斗向混合液中滴加水，滴加水的速率为120s/滴，边滴加边搅拌，当溶液由红色生成紫色絮状物后停止滴加水，离心取絮状物，再用乙醇和水洗涤絮状物，超声，离心得到共轭梯形聚合物-碳纳米管复合材料。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种共轭梯形聚合物-碳纳米管锂离子电池复合负极材料，其特征在于，共轭梯形聚合物包覆于碳纳米管外壁；所述共轭梯形聚合物为聚苯并双咪唑二苯并菲罗啉；
其中，所述共轭梯形聚合物-碳纳米管锂离子电池复合负极材料的制备方法，包括如下步骤：将共轭梯形聚合物与碳纳米管均匀分散在甲磺酸中得到混合液；向混合液中滴加水并搅拌，当生成絮状物后停止滴加水，洗涤絮状物得到共轭梯形聚合物-碳纳米管锂离子电池复合负极材料。
2.根据权利要求1所述共轭梯形聚合物-碳纳米管锂离子电池复合负极材料，其特征在于，碳纳米管为多壁碳纳米管；碳纳米管的外径直径为10~400nm。
3.根据权利要求2所述共轭梯形聚合物-碳纳米管锂离子电池复合负极材料，其特征在于，碳纳米管的外径直径为40~150nm。
4.一种如权利要求1-3任一项所述共轭梯形聚合物-碳纳米管锂离子电池复合负极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将共轭梯形聚合物与碳纳米管均匀分散在甲磺酸中得到混合液；向混合液中滴加水并搅拌，当生成絮状物后停止滴加水，洗涤絮状物得到共轭梯形聚合物-碳纳米管锂离子电池复合负极材料。
5.根据权利要求4所述共轭梯形聚合物-碳纳米管锂离子电池复合负极材料的制备方法，其特征在于，滴加水时，混合液的温度为-10~30℃。
6.根据权利要求5所述共轭梯形聚合物-碳纳米管锂离子电池复合负极材料的制备方法，其特征在于，滴加水时，混合液的温度为-5~0℃。
7.根据权利要求4或5所述共轭梯形聚合物-碳纳米管锂离子电池复合负极材料的制备方法，其特征在于，滴加水的速率为1~120s/滴。
8.根据权利要求7所述共轭梯形聚合物-碳纳米管锂离子电池复合负极材料的制备方法，其特征在于，滴加水的速率为40s/滴。
9.根据权利要求4所述共轭梯形聚合物-碳纳米管锂离子电池复合负极材料的制备方法，其特征在于，共轭梯形聚合物与碳纳米管的重量比为0.1~10：1。
10.根据权利要求4或9所述共轭梯形聚合物-碳纳米管锂离子电池复合负极材料的制备方法，其特征在于，共轭梯形聚合物与碳纳米管的重量比为0.5：1；混合液中，共轭梯形聚合物的浓度为0.01~5mg/mL。
11.根据权利要求4所述共轭梯形聚合物-碳纳米管锂离子电池复合负极材料的制备方法，其特征在于，洗涤絮状物的溶剂为乙醇、乙二醇、水中的至少一种。
12.根据权利要求4所述共轭梯形聚合物-碳纳米管锂离子电池复合负极材料的制备方法，其特征在于，洗涤方法为离心、超声、搅拌中的一种或几种组合。
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