一种多壁碳纳米管负极材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种多壁碳纳米管负极材料及其制备方法和应用，属于钾离子电池负极材料的技术领域；在本发明专利技术中，通过改变ALD循环次数对多壁碳纳米管进行Al2O3沉积处理，得到了所述多壁碳纳米管负极材料；所述多壁碳纳米管负极材料充放电循环效率得到了较大的提高，能够很高的用于钾离子电池中。很高的用于钾离子电池中。很高的用于钾离子电池中。

【技术实现步骤摘要】
一种多壁碳纳米管负极材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于钾离子电池负极材料的
，具体涉及一种多壁碳纳米管负极材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]由于钾的储量丰富、来源广泛，且其具有与锂、钠相似的物理化学性质，最近几年受到了部分研究者的关注。K/K
+
的标准电极电位要更加接近于Li/Li
+
，这使得钾离子电池比钠离子电池在输出电压方面和能量方面更加有优势。并且，K
+
比Li
+
和Na
+
具有更弱的路易斯酸度，使得K
+
在电解质中以及电解质与电极界面具有更快的迁移速度，可能会促使钾离子电池在倍率性能方面具有更加出色的表现。但是，钾离子具有较大的离子半径，这制约了储钾材料的发展。

技术实现思路

[0003]针对现有技术中存在不足，本专利技术提供了一种多壁碳纳米管负极材料及其制备方法和应用。在本专利技术中，通过改变ALD循环次数对多壁碳纳米管进行Al2O3沉积处理，得到了所述多壁碳纳米管负极材料；所述多壁碳纳米管负极材料充放电循环效率得到了较大的提高，能够很高的用于钾离子电池中。
[0004]本专利技术中首先提供了一种多壁碳纳米管负极材料，所述多壁碳纳米管负极材料为由Al2O3薄膜包覆的多壁碳纳米管材料，所述多壁碳纳米管材料长度为20～40μm，直径30～100nm。
[0005]本专利技术中还提供了上述多壁碳纳米管负极材料的制备方法，具体包括如下步骤：<br/>[0006]利用原子层沉积技术对多壁碳纳米管进行表面包覆Al2O3，然后将处理后的多壁碳纳米管与乙炔黑混合，研磨后加入羧甲基纤维素钠溶液，搅拌混合均匀，将混合材料涂布在铜箔上，烘干后得到多壁碳纳米管负极材料。
[0007]进一步的，所述表面包覆处理的具体步骤为：通过将三甲基铝和H2O作为前体依次引入ALD反应器(GEMStar
TM
XT原子层沉积系统)进行Al2O3沉积。
[0008]具体的，所述Al2O3沉积为在150℃下，使用氮气作为载气，流速为20sccm，ALD反应器维持在200毫托的基础压力，沉积速率为/周期，将氧化铝涂层在MWCNTs上进行ALD循环10～100次。
[0009]进一步的，处理后的多壁碳纳米管质量比为70％～90％、乙炔黑和羧甲基纤维素钠的总质量比为10％～30％。
[0010]进一步的，所述涂布厚度为150～200mm。
[0011]进一步的，所述烘干的条件为：温度为60～80℃，时间为10～12h。
[0012]进一步的，所述羧甲基纤维素钠溶液的浓度为20mg/mL。
[0013]进一步的，所述多壁碳纳米管负极材料在烘干后铳出直径8mm的极片。
[0014]本专利技术中还提供了上述多壁碳纳米管负极材料在钾离子电池中的应用。
[0015]与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
[0016]与未处理的多壁碳纳米管负极材料相比，本专利技术中通过ALD技术进行AI2O3沉积处理后的多壁碳纳米管的电化学性能有所改善。在电流密度0.5C下，表面包覆处理后的电极比原始多壁碳纳米管电极具有更高的放电比容量。
[0017]本专利技术中将不同涂层厚度的多壁碳纳米管相比较，MWCNTs
‑
20在电流密度(0.5C)下放电比容量更高。对于电动汽车来说，放电比容量越高越有利于提高巡航里程，弥补电动汽车里程短的短板。表面包覆后的多壁碳纳米管材料制成钾离子电池具有明显优势。
[0018]本专利技术制备的多壁碳纳米管负极材料循环稳定性优异，相较于原始材料放电比容量有明显提高、倍率性能更好。
附图说明
[0019]图1为多壁碳纳米管SEM扫描电镜图。
[0020]图2为不同包覆层厚度的多壁碳纳米管在0.5C倍率下的循环性能与原始多壁碳纳米管的对比图。
[0021]图3为不同包覆层厚度的多壁碳纳米管在不同倍率下的倍率性能与原始多壁碳纳米管的对比图。
具体实施方式
[0022]下面结合附图以及具体实施例对本专利技术作进一步的说明，但本专利技术的保护范围并不限于此。
[0023]实施例1：
[0024](1)表面包覆处理
[0025]将制备好的多壁碳纳米线、乙炔黑(导电剂)和羧甲基纤维素钠(CMC粘结剂)溶液按重量比75:15:10混合制备多壁碳纳米管。制备的多壁碳纳米管电极作为沉积Al2O3薄膜的衬底，通过将三甲基铝(TMA)和H2O作为前体依次引入ALD反应器(GEMStar
TM
XT原子层沉积系统)，在150℃下进行Al2O3的沉积。使用氮气作为载气，流速为20sccm，ALD反应器维持在200毫托的基础压力下，沉积速率约为/周期，ALD循环次数设为10，得到10涂层的包覆处理后的多壁碳纳米管。
[0026]ALD程序设置如下：
[0027]A：提供21毫秒的TMA；
[0028]B：TMA对CNTs电极的延长照射时间为5s；
[0029]C：对供应过剩的TMA和任何副产物进行20秒的清除；
[0030]D：21毫秒的水蒸汽供应；
[0031]E：H2O对CNTs延长照射5s；
[0032]F：对过量供应的水和任何副产物进行20秒的清洗。
[0033](2)混合研磨材料：
[0034]称取包覆处理后的多壁碳纳米管(MWCNTs)粉末80mg，放入研钵中研磨30～50min。研磨均匀后，再称取16mg乙炔黑(导电剂)加入该研钵中，继续研磨30～50min。将研磨后的混合物放在小搅拌锅中，并向其中加入500μL羧甲基纤维素钠(CMC粘结剂)溶液。然后将小
搅拌锅放在磁力搅拌器上常温下搅拌2～4h。
[0035](3)制片：
[0036]搅拌完成后用湿膜涂布器以150mm的厚度将材料涂布在铜箔上，待10min后将涂布后的铜箔放入真空干燥箱中，在80℃的条件下真空干燥12h。干燥后铳出直径8mm的极片，即多壁碳纳米管负极材料，记为MWCNTs
‑
10。
[0037]实施例2：
[0038]将实施例1中，ALD循环次数分别设为20、50和100，其它反应条件及程序设置与实施例1完全相同，得到涂层为20、50和100的包覆处理后的多壁碳纳米管，。步骤(2)和(3)同实施例1，分别制备得到多壁碳纳米管负极材料，记为MWCNTs
‑
20、MWCNTs
‑
50、MWCNTs
‑
100
[0039]图1为多壁碳纳米管SEM扫描电镜图，从图中可以看出，碳管长度20～40μm，直径约30到100nm之间。
[0040]图2是各样品在0.5C的电流密度下的循环性能曲线。从图中可以看出，对多壁碳纳米管进行表面包覆处理可以明显提高其放电容量。且在涂层层数为20时，多壁碳纳米管负极材料具有最本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多壁碳纳米管负极材料的制备方法，其特征在于，包括：利用原子层沉积技术对多壁碳纳米管进行表面包覆Al2O3，然后将包覆处理后的多壁碳纳米管与乙炔黑混合，研磨后加入羧甲基纤维素钠溶液，搅拌混合均匀，将混合材料涂布在铜箔上，烘干后得到多壁碳纳米管负极材料。2.根据权利要求1所述的多壁碳纳米管负极材料的制备方法，其特征在于，所述表面包覆处理的具体步骤为：通过将三甲基铝和H2O作为前体依次引入ALD反应器进行Al2O3沉积。3.根据权利要求2所述的多壁碳纳米管负极材料的制备方法，其特征在于，所述Al2O3沉积为在150℃下，使用氮气作为载气，流速为20sccm，ALD反应器维持在200毫托的基础压力，沉积速率为将氧化铝涂层在MWCNTs上进行ALD循环10～100次。4.根据权利要求1所述的多壁碳纳米管负极材料的制备方法，其特征在于，处理后的多壁碳纳米管质量比为70％～90％、乙炔...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘良，王瑞帅，李超，盘朝奉，王丽梅，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：