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用于生产碳纳米管的催化剂及其生产方法技术

技术编号:43252460 阅读:3 留言:0更新日期:2024-11-08 20:35
本发明专利技术涉及用于生产碳纳米管的催化剂和制备该催化剂的方法。用本发明专利技术的催化剂生产的碳纳米管具有大的比表面积和低的粉末电阻,因此特别适合用作二次电池中的导电材料。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】

相关申请的交叉引用本申请要求于2022年10月28日提交的韩国专利申请10-2022-0141852号的优先权,本文通过援引并入其整体公开内容。本专利技术涉及能够合成具有大的比表面积和低的粉末电阻的碳纳米管的催化剂及其制备方法。


技术介绍

1、根据材料的形状,碳纳米材料包括富勒烯、碳纳米管(cnt)、石墨烯和石墨纳米片。其中,碳纳米管是一种其中六边形蜂窝状石墨表面(其中一个碳原子与三个其它碳原子键合)被卷绕成纳米尺寸直径的大分子。

2、碳纳米管是中空和轻质的,并且具有与铜一样好的导电性、与金刚石一样好的导热性和与钢一样好的拉伸强度。根据卷绕形式,其也分为单壁碳纳米管(swcnt)、多壁碳纳米管(mwcnt)和绳状碳纳米管。

3、最近,关于碳纳米管的使用的研究进行得最活跃的领域是锂二次电池领域。锂二次电池的最终目标是以更小的尺寸储存更多的电能。作为通过提高锂二次电池的电极密度来制造每单位体积具有更高的能量密度的电极的方法之一,正在研究将碳纳米管用作导电材料的方法。通常,由于高密度电极是通过高压压机模制尺寸为数微米至数十微米的电极活性材料颗粒而形成的,因此在模制过程中颗粒容易变形,颗粒之间的空间减小,并且电解质渗透性降低。为了解决该问题,在制造电极时使用具有优异导电性和强度的材料作为导电材料。碳纳米管因其具有优异的强度和导电性也被广泛用作导电材料。当在电极制造中使用导电材料时,导电材料分散在压缩的电极活性材料之间以保持活性材料颗粒之间的微孔,从而促进电解质的渗透,并由于优异的导电性而降低电极内的电阻。

4、然而,当使用碳纳米管作为导电材料时,最大的问题是碳纳米管本身的低溶解度和分散性。碳纳米管的问题在于,由于它们之间的强范德华引力,它们不能在水溶液中实现稳定的分散,并且发生聚集。如果碳纳米管在分散体中聚集,则分散体的可加工性劣化并且分散体不能被均匀地施涂。因此,优选以使分散体的粘度最小化的状态施涂分散体。

5、作为改善碳纳米管分散体的不良分散性的方法,已知有各种方法。例如,已经提出了通过机械分散处理如超声处理将碳纳米管分散在分散介质中的方法。然而,在该方法的情况下,当进行超声波照射时的分散性优异,但是在超声波照射终止后碳纳米管立即开始聚集,并且即使在碳纳米管的浓度高于一定水平时,也存在碳纳米管快速聚集的问题。此外,已经提出了使用各种分散剂分散和稳定碳纳米管的方法,但是这些方法还具有难以抑制当碳纳米管以高浓度分散在分散介质中时可能发生的粘度增加的问题。

6、因此,需要制造一种新的碳纳米管,其中通过改进碳纳米管本身的性能,而不是通过机械分散处理如超声处理或辅助手段如使用分散剂,可以进一步提高分散性。

7、现有技术文献

8、(专利文献1)kr10-2017-0031061a(公开日:2017年3月20日)


技术实现思路

1、[技术问题]

2、本专利技术的一个目的是提供一种用于生产碳纳米管的新型催化剂以及用于生产该催化剂的方法,其中所述催化剂能够制备碳纳米管,该碳纳米管由于其大的比表面积和低的粉末电阻,以及其在制备分散体时的低粘度和因此优异的可加工性而特别适合用作导电材料。

3、[技术方案]

4、为了解决上述问题,本专利技术提供一种用于生产碳纳米管的催化剂及其制备方法。

5、具体地,(1)本专利技术提供一种用于生产碳纳米管的催化剂,所述催化剂包含负载在水滑石上的助催化剂组分和主催化剂组分,其中,基于所述催化剂的总重量,所述主催化剂组分的含量为10重量%以下,并且所述主催化剂组分与所述助催化剂组分的摩尔比为1.0至10。

6、(2)本专利技术提供根据上述(1)所述的用于生产碳纳米管的催化剂,其中所述水滑石的体积平均粒径为10μm至200μm。

7、(3)本专利技术提供根据上述(1)或(2)所述的用于生产碳纳米管的催化剂,其中所述主催化剂组分选自由ni、co和fe组成的组中的至少一种。

8、(4)本专利技术提供根据上述(1)至(3)中任一项所述的用于生产碳纳米管的催化剂,其中所述助催化剂组分是选自由mo和v组成的组中的至少一种。

9、(5)本专利技术提供根据上述(1)-(4)中任一项所述的用于生产碳纳米管的催化剂,其中所述主催化剂组分的含量为5.0重量%至6.5重量%。

10、(6)本专利技术提供根据上述(1)至(5)中任一项所述的用于生产碳纳米管的催化剂,其中所述主催化剂组分与所述助催化剂组分的摩尔比为2.5至5.0。

11、(7)本专利技术提供了一种制备用于生产碳纳米管的催化剂的方法,所述方法包括以下步骤:通过向溶剂中添加助催化剂前体、主催化剂前体和有机酸来制备催化剂组合物(s1);将水滑石加入到所述催化剂组合物中,并将其干燥和煅烧以获得催化剂(s2),其中步骤(s1)中加入的所述主催化剂前体与所述助催化剂前体的摩尔比为1.0至10,并且煅烧在150℃至450℃下进行。

12、(8)本专利技术提供根据上述(7)所述的制备用于生产碳纳米管的催化剂的方法,其中在步骤(s1)中加入的所述有机酸与所述助催化剂前体的摩尔比为0.30至0.50。

13、(9)本专利技术提供根据上述(7)或(8)所述的制备用于生产碳纳米管的催化剂的方法,其中在步骤(s1)中添加的所述主催化剂前体与所述有机酸的摩尔比为7.0至12.0。

14、(10)本专利技术提供根据上述(7)至(9)中任一项所述的制备用于生产碳纳米管的催化剂的方法,其中所述煅烧在150℃至300℃下进行。

15、[有利效果]

16、使用本专利技术的催化剂合成的碳纳米管具有大的比表面积和低的粉末电阻,因此,当作为分散体应用时,可以保持分散体本身的粘度低,同时将碳纳米管的含量保持在一定水平以上。因此,所述碳纳米管特别适合用作导电材料。

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【技术保护点】

1.一种用于生产碳纳米管的催化剂,所述催化剂包含负载在水滑石上的助催化剂组分和主催化剂组分,

2.根据权利要求1所述的用于生产碳纳米管的催化剂,其中,所述水滑石的体积平均粒径为10μm至200μm。

3.根据权利要求1所述的用于生产碳纳米管的催化剂,其中,所述主催化剂组分为选自由Ni、Co和Fe组成的组中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的用于生产碳纳米管的催化剂,其中,所述助催化剂组分是选自由Mo和V组成的组中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的用于生产碳纳米管的催化剂,其中,所述主催化剂组分的含量为5.0重量%至6.5重量%。

6.根据权利要求1所述的用于生产碳纳米管的催化剂,其中,所述主催化剂组分与所述助催化剂组分的摩尔比为2.5至5.0。

7.一种制备用于生产碳纳米管的催化剂的方法,所述方法包括以下步骤:

8.根据权利要求7所述的制备用于生产碳纳米管的催化剂的方法,其中,在步骤S1中加入的所述有机酸与所述助催化剂前体的摩尔比为0.30至0.50。

9.根据权利要求7所述的制备用于生产碳纳米管的催化剂的方法,其中,在步骤S1中加入的所述主催化剂前体与所述有机酸的摩尔比为7.0至12.0。

10.根据权利要求7所述的制备用于生产碳纳米管的催化剂的方法,其中,所述煅烧在150℃至300℃下进行。

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【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

1.一种用于生产碳纳米管的催化剂,所述催化剂包含负载在水滑石上的助催化剂组分和主催化剂组分,

2.根据权利要求1所述的用于生产碳纳米管的催化剂,其中,所述水滑石的体积平均粒径为10μm至200μm。

3.根据权利要求1所述的用于生产碳纳米管的催化剂,其中,所述主催化剂组分为选自由ni、co和fe组成的组中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的用于生产碳纳米管的催化剂,其中,所述助催化剂组分是选自由mo和v组成的组中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的用于生产碳纳米管的催化剂,其中,所述主催化剂组分的含量为5.0重量%至6.5重量%。

6.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员:金成真金世贤吴有镇金沃信金民永
申请(专利权)人:株式会社LG化学
类型:发明
国别省市:

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