【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种催化剂粉体的合成方法并用于碳纳米管制备及应用，属于催化剂和碳纳米管制备。
技术介绍
1、导电剂作为锂离子电池中电子传输媒介，材料的导电性是选用的首要标准，其次，导电剂的尺寸应当小于活性材料颗粒尺寸，目前广泛应用的商业导电剂均为纳米尺寸。另外，构建良好导电网络所需导电剂添加量应当尽可能少，且导电剂电化学性能应当稳定，在电池充放电过程中不与其他材料发生有害反应，导电剂制备成本不宜过高。
2、碳纳米管(cnts)得益于独特的微观结构，具有优异的力学、电学、热学及光学特性，因此在高性能复合材料、电子学、催化、能量转换和存储等领域得到广泛应用。特别是在锂离子电池中，cnts具有独特的弹道电子传导效应、抗电迁移能力、高电导率(高达105s/m)以及柔韧性，将其直接用于电极的基体材料，或作为导电添加剂加入活性电极材料之中，可显著提高电极的电子/离子传输能力和机械性能。
3、气相化学沉积法制备碳纳米管，依赖于催化剂的组成、结构。催化剂的制备方法对碳纳米管的性能起着重要的作用。目前，制备催化剂的方法主要有沉淀法、浸渍法、溶胶凝胶法等，制备的催化剂晶粒尺寸较大，分布不均，导致制备的碳纳米管的性能、品质不一，不利于碳纳米管发挥优异的性能，且效率较低。
4、快速分解法是由制备太阳电池用透明电极而发展起来的一种方法，将金属盐溶液以细小液滴进入高温气氛中后，立即引起溶剂的蒸发和金属盐的分解，随后因过饱和而析出固相，从而直接得到纳米粉体；或者是将溶液喷入高温气氛中干燥，然后再经热处理形成粉体。快速分解法因
5、近年来，也有越来越多的研究者致力于用该方法制备合成碳纳米管用的催化剂粉体。例如，专利cn 105873679 b公开了用于合成多壁碳纳米管的催化剂、其催化剂的制备方法及由其催化剂合成的多壁碳纳米管，报道了大比表面积片层催化剂的合成方法，使用其催化剂合成出了高比表面积的多壁碳纳米管。在该专利中，活性组分和载体由3种及以上金属元素组成，在催化剂制备过程中使用了较多的金属元素，使成本增加，且该催化剂的产率较低，大量生产具有高品质碳纳米管仍然存在困难。cn 114558583 a公开了一种超细催化剂粉体的合成方法，公布了粒径小于5μm大比表球形催化剂的合成方法，其制备的碳纳米管比表可达到600～1000m2/g。在该专利中，催化剂制备过程中，溶液配置使用两步络合法，导致溶液配置时间过长，且溶液配制方法苛刻。另外，还在制备催化剂过程中引入了柠檬酸、乙二胺四乙酸、氨水、尿素等多种物质，不仅增加成本且使工艺流程相对复杂。
技术实现思路
1、针对上述现有技术存在的问题，本专利技术的目的是提供一种催化剂粉体的制备方法，直接使用金属盐配制含有催化活性元素的水溶液，使得金属离子在溶液中的空间分布相对均匀，通过调整活性元素和载体元素的比例、快速分解的温度等因素，一步制备得到粒径分布均匀、晶粒尺寸较小且催化活性较好的片层状催化剂，制备该催化剂工艺流程简单、便于操作，且成本较低。将该催化剂应用于碳纳米管的制备，可制备出高比表面积、高产率、低电阻的阵列型碳纳米管。使用制备出的碳纳米管作为导电剂，应用于锂离子电池，其性能明显优于商业导电剂。针对上述目的，本专利技术首先提供了一种催化剂粉体的制备方法，包括以下步骤：
2、(1)将活性金属盐和载体金属盐溶于溶剂中，形成混合溶液；
3、(2)将步骤(1)中的混合溶液进行雾化处理，形成细小液滴或微滴或微球进入分解腔体，进行分解，并收集粉料；
4、其中，所述活性金属盐选自铁盐和/或钴盐，所述载体金属盐选自镁盐和/或铝盐。
5、在本专利技术的一种实施方式中，所述铁盐选自氯化铁(fecl3)、硝酸铁(fe(no3)3)、硫酸铁(fe2(so4)3)或其相关铁盐产品中的至少一种，钴盐选自硝酸钴(co(no3)2)、硫酸钴(coso4)、氯化钴(cocl2)、溴化钴(cobr2)、碘化钴(coi2)、氟化钴(cof2)或其相关钴盐产品中的至少一种，所述镁盐选自氯化镁(mgcl2)、硫酸镁(mgso4)、碳酸镁(mgco3)、硝酸镁(mg(no3)2)或其相关镁盐产品中的至少一种，所述铝盐选自硝酸铝(al(no3)3)、硫酸铝(al2(so4)3)、氯化铝(alcl3)或其相关铝盐产品中的至少一种。
6、在本专利技术的一种实施方式，在步骤(1)中，所述活性金属盐和载体金属盐所组成的化学式为feacobmgcald，在上述化学式中，a、b、c、d分别表示各元素的摩尔分率，0≤a≤10、0≤b≤10、0≤c≤20、0≤d≤20。
7、在本专利技术的一种实施方式中，在步骤(1)中，所述混合溶液中，所述活性金属盐和载体金属盐的总质量分数为40～90％。
8、在本专利技术的一种实施方式，在步骤(1)中，所述溶剂包括水、醇类(甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、乙二醇、丙三醇等)、n,n-二甲基甲酰胺、n-甲基吡咯烷酮中的至少一种。
9、在本专利技术的一种实施方式中，在步骤(2)中，混合溶液的泵入速度为20-200l/h。
10、在本专利技术的一种实施方式中，在步骤(2)中，所述雾化方式包括通过二流体，或旋转式，或固定式，或孔管式喷头或超声雾化的方式使混合溶液形成细小液滴，或者通过微流控技术方式，形成微滴或微球，分解时的温度为400～1000℃。
11、在本专利技术的一种实施方式中，在步骤(2)中，所述雾化方式为混合溶液通过二流体喷头，在载气的带动下，形成细小液滴进入分解腔体，所述载体为空气或惰性气体(氮气、氩气等)，载气的压力为0.2～1.2mpa。
12、在本专利技术的一种实施方式中，在步骤(2)中，分解温度为400～1000℃，优选400～700℃，更优的500～700℃。
13、在本专利技术的一种实施方式中，在步骤(2)中，所述雾化方式为混合溶液通过微流控技术形成微滴或微球，处理量为核心相25～300ml/h，使用单通道或多通道微流控精密制造平台。
14、在本专利技术的一种实施方式中，在步骤(2)中，所述混合溶液为水相，油相为hfe系微滴生成油。
15、在本专利技术的一种实施方式中，在步骤(2)中，泵入压力为0～8bar，固化方式为光交联固化、蒸干固化或热交联固化。
16、本专利技术还提供了一种利用上述方法制备得到的催化剂粉体。
17、在本专利技术的一种实施方式中，对于制备的催化剂粉体，在粉末x射线衍射分析中，若化学组成为feacobmgcald，则在衍射角2θ＝36°±2°存在coal2o4的特征峰，在衍射角2θ＝43°±2°存在mgo的特征峰；若化学组成为feamgc，则在衍射角2θ＝43°±2°存在mgo的特征峰，在衍射角2θ＝62°±2°存在mgfe3o4的特征峰；若化学组成为cobald，则在衍射角2θ＝36°±2°存在coal2本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种催化剂粉体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述铁盐选自氯化铁、硝酸铁、硫酸铁或其相关铁盐中的至少一种，钴盐选自硝酸钴、硫酸钴、氯化钴、溴化钴、碘化钴、氟化钴或其相关钴盐中的至少一种，所述镁盐选自氯化镁、硫酸镁、碳酸镁、硝酸镁或其相关镁盐中的至少一种，所述铝盐选自硝酸铝、硫酸铝、氯化铝或其相关铝盐中的至少一种，所述活性金属盐和载体金属盐所组成的化学式为FeaCobMgcAld，在所述化学式中，a、b、c、d分别表示各元素的摩尔分率，0≤a≤10、0≤b≤10、0≤c≤20、0≤d≤20。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述混合溶液中，所述活性金属盐和载体金属盐的总质量分数为40～90％，所述溶剂包括水、醇类、N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述雾化方式包括通过二流体，或旋转式，或固定式，或孔管式喷头或超声雾化的方式使混合溶液形成细小液滴，或者通过微流控技术
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述雾化方式为混合溶液通过二流体喷头，在载气的带动下，形成细小液滴进入分解腔体，混合溶液的泵入速度为20-200L/h，所述载体为空气或惰性气体，载气的压力为0.2～1.2Mpa。
6.根据权利要求1～5中任一项所述方法制备得到的催化剂粉体。
7.根据权利要求6所述的催化剂粉体，其特征在于，在粉末X射线衍射分析中，若化学组成为FeaCobMgcAld，则在衍射角2θ＝36°±2°存在CoAl2O4的特征峰，在衍射角2θ＝43°±2°存在MgO的特征峰；若化学组成为FeaMgc，则在衍射角2θ＝43°±2°存在MgO的特征峰，在衍射角2θ＝62°±2°存在MgFe3O4的特征峰；若化学组成为CobAld，则在衍射角2θ＝36°±2°存在CoAl2O4的特征峰，在衍射角2θ＝59°±2°和2θ＝65°±2°存在Co2AlO4的特征峰。
8.一种利用权利要求7所述的催化剂粉体制备碳纳米管的方法，其特征在于，包括以下步骤：
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，在步骤S1中，催化剂粉体的加入量为0.05～0.4g，氮气的流速为200～800mL/min，管式炉的升温速率为5～15℃/min，在步骤S2中，氮气的流速为200～800mL/min，氢气的流速为200～800mL/min，氮气和氢气的流速比为1:1；在步骤S3中，氮气的流速为200～800mL/min，乙烯的流速为100～400mL/min，氮气和乙烯的流速比为2:1。
10.根据权利要求8或9所述方法制备得到的碳纳米管。
11.根据权利要求10所述的碳纳米管，其特征在于，在拉曼光谱中，在将1560±150cm-1的范围内的最大峰值强度设为G，在将1310±150cm-1的范围内的最大峰值强度设为D时，G/D比为1.0～4.0。
12.根据权利要求10或11所述的碳纳米管，其特征在于，在BET比表面积中，均具有至少200m2/g的BET比表面积，在XRD表征中，其半峰宽FWHM在2.5～7.5。
13.权利要求10～12中任一项所述的碳纳米管在锂离子电池中的应用，所述应用包括作为锂离子电池的电极。
...【技术特征摘要】
1.一种催化剂粉体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述铁盐选自氯化铁、硝酸铁、硫酸铁或其相关铁盐中的至少一种，钴盐选自硝酸钴、硫酸钴、氯化钴、溴化钴、碘化钴、氟化钴或其相关钴盐中的至少一种，所述镁盐选自氯化镁、硫酸镁、碳酸镁、硝酸镁或其相关镁盐中的至少一种，所述铝盐选自硝酸铝、硫酸铝、氯化铝或其相关铝盐中的至少一种，所述活性金属盐和载体金属盐所组成的化学式为feacobmgcald，在所述化学式中，a、b、c、d分别表示各元素的摩尔分率，0≤a≤10、0≤b≤10、0≤c≤20、0≤d≤20。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述混合溶液中，所述活性金属盐和载体金属盐的总质量分数为40～90％，所述溶剂包括水、醇类、n,n-二甲基甲酰胺、n-甲基吡咯烷酮中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述雾化方式包括通过二流体，或旋转式，或固定式，或孔管式喷头或超声雾化的方式使混合溶液形成细小液滴，或者通过微流控技术方式，形成微滴或微球，分解时的温度为400～1000℃。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述雾化方式为混合溶液通过二流体喷头，在载气的带动下，形成细小液滴进入分解腔体，混合溶液的泵入速度为20-200l/h，所述载体为空气或惰性气体，载气的压力为0.2～1.2mpa。
6.根据权利要求1～5中任一项所述方法制备得到的催化剂粉体。
7.根据权利要求6所述的催化剂粉体，其特征在于，在粉末x射线衍射分析中，若化学组成为feacobmgcald，则...
【专利技术属性】
技术研发人员：沈宇栋，鹿志卿，
申请(专利权)人：南通东恒新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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