一种利用钴酸锂催化生长碳纳米管的方法

本发明属于碳纳米管催化生长，具体涉及一种钴酸锂催化生长碳纳米管的技术。

背景技术：

1、近年来，随着我国电子信息和新能源产业的高速发展，对二次电源的需求也随之增加。在各种二次电源中，锂离子电池的综合性能最佳，具有工作电压高、质量轻、比能量高、充放电寿命长、无记忆效应、无污染、快速充电、充满自动停充、自放电率低和可回收等众多优点，被认为是最有前景的储能器件之一，已经在便携式电子设备上广泛应用。

2、然而使用传统电极材料制备的锂离子电池的能量密度和功率密度不够高、耐久性差、成本高，限制了其在新能源汽车产业上的大规模应用。碳纳米管材料的发展为设计适合锂离子电池的新型储能材料提供了机会。

3、碳纳米管是一种管径在几纳米到几十纳米，长度一般为微米极的管状石墨结构碳材料，特殊的结构和独特的弹道电子传导效应使其具备高比表面积、低扩散距离、高电导率和离子导电性能等优点，在高可逆容量、高功率密度、长循环稳定性和高安全性锂离子电池中具有较大的应用前景。然而，纳米碳材料普遍存在首次库仑效率低、电压滞后等缺点，使其不适合单独作为电极材料使用。利用碳纳米管材料对阳极材料进行改性形成复合电极材料，是提高电池性能的重要手段。

4、当前锂离子电池的主流制作方法是使用乙炔黑等碳材料混合粘合剂混合阳极材料形成浆料并涂敷在铝箔上作为正极，金属锂片作为负极制作电池。金属锂的理论电容量为968mah/g，钴酸锂的理论电容量为274mah/g，而以现有技术制备的电池实际容量仅能达到140mah/g左右，其潜能开发程度在50～60％之间。研究表明在正极材料中掺入5～10％的碳纳米管粉末材料能够有效的提高电池容量、电导率以及循环寿命，其原因是碳纳米管在电极内部形成了导电网络，使电荷转移更为容易。

5、碳纳米管作为导电剂在复合电极中成功提高了电极材料的电化学性能，为大容量、高稳定的锂离子电池发展提供了可能的解决方法，受到广泛关注。然而碳纳米管在电池中形成的导电网络，在充放电过程中会受到活性物质体积变化的影响，造成结构破坏，且价格昂贵，限制了其在锂离子电池领域的使用。

技术实现思路

1、为了能够提供一种简单的碳纳米管/阳极材料复合材料的制备方法，本发明的技术方案提供了一种新型锂离子电池阳极材料的改性方法。技术方案如下：

2、本发明提供了一种以阳极材料粉末为催化剂，在其表面直接生长碳纳米管的电极材料改性方法。以在阳极材料表面直接生长导电剂的方式取代了掺杂涂敷，能够有效的增加碳纳米管网络的导电性能和稳定性，从而提高锂离子电池的电容量和循环寿命，降低内阻。其具体制备方法如下：

3、1)以商用钴酸锂粉末作为催化剂放在石英舟内后，置于管式炉的中心区域；

4、2)采用化学气相沉积技术，以乙醇蒸汽为碳源，以氩气和氢气作为氛围气体，温度为450～600℃，经过10～30分钟的生长，在钴酸锂粉末表面生长出均匀的碳纳米管，从而完成锂离子电池阳极材料的改性。

5、与现有技术相比，本发明的优点在于：

6、(1)本发明是将碳纳米管直接生长在锂离子电池阳极材料表面，形成均匀分布的碳纳米管网络，提高了碳纳米管与阳极材料之间的附着性，增加了锂离子电池的循环寿命；

7、(2)本发明制备的碳纳米管能够促进阳极材料在锂离子电池内的收集电子特性，理论上能够提高锂离子电池的能量和功率输出；

8、(3)本发明所采用的电极材料制备方法相比其他方法的操作更简单，操作所需的条件更少，制备过程安全，对环境无污染；

9、(4)本发明的处理方法还适用于对钴酸锂电池阳极材料资源回收流程的预处理。

技术特征：

1.一种利用钴酸锂催化生长碳纳米管的方法，其特征在于，所述的碳纳米管催化生长由化学气相沉积技术实现，在钴酸锂颗粒表面生长碳纳米管。

2.根据权利要求1所述的在钴酸锂表面催化生长碳纳米管，其合成方法为：将商用钴酸锂粉末放在石英舟内置于管式炉的中心区域，采用化学气相沉积技术，以乙醇蒸汽为碳源，以氩气和氢气作为氛围气体，以钴酸锂粉末作为催化剂；经过10～30分钟的生长，在钴酸锂颗粒表面生长出均匀密集的碳纳米管。

3.如权利要求书2所述的一种利用钴酸锂催化生长碳纳米管的处理方法，其特征在于：以钴酸锂粉末作为催化剂，直接在钴酸锂颗粒表面生长碳纳米管，生长温度为450～600℃。

技术总结本发明属于碳纳米管催化生长技术领域，具体涉及一种钴酸锂催化生长碳纳米管的技术。利用钴酸锂中的钴元素为催化剂，以乙醇蒸汽作为碳源，在氩气和氢气氛围下的管式炉内，在450～600℃的温度条件下直接在钴酸锂颗粒表面生长碳纳米管，得到钴酸锂/碳纳米管复合材料。本发明通过简单且易于推广的方法在钴酸锂颗粒表面成功制备出均匀分布的碳纳米管从而形成复合材料，反应条件简单，材料便宜易获取，生长时间短，只需一步更加节能环保，易于工业化。本发明复合材料或可用于提升锂离子电池性能和简化锂离子电池资源回收流程。技术研发人员：李大帅,童玲,周雷受保护的技术使用者：电子科技大学长三角研究院（湖州）技术研发日：技术公布日：2024/6/5