用于制备碳纳米管的催化剂及碳纳米管的制备方法与流程

本说明书涉及用于制备碳纳米管的催化剂及碳纳米管的制备方法。

背景技术：

1、随着人们对环保能源和电动汽车的兴趣和重要性的增加，对二次电池的需求正在迅速增加。高容量的电动汽车用二次电池需要具有高能量密度、长寿命及低自放电率，为了确保这些物理性能，必需开发具有高导电性的导电材料。导电材料用作电池内电荷的移动通道，可以使用如石墨、炭黑、石墨烯、碳纳米管等碳基导电材料，以往主要使用导电炭黑。

2、碳纳米管(carbon nanotube)是具有由一个碳原子与另外三个碳原子结合而成的六角蜂窝状晶格构成的管状结构的材料，由于其优异的导电性，作为下一代二次电池用导电材料受到关注。当碳纳米管用作导电材料时，可以提高二次电池的能量密度和寿命，还可减小电池的尺寸。然而，现有的碳纳米管对于溶剂的溶解性和在溶剂中的分散性差，因此难以用作二次电池的导电材料。

3、为了解决这些问题，进行如使用球磨机、棒式破碎机等进行物理后处理等各种尝试，但随之出现了工作困难和成本增加等新问题。此外，已经开发具有各种金属组分的组合和物理性能的碳纳米管制备用催化剂，但难以实现适合作为高容量二次电池用导电材料的分散性。因此，需要开发具有优异的导电性和分散性并可用作二次电池用导电材料的碳纳米管及用于制备该碳纳米管的催化剂。

技术实现思路

1、技术问题

2、本说明书的记载事项是为了解决上述现有技术的问题的，本说明书的一个目的在于提供一种用于制备具有优异导电性和分散性的碳纳米管的用于制备碳纳米管的催化剂的制备方法。

3、本说明书的另一个目的在于提供一种具有优异导电性和分散性的用于二次电池导电材料的碳纳米管的制备方法。

4、解决问题的方案

5、根据一方面，提供一种用于制备碳纳米管的催化剂的制备方法，其包括：步骤(a)，通过将金属前体溶解在溶剂中来制备前体溶液；步骤(b)，将上述前体溶液喷雾到反应器内部进行热解；及步骤(c)，获得催化剂；上述催化剂包括由下述式1表示的金属组分。

6、<式1>

7、cox:[m1，zr]y:m2z

8、在上述式中，co表示钴、其氧化物或衍生物，m1为选自al、ca、si、ti及mg中的至少一种金属、其氧化物或衍生物，zr表示锆、其氧化物或衍生物，m2为选自w、v、mn及mo中的至少一种金属、其氧化物或衍生物，0.2≤x/y≤2.6，6≤x/z≤13。

9、在一实施例中，上述步骤(a)可以包括：步骤(a1)，通过将co前体、zr前体及选自al、ca、si、ti及mg中的至少一种金属前体溶解在溶剂中来制备第一前体溶液；及步骤(a2)，通过将选自w、v、mn及mo中的至少一种金属前体添加到上述第一前体溶液中来制备第二前体溶液。

10、在一实施例中，在上述步骤(a2)中，上述第一前体溶液的温度可以小于30℃。

11、在一实施例中，在上述步骤(a2)中可以包括添加上述金属前体，然后在氮气氛下搅拌的步骤。

12、在一实施例中，上述步骤(b)可以包括：步骤(b1)，将上述前体溶液与1巴至3巴的空气喷雾到反应器内部；及步骤(b2)，在600℃至1,000℃下对喷雾的上述前体溶液进行热解。

13、在一实施例中，上述式中，可以为0.5≤x/y≤2.0且8≤x/z≤9。

14、根据另一个方面，提供一种碳纳米管的制备方法，其包括：步骤(1)，将根据上述的方法制备的用于制备碳纳米管的催化剂注入化学气相沉积反应器中；及步骤(2)，通过喷射碳基气体和载气来合成碳纳米管。

15、在一实施例中，上述化学气相沉积反应器可以是流化床化学气相沉积反应器。

16、在一实施例中，上述化学气相沉积反应器的内部温度可以为600℃至1,000℃。

17、在一实施例中，上述碳基气体可以为选自由具有1至4个碳原子的饱和或不饱和烃、一氧化碳、苯及其两种或更多种的混合物组成的组中的一种。

18、在一实施例中，上述载气可以为选自由氦气、氮气、氩气及其两种或更多种的混合物组成的组中的一种。

19、发明的效果

20、根据本说明书的一方面制备的用于制备碳纳米管的催化剂可以应用于具有优异的导电性和分散性的碳纳米管的合成。

21、另外，根据本说明书的另一方面制备的碳纳米管具有优异的包括导电性和分散性在内的物理性能，因此当其用作二次电池的导电材料时，可以改善二次电池的容量和寿命特性。

22、本说明书的一个方面的效果并非限定于上述效果，应当理解，包括从本说明书的详细说明或权利要求书中记载的发明的结构中推论出的所有效果。

技术特征：

1.一种用于制备碳纳米管的催化剂的制备方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的用于制备碳纳米管的催化剂的制备方法，其特征在于，

3.根据权利要求2所述的用于制备碳纳米管的催化剂的制备方法，其特征在于，在上述步骤(a2)中，上述第一前体溶液的温度小于30℃。

4.根据权利要求2所述的用于制备碳纳米管的催化剂的制备方法，其特征在于，在上述步骤(a2)中包括添加上述金属前体，然后在氮气氛下搅拌的步骤。

5.根据权利要求1所述的用于制备碳纳米管的催化剂的制备方法，其特征在于，

6.根据权利要求1所述的用于制备碳纳米管的催化剂的制备方法，其特征在于，在上述式中，0.5≤x/y≤2.0，8≤x/z≤9。

7.一种碳纳米管的制备方法，其特征在于，包括：

8.根据权利要求7所述的碳纳米管的制备方法，其特征在于，上述化学气相沉积反应器是流化床化学气相沉积反应器。

9.根据权利要求7所述的碳纳米管的制备方法，其特征在于，上述化学气相沉积反应器的内部温度为600℃至1,000℃。

10.根据权利要求7所述的碳纳米管的制备方法，其特征在于，上述碳基气体为选自由具有1至4个碳原子的饱和或不饱和烃、一氧化碳、苯及其两种或更多种的混合物组成的组中的一种。

11.根据权利要求7所述的碳纳米管的制备方法，其特征在于，上述载气为选自由氦气、氮气、氩气及其两种或更多种的混合物组成的组中的一种。

技术总结本说明书的一实施例提供一种用于制备碳纳米管的催化剂的制备方法，其包括：步骤(a)，通过将金属前体溶解在溶剂中来制备前体溶液；步骤(b)，将上述前体溶液喷雾到反应器内部进行热解；及步骤(c)，获得催化剂；上述催化剂包括由下述式1表示的金属组分。<式1>Co<subgt;x</subgt;:[M1，Zr]<subgt;y</subgt;:M2<subgt;z</subgt;。在上述式中，Co表示钴、其氧化物或衍生物，M1为选自Al、Ca、Si、Ti及Mg中的至少一种金属、其氧化物或衍生物，Zr表示锆、其氧化物或衍生物，M2为选自W、V、Mn及Mo中的至少一种金属、其氧化物或衍生物，0.2≤x/y≤2.6，6≤x/z≤13。技术研发人员：郑忠宪,柳相孝,金贤泰,李玩睲,郑明勋,郑宇兰受保护的技术使用者：锦湖石油化学株式会社技术研发日：技术公布日：2024/7/23