[发明专利]一种碳纳米管-碳纳米片纳米杂化材料及其制备和应用

说明书

本发明提供了一种碳纳米管‑碳纳米片纳米杂化材料及其制备和应用。所述的碳纳米管‑碳纳米片纳米杂化材料，其特征在于，包括碳纳米片以及分布在碳纳米片层间的碳纳米管。本发明不仅具有较大的比表面积和较高的微介孔体积，而且具有相互交联的导电网络，使得离子和电子在该杂化材料内部能够迅速传输，表现出优异的电化学储能性能，具有高能量密度(23.6W h/kg)，良好的倍率性能(在10A/g电流密度下容量保持率达到75％)以及优异的循环稳定性(在10A/g电流密度下经5000次循环后，容量保持率达到100％)。本发明所制备的碳纳米管‑碳纳米片纳米杂化材料是一种理想的高性能超级电容器电化学储能材料，且能大批量生产，市场应用前景广阔。

技术领域

本发明属于新型储能材料技术领域，具体为一种碳纳米管-碳纳米片纳米杂化材料的制备及应用。该材料是一种具有优异的电化学的能量密度、循环性能和倍率性能储能材料。

背景技术

碳基双电层超级电容器作为一种具有较高的功率密度、优良的循环稳定性和低廉的制备成本等优点的新型储能器件，被广泛应用于新能源电动汽车以及便携式电子设备等领域。为了提高碳基双电层超级电容器的能量密度以及良好的倍率性能，能够合理调控碳基电极材料的微观结构与导电性的有效方法引起了广泛关注。碳材料多维的存在形式为构造结构丰富多样的纳米碳基杂化材料提供了理论的可能。其中，一维的碳纳米管与二维的石墨烯纳米片由于优异的物理化学性质，可以实现高能量密度多级结构碳纳米杂化材料的组装与制备。

发明内容

本发明的目的在于提供一种合成过程环保、成本低廉、电化学储能性能优异的碳纳米管-碳纳米片纳米杂化材料及其制备方法和应用。

为了达到上述目的，本发明提供了一种碳纳米管-碳纳米片纳米杂化材料，其特征在于，包括碳纳米片以及分布在碳纳米片层间的碳纳米管。

本发明还提供了上述的碳纳米管-碳纳米片纳米杂化材料的制备方法，其特征在于，包括：将葡萄糖、盐和碳纳米管混合并球磨均匀，在惰性氛围下碳化，待冷至室温后，洗涤以除去盐，即可得到碳纳米管-碳纳米片纳米杂化材料。

优选地，所述的盐为氯化锂/氯化钾共融盐体系。

更优选地，所述的氯化锂和氯化钾的重量比为1-0.5：1。最优选为0.82：1。

优选地，所述的洗涤为在盐酸水溶液以及去离子水各洗涤一次，洗涤之后过滤。

优选地，所述的葡萄糖、碳纳米管和盐的重量比为12-1：1：60-600。最优选为4：1：200。

优选地，所述的球磨的工艺参数为：使用行星式球磨机，转速20-60r/min，最优选为50r/min；球磨0.3-1小时，最优选为0.5小时。

优选地，所述的碳化过程的工艺参数为：惰性气体为高纯氩气或高纯氮气；碳化温度为600-800℃，最优选为700℃；升温速率为2-10℃/min，最优选为 5℃/min；高温碳化时间为1-3小时,最优选为2小时。

优选地，所述的洗涤过程的工艺参数为：洗涤是用质量分数为5％-10％的稀盐酸，最优选为5％的稀盐酸，洗涤8-12小时，再用去离子水洗涤8-12小时。

优选地，所述的洗涤后进行真空干燥，所述的真空干燥过程的工艺参数为：使用真空烘箱干燥，设定温度为50℃，干燥时间为12小时。

本发明还提供了上述的碳纳米管-碳纳米片纳米杂化材料在作为或制备高性能超级电容器电化学储能材料中的应用。

本发明的碳纳米管-碳纳米片纳米杂化材料由直接催化碳纳米管穿插在碳纳米片层间的纳米结构的形成。