碳纳米管纳米材料的应用.doc

《碳纳米管纳米材料的应用.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、碳纳米管及其复合材料在储能电池中的应用摘要碳纳米管具有良好的机械性能和导电性、高化学稳定性、大表面积以及独特的一维结构，选择合适的方法制备出碳纳米管复合材料，可以使其各种物理化学性能得到增强,因而在很多领域有着极大的应用前景，尤其是在储能电池中的应用。本文分析了碳纳米管及其复合材料的特点，总结了碳纳米管的储锂机理，对其发展趋势作了展望。关键词碳纳米管复合材料储能电池应用Abstractcarbonnanotubes（CNTs）arenanometer-sizedcarbonmaterialswiththecharacteristicsofuniqueone-dimens

2、ionalgeometricstructure，largesurfacearea，highelectricalconductivity，elevatedmechanicalstrengthandstrongchemicalinertness.Selectingappropriatemethodstopreparecarbonnanotubecompositescanenhancephysicalandchemicalproperties,andthesecompositeshaveagreatfutureinmanyareas，especiallyinenergysto

3、ragebatteries.Inthispaper,basedontheanalysisandcomparisonoftheadvantagesanddisadvantagesofcarbonnanotubecomposites，theenhancementmechanismsoftheCNTscatalystsareintroduced.Afterward，thelithiumionstoragepropertiesaresummarizedaccordingtothepreparationmethodsofcompositematerials.Finally,the

4、prospectsandchallengeforthesecompositematerialsarealsodiscussed.Keywordscarbonnanotube;composite;energystoragebatteries;application1引言碳纳米管(CNTs)在2004年被人们发现，是一种具有特殊结构的一维量子材料,它的径向尺寸可达到纳米级,轴向尺寸为微米级,管的两端一般都封口,因此它有很大的强度,同时巨大的长径比有望使其制作成韧性极好的碳纤维。碳纳米管由于其独特的一维纳米形貌被作为锂离子电池负极材料广泛研究，通过对碳纳米管进行剪切，官能化及

5、掺杂等方法进行改性处理，能有效的减少碳纳米管的首次不可逆容量，增加可逆的储锂比容量。此外，碳纳米管的中空结构也成为抑制高容量金属及金属氧化物体积膨胀理想复合基体。本文中，我们研究了碳纳米管的储锂性能，考察了碳纳米管作为锡类复合材料基体，其内部限域空间对高容量金属及金属氧化物的储锂性能促进的具体原因。该研究结果为碳纳米管以及其他具有限域空间的结构在锂离子电池中的应用提供了参考。2碳纳米管的储锂机理和应用相比广泛应用的石墨类材料，碳纳米管在锂离子电池负极材料中有其独特的应用优势。首先，碳纳米管的尺寸在纳米级，管内及间隙空间也都处于纳米尺寸级，因而具有纳米材料的小尺寸效应，能

6、有效的增加锂离子在化学电源中的反应活性空间；其次，碳纳米管的比表面积较大，能增加锂离子的反应活性位，并且随着碳纳米管的管径减小其表现出非化学平衡或整数配位数的化合价，储锂的容量增大；第三，碳纳米管具有良好的导电性，增大了锂离子的快速嵌入脱出的自由传递速度，对锂电池的大功率充放电有十分有利的促进作用。1998年，Che等报道了采用模板法合成的阵列碳纳米管薄膜在储锂方向的应用。他们用循环伏安测得该碳纳米管薄膜具有可逆的储锂特点及高达490mAhg的可逆储锂容量。同年，Frackowiak等采用催化化学气相沉积方法制备了多壁碳纳米管（MWNT）。循环伏安的测试表明，多壁碳纳米

7、管在第一次放电过程中显示了高达952mAhg的嵌锂容量，但其中只447mAhg是可逆的容量，不可逆容量也高达505mAhg。他们还发现，不同热处理温度对碳纳米管微观结构和成分组成有显著的影响，进而影响其储锂性能。随着热处理温度的升高，碳纳米管的不可逆容量降低，而可逆容量也有一定程度的降低。热处理使碳纳米管的结构规整，缺陷减少，从而降低了其不可逆容量；但是由于碳纳米管的中心管层在锂离子存储和电化学双电层的形成有重要作用，而热处理温度升高会导致碳管中心管层的端口关闭形成连续的碳层，从而阻止了锂离子的存储，以致可逆容量降低。Wang等报道了通过