[发明专利]氟化碳纳米管的氟碳比调控方法

说明书

本发明公开氟化碳纳米管的氟碳比调控方法，将氟化碳纳米管和极性溶剂混合均匀后升温进行反应，以极性溶剂对碳纳米管中氟元素进行置换，以使氟原子从碳管上脱离，或者弱化碳氟之间作用力，达到去氟效果。本发明通过选用不同的极性溶剂、水热温度和水热时间，能很好控制碳管的脱氟量，从而控制氟化碳纳米管的氟碳比，操作简单，可控度高，相比高温退火处理能减少碳管结构破坏，保持碳管本身优异性能。

技术领域

本发明涉及一种可控氟碳比的氟化碳纳米管的制备方法，更加具体地说是通过极性溶剂对高氟量的氟化多壁碳纳米管进行去氟来调节氟碳比。

背景技术

随着电子科技的发展，电子产品在人类生活中发挥着重要的作用，而电池性能的好坏直接影响人们的使用体验，因此开发出稳定、安全、智能化和可持续的电池显得尤为关键。在所有储能材料中，氟化碳作为电池材料具有较高的比能量，受到人们的广泛关注。氟化碳纳米管相比以前研究的氟化石墨具有更高的放电电压和倍率性能，发展前景广阔。但气相氟化法制得的氟化多壁碳纳米管的氟碳比不易控制，不能实现氟碳比的精确调控，因此需要通过后续溶液处理来制备不同氟碳比的氟化多壁碳纳米管，调控电池性能。

碳纳米管结构稳定，机械强度高，比表面积大，导电性好，具有优异的力学、光学、电学以及化学性能，其使用潜力不断被挖掘发现。通过对多壁碳纳米管进行氟化能极大改善其性能，在电极材料上有重要应用。利用因而利用氟化碳纳米管材料制备电池材料成为人们的研究重点，也出现类似专利的授权或公开。中华人民共和国国家知识产权局授权号为CN2010101023873A、CN102730664A、CN103700858A等发明专利公布了利用氟化碳管制备电极材料的技术。以上发明专利仅仅披露了氟化碳管的制备方法，利用气相氟化法如何在碳管的外表面接上氟原子。对于氟化多壁碳纳米管，氟气反应性很强，通过打开碳管上的π键，与碳原子结合形成C-F键。传统去氟工艺采用高温退火，氟原子在高温下断裂以挥发物的形式扩散，在降低氟碳比的同时可能破坏碳管的管状结构。

发明内容

本发明针对氟化碳纳米管工艺不容易精确控制氟碳比的缺点，提供一种极性溶剂后处理调控氟碳比的氟化碳纳米管的制备方法，而用极性溶剂在低温下对氟化多壁碳纳米管进行氟碳比调控，能使碳管结构受到较小破坏，保持了较高的电子传导性，进而改变C-F共价键和离子键比例，能够在很宽的范围内调控其结构和电学特性。因此，在氟化(多壁)碳纳米管材料已有的优势基础上，用极性溶剂进行后处理，能够达到有效控制其氟碳比的目的，为研究不同氟碳比的多壁碳管的电化学性能规律提供重要的实验和理论支持。

本发明的技术目的通过下述技术方案予以实现：

氟化碳纳米管的氟碳比调控方法，将氟化碳纳米管和极性溶剂混合均匀后置于水热釜中密封，在空气氛围中升温至120～180℃并保温反应。

在上述技术方案中，将水热完毕的氟化碳纳米管倒入砂芯漏斗中抽滤，用去离子水多次洗涤，直到清洗干净，随后将滤膜转移至培养皿，放置在真空干燥箱中，60℃条件下烘干24h。

在上述技术方案中，将氟化碳纳米管和极性溶剂超声1～3h，以混合均匀，自室温20—25摄氏度以每分钟1—5摄氏度的速度升温至120～180℃并保温18～24h，优选140—160摄氏度保温反应20—24小时。

在上述技术方案中，氟化碳纳米管为氟化多壁碳纳米管，氟元素和碳元素的摩尔比为1：1。

在上述技术方案中，极性溶剂为异丙醇、四氢呋喃、乙二醇或丙二醇。

在上述技术方案中，氟化碳纳米管的质量份(mg)和极性溶剂的体积份(ml)的比例为1：(1—1.5)，优选1：(1—1.2)，例如氟化碳纳米管用量为60～120mg，极性溶剂体积(mL)为氟化多壁碳纳米管质量的100％～150％。