[發明專利]亞氟化的碳納米物體作為具有強的容量的原鋰電池的電極材料的用途

有效

• 申請號: 201380068976.6
• 申請日: 2013-12-11
• 公開（公告）號: CN104885263A
• 公開（公告）日: 2015-09-02
• 發明（設計）人: 卡蒂婭·蓋琳阿勞約達席爾瓦;馬克·丹尼斯·阿爾方斯·迪布瓦;安德烈·哈姆維
• 申請（專利權）人: 克萊蒙費朗第二大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;C01B31/00;H01M4/583;H01M6/14;H01M4/02
• 代理公司: 北京安信方達知識產權代理有限公司 11262
• 代理人: 楊洲;鄭霞

本發明涉及亞氟化的碳納米物體(subfluorinated?carbon?nano-object)作為具有大于理論容量的容量的原鋰電池的電極材料的用途，涉及通過該用途獲得的電極并且涉及包括這樣的電極的鋰電池。

關于改進原鋰電池的性能的多種研究已經被實施。

這些研究中的某些已經涉及這樣的電池的電極、特別是陰極的組成。

因此，包括氧化錳陰極的原鋰電池具有150Wh.kg^-1至330Wh.kg^-1的能量密度，具有能夠釋放SO₂的電極的鋰電池具有150Wh.kg^-1至315Wh.kg^-1的能量密度并且具有SOCl₂電極的鋰電池具有220Wh.kg^-1至560Wh.kg^-1的能量密度。

最后，具有由式CF_x的氟化碳制成的電極的鋰電池具有260Wh.kg^-1至780Wh.kg^-1的能量密度，其中x代表在0.5和1.2之間變化的F/C摩爾比。

當具有組成CF₁的氟化碳被用作原鋰電池電極材料時，它們可以遞送865mAh.g^-1的理論容量。高于CF₁的氟的含量的增加(CF_1.2)對于容量不是有益的，這歸因于電化學上非活性的CF₂和CF₃基團的產生。

該理論容量相應于每個C-F鍵的電化學轉化。

這是因為，在原鋰電池內，氟化碳(CF_x)電極中的電化學過程涉及通過貢獻來自外部電路的電子的C-F鍵的斷裂。然后，使形成的氟離子與源自電解質的鋰離子結合以形成LiF。

xLi→xLi⁺+xe^-

CFx+xLi→C+xLiF

該反應是不可逆的。為了獲得最大容量(或對于電池的電流的量)，因此，長期以來，策略包括選擇表現出最高程度的氟化的氟化碳，即CF₁組成(每個碳原子都被鍵合至氟)，實際上甚至是CF_1.1-1.2組成(對于在結構上被弱地組織化的化合物例如具有小尺寸的石墨片的石油焦而言，CF₂和CF₃基團可以在氟化期間被形成)。該策略表現出主要的缺點：高度地氟化的CF_x的絕緣性質，其在電池中產生過電壓并且降低了法拉第效率(實驗容量比理論容量的比率)。

此外，Yasser?Ahmad等人已經在“The?synthesis?of?multilayer?graphene?materials?by?the?fluorination?of?carbon?nanodiscs/nanocones”，Carbon，50(2012)，3897-3908中描述了通過“亞氟化”過程獲得的亞氟化的碳多片納米材料。

該過程以兩個基本點為特征：起始材料是納米材料并且氟化是通過利用分子氟(F₂)的直接氟化或通過使用固體氟化劑TbF₄的受控的氟化獲得的亞氟化(碳原子的一部分保持非氟化的)。

在本發明中，由此獲得的材料將被稱為“亞氟化的碳納米物體”。

實際上，出乎意料地，發明人現在已經發現這些亞氟化的碳納米材料當被作為原鋰電池電極使用時具有大于865mAh.g^-1的理論極限的容量。

因此，本發明提供亞氟化的碳納米物體的用途，該亞氟化的碳納米物體包括由亞氟化的碳制成的中心部分和由式CF_x的氟化碳制成的周邊部分，其中x代表F/C原子比并且為使得0.25<x<1.1，亞氟化的碳納米物體的¹⁹F?MAS?NMR譜展示出在-150ppm和-190ppm之間的單一的峰，該用途是用于制造具有大于納米物體的理論容量(C_理論)的容量(C_實驗)即比率C_實驗/C_理論>1的原鋰電池電極。

在-150ppm和-190ppm之間的峰與共價C-F鍵相關并且參照物(reference)是CFCl₃。單一的峰被理解為意指旋轉譜帶不被考慮在內。