[發明專利]一種鋰/氟化碳納米管電池及其制備方法

有效

• 申請號: 201710825819.5
• 申請日: 2017-09-14
• 公開（公告）號: CN107611403B
• 公開（公告）日: 2020-01-03
• 發明（設計）人: 張柏華
• 申請（專利權）人: 遼寧蘭晶科技有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/583;H01M4/58;H01M4/62;H01M6/16
• 代理公司: 21234 沈陽優普達知識產權代理事務所(特殊普通合伙)
• 代理人: 張志偉

本發明電池技術領域，特別是一種新型鋰/氟化碳納米管電池及其制備方法。該電池的正極材料配方如下：含氟化鐵插層物的外壁氟化多壁碳納米管的含量82％～90％，二氧化錳復合石墨烯的導電劑的總含量為2％～10％，粘結劑含量為6％～8％；該電池的負極為鋰。本發明利用二氧化錳復合石墨烯的導電劑，提高正極材料本身的電子電導率。同時含氟化鐵插層物的外壁氟化多壁碳納米管在提高電極容量的同時，內阻降低，極化現象減少，電池的放電能力提高。因此，本發明能夠提供一種較大容量和大電流放電能力強的一次電池，具有很好的工業和商業價值。

技術領域

本發明電池技術領域，特別是一種新型鋰/氟化碳納米管電池及其制備方法。

背景技術

目前隨著經濟的發展，許多電子產品都需要使用鋰電池，特別是有些場合需要使用鋰一次電池，如：共享單車的電子鎖及定位功能、燃氣和水力檢測儀表、遠程射頻控制設備等。鋰一次電池(primary lithium battery)，是一種高能化學原電池，俗稱鋰電池。

常見鋰一次電池主要包括鋰二氧化錳電池、鋰-氟化碳電池、鋰-硫化銅、鋰-二氧化硫和鋰-亞硫酰氯等體系。在固體正極一次鋰電池中，鋰/氟化碳電池的理論質量比能量是固體正極系列中最高的，接近2200Wh/Kg(鋰-亞硫酰氯電池比能量約1500Wh/Kg，鋰-二氧化錳電池比能量約為1000Wh/Kg)。實際比能量可以達到250Wh/kg～700Wh/kg，能量為鋅、堿性電池的6～9倍。氟化碳材料高溫下400℃時也不會熱分解，容量保持率好，不會衰減。其在有機電解質中的化學穩定性卻很高因而具有長的貯存壽命和好的高溫性能，也很容易做到小型化和輕型化。該體系電池具有工作電壓平穩、自放電率低、安全性好、綠色環保的優點，但目前鋰-氟化碳電池存在技術難題是正極材料氟化碳的電子電導率較差，影響電池大電流放電性能，使其在很多領域受到限制。

為了改善這個問題，人們使用各種辦法在不影響容量的前提下，提高正極氟化碳的導電率，但是在容量和導電性兩個指標上總是難以達到很好的協調和平衡。

發明內容

為了克服上述現有材料制備存在的缺陷，本發明的目的在于提供一種鋰/氟化碳納米管一次電池及其制備方法，使用含氟化鐵插層物的外壁氟化多壁碳納米管作為正極材料，二氧化錳復合石墨烯為導電劑。因為該碳納米管是外壁有一定氟化，層間為氟化鐵，內層為具有一定導電性的復合型多壁碳納米管。

本發明的技術方案是：

一種鋰/氟化碳納米管電池，按重量百分比計算，該電池的正極材料配方如下：含氟化鐵插層物的外壁氟化多壁碳納米管的含量82％～90％，二氧化錳復合石墨烯的導電劑的總含量為2％～10％，粘結劑含量為6％～8％；該電池的負極為鋰。

所述的鋰/氟化碳納米管電池，粘結劑為聚偏氟乙烯、丁苯橡膠或羧甲基纖維素鈉中的一種。

所述的鋰/氟化碳納米管電池，二氧化錳復合石墨烯的導電劑中，二氧化錳的含量為0.2wt％～8wt％。

所述的鋰/氟化碳納米管電池，含氟化鐵插層物的外壁氟化多壁碳納米管，其產物平均化學組成為CFxFey；其中，氟碳原子比為0.10～0.60，鐵碳原子比為0.10～0.30。

所述的鋰/氟化碳納米管電池的制備方法，首先，將二氧化錳復合石墨烯的導電劑與含氟化鐵插層物的外壁氟化多壁碳納米管和粘結劑均勻混合，形成含氟化鐵插層物的外壁氟化多壁碳納米管/二氧化錳/石墨烯復合正極片；然后，在集流體上涂覆制成正極材料，并采用常規方法組裝電池。

所述的鋰/氟化碳納米管電池的制備方法，含氟化鐵插層物的外壁氟化多壁碳納米管是采用如下工藝過程制備：首先將多壁碳納米管端帽通過酸堿刻蝕打開，然后在可抽真空的加熱反應器里用氯化鐵插層進去管壁內，再使用氟化氫將氯化鐵轉化為氟化鐵，然后使用氟氣進行氟化多壁碳納米管，最終形成外壁氟化、層間為氟化鐵、內層為具有導電性的復合型多壁碳納米管。