[發(fā)明專利]一種鋰一次電池用復(fù)合氟化碳正極材料及其制備方法和應(yīng)用

有效

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• 申請日: 2018-11-13
• 公開（公告）號: CN109461923B
• 公開（公告）日: 2021-11-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 方治文;楊敏;劉超;郭飛飛;呂黎;趙娜;崔麗亞
• 申請（專利權(quán)）人: 山東重山光電材料股份有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/58;H01M4/62;H01M6/14
• 代理公司: 山東舜源聯(lián)合知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37359
• 代理人: 于曉曉

本發(fā)明屬于鋰一次電池正極材料的技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及氟碳電池正極材料制備領(lǐng)域，具體為一種鋰一次電池用復(fù)合氟化碳正極材料及其制備方法和應(yīng)用。該材料以高振實(shí)密度的多孔氟化碳材料及高石墨化度的氟化碳材料經(jīng)球磨混合、再氟化后制得的復(fù)合材料，該復(fù)合材料碳元素含量38?60%，氟元素含量40?62%，振實(shí)密度＞0.8g/ml，混合質(zhì)量比例范圍為1:0.1?1:10，該復(fù)合材料具有高比表面積、高振實(shí)密度和高石墨化度。由于材料整體振實(shí)密度高，保證了材料整體高體積比能量；多孔氟化碳構(gòu)成的離子擴(kuò)散通道，有效的改善了電池放電初期的電壓滯后現(xiàn)象，提高了材料的整體放電性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋰一次電池正極材料的技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及氟碳電池正極材料制備領(lǐng)域，具體為一種鋰一次電池用復(fù)合氟化碳正極材料及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

鋰一次電池在航空航天、醫(yī)療設(shè)備、軍事裝備和日常生活等方面仍具有不可替代的作用，其中鋰/氟化碳電池作為目前理論比能量最高的鋰一次電池，理論質(zhì)量比能量可達(dá)2180Wh/kg（鋰/亞硫酰氯電池：1470 Wh/Kg，鋰/二氧化錳電池：1005 Wh/Kg），因此鋰/氟化碳電池受到了極大的關(guān)注。其良好的高低溫性能（-40℃-170℃）、10年以上的儲存壽命（自放電率0.5%/年）、優(yōu)越的安全和環(huán)保性能，使其能夠滿足各種惡劣環(huán)境下的工作條件，尤其在國防、軍工、航空航天、航海等領(lǐng)域具有重要的用途。

氟化碳材料作為鋰/氟化碳電池正極活性物質(zhì)，對鋰/氟化碳電池性能的優(yōu)劣具有決定性的影響。氟化碳材料的制備方法有：高溫氟化法、低溫氟化法、等離子體法、電解法等多種方法，其中等離子體法和電解法其工藝要求高，工業(yè)化難度大，僅在實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的制備中應(yīng)用。

常見的為高溫氟化法和低溫氟化法：

（1）高溫氟化法：高溫法制備的氟化碳材料具有較高的比能量，但其導(dǎo)電性差，整體放電平臺僅在2.5V左右，放電初期出現(xiàn)明顯的電壓滯后。但由于其制備工藝簡單，目前市場上的氟化碳材料多為高溫氟化法產(chǎn)品。

（2）低溫氟化法：低溫法制備的氟化碳材料，其石墨結(jié)構(gòu)保持相對完整，導(dǎo)電性相對較好，放電電壓高，但比能量相對于高溫法制備的氟化碳偏低。

氟化碳材料用作鋰一次電池正極材料，其高比容量與高放電電壓難以兼具的問題，導(dǎo)致其超高的理論比能量難以充分釋放。因此，制備兼具高比容量與高放電電壓的氟化碳材料長期以來一直是該領(lǐng)域研究的重要課題。

氟化碳納米管、氟化石墨烯等新型氟化碳材料，雖具有更高的放電平臺和質(zhì)量比能量，但由于材料本身振實(shí)密度低，使得其體積比能量較低。

如何獲得一種無電壓滯后、比能量高（質(zhì)量比能量和體積比能量兼具）的氟化碳材料，成為氟化碳材料在電池應(yīng)用中急需解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種無電壓滯后、比能量高、放電性能可調(diào)控的綜合性能優(yōu)異的氟化碳材料及其制備方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：

一種鋰一次電池用復(fù)合氟化碳正極材料，該材料以高振實(shí)密度的多孔氟化碳材料及高石墨化度的氟化碳材料經(jīng)球磨混合、再氟化后制得的復(fù)合材料，該復(fù)合材料碳元素含量38-60%，氟元素含量40-62%，振實(shí)密度＞0.8g/ml，具有可調(diào)控的雙放電平臺，在0.1C下初始放電電壓＞2.8V，體積比能量＞1500Wh/L。

本發(fā)明中高振實(shí)密度是指密度高于0.70g/ml；高石墨化度是指石墨化度高于80%（注：根據(jù)Mering–Maire公式計(jì)算）。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種鋰一次電池用復(fù)合氟化碳正極材料的制備方法，包括以下步驟：

（1）選取多孔碳材料，采用低溫氣相氟化法制備多孔氟化碳材料；

（2）選取高石墨化度碳材料，采用高溫氣相氟化法制備高石墨化度氟化碳材料；