[發(fā)明專利]一種氟化碳材料的制備方法及其應用

有效

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• 申請日: 2020-01-16
• 公開（公告）號: CN111170302B
• 公開（公告）日: 2021-08-17
• 發(fā)明（設計）人: 岳紅軍;鐘貴明;陳慧鑫;盧燦忠
• 申請（專利權）人: 廈門稀土材料研究所
• 主分類號: C01B32/10
• 分類號: C01B32/10;H01M4/583;H01M6/14
• 代理公司: 廈門律嘉知識產權代理事務所(普通合伙) 35225
• 代理人: 張輝;溫潔

本發(fā)明公開了一種氟化碳材料的制備方法，包括如下步驟：S1、稱取質量百分比為70～98%的硬碳原材料和2～30%的軟碳原材料并在溶劑中混合，攪拌均勻后于保護氣氛1500～2800℃中燒結1～24 h，得到預處理材料；S2、將步驟S1中得到的預處理材料研磨并制成粉末狀產物；S3、將步驟S2中得到的粉末狀產物放入氟化設備，通入氟化氣體，保持壓強90～120 kPa，在350～450℃條件下反應8～16 h，得到氟化碳材料。本發(fā)明制作出的氟化碳材料具有高比功率和高比能量，可實現在30 A/g電流下放電，比能量大于550 Wh/kg，比功率大于45000 W/kg，可以應用于鋰氟化碳電池正極材料使用。

技術領域

本發(fā)明屬于電源技術電化學儲能領域，特別涉及一種氟化碳材料的制備方法及其應用。

背景技術

氟化碳作為鋰一次電池正極材料使用時，理論質量比能量高達2180Wh kg-1，是目前理論比能量最高的商業(yè)化鋰一次電池材料。鋰氟化碳電池目前廣泛應用于電子射頻識別系統(tǒng)、心臟起搏器、導彈點火系統(tǒng)、小衛(wèi)星或太空武器等機動變軌發(fā)射，動能攔截彈、空間站等多種民用及軍事領域。氟化碳材料的比能量由該材料的氟化程度決定，氟化程度越高，理論比能量越高，但是氟化度越高，材料電子電導越差，當氟碳比接近1時，氟化碳相當于電子絕緣體，限制其大倍率放電性能，比容量與倍率性能相互制約，二者難以同時達到最優(yōu)。

為了提高氟化碳材料倍率性能，研究人員開發(fā)了多種材料改性途徑。例如，采用表面包覆高導電材料措施對提高材料倍率性能起到一定的作用。直接在正極配方中添加高導電性的碳納米管、石墨烯等也是一種傳統(tǒng)的改性措施。此外，通過將具有良好倍率性能或較高放電電壓的第二相正極活性材料與氟化碳復合也是改善材料放電性能的途徑。但是這些方法都很難實現氟化碳材料比容量和倍率性能同時達到最優(yōu)，如何在獲取高比功率性能的同時，實現高比能量的性質，對氟化碳材料結構設計提出要求。

發(fā)明內容

針對上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種同時具有高比功率和高比能量的氟化碳材料的制備方法及其應用。

為了實現上述目的，本發(fā)明采用的技術方案如下：

一種氟化碳材料的制備方法，包括如下步驟：

S1、稱取質量百分比為70～98％的硬碳原材料和2～30％的軟碳原材料并在溶劑中混合，攪拌均勻后于保護氣氛1500～2800℃中燒結1～24h，得到預處理材料。

S2、將步驟S1中得到的預處理材料研磨并制成粉末狀產物。

S3、將步驟S2中得到的粉末狀產物放入氟化設備，通入氟化氣體，保持壓強90～120kPa，在350～450℃條件下反應8～16h，得到氟化碳材料。

進一步地，所述步驟S2中，先將預處理材料研磨至粒徑達到60um以下，然后再依次經過200目篩，400目篩和800目篩后，得到粉末狀產物。

進一步地，所述步驟S3中制得的氟化碳材料的氟碳比為0.7～1.0。

進一步地，所述的硬碳原材料為乙炔黑、Super P、葡萄糖、蔗糖、纖維素、金屬有機骨架材料、離子液體、淀粉、高分子聚合物中的一種或多種的組合。

其中，所述的淀粉為馬鈴薯淀粉、玉米淀粉、小麥淀粉、番薯淀粉、葛粉中的一種或多種的組合，所述的高分子聚合物為聚丙烯腈、聚苯胺、聚吡咯烷酮、聚吡咯、聚氯乙烯、酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂、聚糠醇樹脂、聚乙烯醇樹脂中的一種或多種的組合。

所述的軟碳原材料為石油系針狀焦、煤系針狀焦、非石墨化中間碳微球中的一種或多種的組合。

進一步地，所述的溶劑為水、乙醇、丙酮、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸、異丙醇、乙二醇丁醚、四氫呋喃、苯、甲苯、二甲苯和二甲基甲酰胺中的一種或多種的組合。

進一步地，所述的保護氣氛為氮氣、氬氣、氖氣、氦氣中的一種或多種的組合。