[發(fā)明專利]一種氟化碳材料及其制備方法和應(yīng)用

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010097468.2
• 申請日: 2020-02-17
• 公開（公告）號: CN111326735A
• 公開（公告）日: 2020-06-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王麗平;陳鵬宇;牛曉濱
• 申請（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號: H01M4/583
• 分類號: H01M4/583;H01M4/04;H01M10/054
• 代理公司: 成都正華專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51229
• 代理人: 李蕊

本發(fā)明公開了一種氟化碳材料及其制備方法和應(yīng)用，屬于化學(xué)電源技術(shù)領(lǐng)域，具體步驟包括：將碳材料與氟源研磨，混合均勻后封管，接著放在管式爐中處理，隨后降溫處理，得到氟化碳材料。制備得到的氟化碳材料涂覆在鋁箔表面作為鉀電池正極材料，負(fù)極使用金屬鉀，組裝成鉀?氟化碳二次電池。在充放電過程中鉀離子可逆嵌入與脫出在氟化碳中，從而保證了本發(fā)明在鉀?氟化碳二次電池體系中的實(shí)際應(yīng)用。本發(fā)明氟化碳材料在鉀二次電池中的應(yīng)用，制得循環(huán)性能穩(wěn)定且良好的二次電池，且不需添加任何額外工藝，方法簡單易行，工業(yè)可行性強(qiáng)，極具工業(yè)化應(yīng)用價(jià)值和潛力。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于化學(xué)電源技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種氟化碳材料及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

鋰離子電池是一種二次電池(充電電池)，它主要依靠鋰離子在正極和負(fù)極之間移動來工作。在充放電過程中，Li⁺在兩個電極之間往返嵌入和脫嵌：充電時，Li⁺從正極脫出，經(jīng)過電解質(zhì)嵌入負(fù)極，負(fù)極處于富鋰狀態(tài)；放電時則相反。鋰離子電池具有高比能量、高充放電效率和長壽命等優(yōu)點(diǎn)，是目前最具有應(yīng)用前景的化學(xué)電源之一。

目前，商業(yè)上普遍使用的鋰離子電池正極材料,例如磷酸鐵鋰，錳酸鋰，三元正極，能量密度低于1000Wh/kg。氟化碳正極材料比能量達(dá)到2180Wh/kg，是目前鋰電池中理論比能量最高的體系。此外，氟化碳正極材料化學(xué)和物理性質(zhì)穩(wěn)定，使得電池具有長的貯存壽命和較好的高溫性能。

但是對于氟化碳正極而言，鋰氟化碳電池在放電后，生成的氟化鋰在電解液中溶解再結(jié)晶，在電極材料表面生成大顆粒LiF，電化學(xué)分解電位高(～4.3V)，使其很難作為二次電池，極大限制了鋰氟化碳電池的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于：為解決鋰氟化碳電池在液態(tài)體系下放電產(chǎn)物氟化鋰顆粒過大而分解電位高導(dǎo)致的電池?zé)o法循環(huán)充放的問題，提供一種氟化碳材料的制備方法及其在鉀二次電池中的應(yīng)用，該鉀二次電池放電產(chǎn)物為KF，在電解液中溶解度小，沉積在電極材料內(nèi)部顆粒均勻且細(xì)小，且KF分解電位低(～3.7V)更易分解，電池能夠?qū)崿F(xiàn)二次可充放。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種氟化碳材料的制備方法，包括以下步驟：

將碳材料與氟源研磨混合均勻，在保護(hù)氣體環(huán)境下于900-1200℃保溫處理2-3h，隨后降溫至300-500℃保溫處理5-7h，得到氟化碳材料；其中碳源與氟源的質(zhì)量比為0.01-1：1。

進(jìn)一步地，包括以下步驟：

將碳材料與氟源研磨混合均勻，在保護(hù)氣體環(huán)境下于1000℃保溫處理2h，隨后降溫至400℃保溫處理5h，得到氟化碳材料；其中碳源與氟源的質(zhì)量比為0.01-1：1。

進(jìn)一步地，碳源為石墨、軟碳、碳納米管、石墨烯、碳納米籠和碳微球中的至少一種；所述氟源為聚偏氟乙烯(PVDF)。

進(jìn)一步地，保護(hù)氣體為惰性氣體，包括氮?dú)狻鍤獾取?/p>

采用上述的方法制備得到的氟化碳材料。

上述的氟化碳材料在鉀二次電池中的應(yīng)用。

進(jìn)一步地，具體為：將氟化碳材料、Super P和聚偏氟乙烯分散在N-甲基吡咯烷酮(NMP)溶劑中，其中，氟化碳材料、Super P和聚偏氟乙烯的質(zhì)量比為60-99：0.01-40：0.01-10，混合均勻研磨成漿料，涂在鋁箔上真空烘干作為正極，以金屬鉀為負(fù)極，使用鉀電池電解液和PP隔膜組裝成電池；真空烘干具體為：在30-160℃的溫度下烘干0.5-48h。