[發(fā)明專利]一種鋰一次電池用正極復(fù)合材料及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110530107.7
• 申請(qǐng)日: 2021-05-14
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113285067B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-06-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 姜?jiǎng)俨?/a>;黃萍;盧嘉春;劉志超
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西北核技術(shù)研究所
• 主分類號(hào): H01M4/36
• 分類號(hào): H01M4/36;H01M4/583;H01M6/16;C01B32/10
• 代理公司: 中國(guó)兵器工業(yè)集團(tuán)公司專利中心 11011
• 代理人: 王智紅

本發(fā)明屬于鋰一次電池正極材料的技術(shù)領(lǐng)域，提供一種鋰一次電池用正極復(fù)合材料及制備方法。本發(fā)明的正極復(fù)合材料包含高石墨化度的氟化碳材料和氟化科琴黑材料；該正極復(fù)合材料由高石墨化度的氟化碳材料與氟化科琴黑材料經(jīng)球磨混合制成；所述球磨時(shí)間為8?48h，質(zhì)量比范圍為1:0.01?1:0.3。高石墨化度的氟化碳材料與氟化科琴黑材料混合球磨后得到的正極復(fù)合材料，結(jié)合兩種材料的優(yōu)點(diǎn)，提高了正極材料的導(dǎo)電性，有效地降低了電荷轉(zhuǎn)移的阻抗。采用本發(fā)明正極復(fù)合材料制備的鋰一次電池，電池正極材料制備工藝簡(jiǎn)單，在提高電池放電倍率性能的同時(shí)，有效改善了電池放電過(guò)程中電壓滯后現(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和氟碳電池正極材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鋰一次電池用正極復(fù)合材料及其制備方法

背景技術(shù)

氟化碳作為鋰一次電池正極材料使用時(shí)，理論質(zhì)量比能量高達(dá)2180Wh/kg(鋰/亞硫酰氯電池：1470Wh/Kg，鋰/二氧化錳電池：1005Wh/Kg)，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(Li/(CF_x)_n)體系具有儲(chǔ)能密度高(500Wh/kg)、自放電極慢(儲(chǔ)存年限長(zhǎng)達(dá)10年以上)、放電電壓穩(wěn)定、適用溫度范圍廣(-40℃～100℃)、安全穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，目前廣泛應(yīng)用于電子射頻識(shí)別系統(tǒng)、心臟起搏器、導(dǎo)彈點(diǎn)火系統(tǒng)、小衛(wèi)星或太空武器等機(jī)動(dòng)變軌發(fā)射，動(dòng)能攔截彈、空間站等多種民用及軍事領(lǐng)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，材料導(dǎo)電性能越差，當(dāng)氟碳比接近1時(shí)，氟化碳相當(dāng)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(shí)達(dá)到最優(yōu)。

氟化碳材料作為鋰/氟化碳電池的正極活性物質(zhì)，其性能的優(yōu)劣直接決定了鋰/氟化碳電池性能的優(yōu)劣。采用高溫法制備的氟化碳材料具有較高的比能量，整體放電平臺(tái)在2.5V左右，但其導(dǎo)電性差，放電初期出現(xiàn)明顯的電壓滯后，導(dǎo)致氟化碳材料的倍率性能差。

氟化碳納米管、氟化納米石墨等新型氟化碳材料，雖具有更高的放電比容量和更大的放電倍率，但其工業(yè)化制備方法較苛刻，更關(guān)鍵的是碳納米原料價(jià)格較高，因此，目前的氟化石墨烯和氟化碳納米管正極材料不利于工業(yè)化生產(chǎn)和大規(guī)模市場(chǎng)化推廣。

中國(guó)專利CN109461923A雖然公開(kāi)了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，但是該專利以高振實(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、再氟化后制得復(fù)合材料，其制備方法繁瑣，并且所制備的復(fù)合材料雖然改善了電池放電初期的電壓滯后現(xiàn)象，但是并沒(méi)有提高電池的倍率放電性能。中國(guó)專利CN109742354A公開(kāi)了一種氟化碳復(fù)合電極及其制備方法，但是該專利通過(guò)熱處理法將氟化石墨、硒粉、科琴黑制成氟化碳復(fù)合材料，提高了鋰氟化碳電池的倍率性能，但是在電池正極材料中引入金屬和導(dǎo)電碳，降低了電池正極材料的比容量。因此，目前并沒(méi)有關(guān)于改善鋰氟化碳電池電壓滯后現(xiàn)象和提高倍率性能，且維持氟化碳材料高比容量的復(fù)合材料的相關(guān)報(bào)道。

如何獲得一種能夠在提高正極的導(dǎo)電性，提高鋰/氟化碳電池倍率性能的同時(shí)，改善電壓滯后現(xiàn)象的正極復(fù)合材料及其制備方法，成為氟化碳材料在電池應(yīng)用中急需解決的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種鋰一次電池用正極復(fù)合材料及其制備方法，解決氟化碳作為鋰/氟化碳電池的正極活性物質(zhì)導(dǎo)電性能弱的技術(shù)問(wèn)題，并解決氟化碳電池電壓滯后、電池倍率性能不佳的技術(shù)問(wèn)題。

采用高溫氣相氟化法制備的高石墨化度的氟化碳材料具有高的比容量，且放電電壓平穩(wěn)，但存在電壓滯后且倍率性能差的缺點(diǎn)。采用高溫氣相氟化法制備的一種氟化碳材料氟化科琴黑，具有較好的導(dǎo)電性能和倍率性能，且放電電壓高、電壓滯后小等優(yōu)點(diǎn)，但存在振實(shí)密度小的缺點(diǎn)。將高石墨化度的氟化碳材料與氟化科琴黑材料經(jīng)球磨混合后制得復(fù)合材料，該復(fù)合材料用于鋰一次電池正極材料，結(jié)合多種材料的優(yōu)點(diǎn)，有效改善了鋰氟化碳電池的電壓滯后問(wèn)題，提高了正極材料的導(dǎo)電性，同時(shí)維持了氟化碳材料的高比容量的特性，鋰氟化碳電池的倍率性能要提高到10C。