專利名稱：鋰電池正極材料用氟化碳的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鋰電池材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種鋰電池正極材料用氟化碳的制
備方法。
背景技術(shù)：
鋰一次電池是當(dāng)今廣泛應(yīng)用的一種高性能化學(xué)電源，鋰一次電池具有較高的比能量和工作電壓，目前廣泛應(yīng)用的鋰一次電池包括鋰-二氧化錳電池體系、鋰-二氧化硫電池體系和鋰-亞硫酰氯電池體系，其中鋰-二氧化錳電池體系比能量超過(guò)250Wh/kg、工作電壓 > 2V。制備鋰一次電池大多采用固體正極材料，因?yàn)樵摲N材料保存相對(duì)容易、電極制備工藝簡(jiǎn)單，一直成為人們研究的對(duì)象。制備固體正極材料的氟化碳(og以其質(zhì)量比容量、理論重量比能量之高成為人們關(guān)注點(diǎn)之一。目前公知的氟化碳是將碳粉與氟氣反應(yīng)形成的夾層化合物，不同的前驅(qū)體制備出的氟化碳性能不同，氟化石墨前驅(qū)體是石墨，氟化石墨屬于氟化碳中的一種。氟化石墨由于氟具有很高的比容量，并且隨著中氟碳比X值的增加，材料的比容量也相應(yīng)提高，可達(dá) 0. 86Ah/g，采用氟化石墨與金屬鋰制備的鋰氟化碳電池重量比能量可達(dá)2180Wh/kg，但是氟化石墨的主要問(wèn)題是具有電絕緣性，導(dǎo)致制備成的鋰氟化碳電池體系在放電初期出現(xiàn)明顯電壓滯后明顯的現(xiàn)象，然后隨著反應(yīng)產(chǎn)物導(dǎo)電碳的生成，放電電壓才得到提高，因此單獨(dú)采用氟化石墨作為電池正極材料，僅適用于中低倍率放電的鋰氟化碳電池，并且電壓平臺(tái)低， 材料有效利用率低。另一種公知的氟化碳材料為氟化碳納米管，其自身存在許多特殊的性質(zhì)，比如氟化碳管的電性能可以通過(guò)C-F鍵的種類以及氟原子在碳管骨架中的位置調(diào)控，即制備不同氟碳比的氟化碳管調(diào)控其導(dǎo)電性，理論上可以實(shí)現(xiàn)從金屬態(tài)到半導(dǎo)體態(tài)，再到絕緣態(tài)的轉(zhuǎn)變。氟化碳納米管屬于納米級(jí)別的物質(zhì)，這種物質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)就是顆粒尺寸小，對(duì)于電子和鋰離子的快速遷移和傳導(dǎo)具有促進(jìn)作用。由于鋰離子在固體中的遷移距離大大縮小，因此具有高倍率放電性能。但是單獨(dú)采用氟化碳納米管作為電池正極材料，由于材料為二維納米結(jié)構(gòu)，材料團(tuán)聚性嚴(yán)重、密度較小，制備電極過(guò)程中粘接劑比例較高，成形性不好，單位體積材料含量低，制備出的鋰氟化碳電池體積比能量過(guò)低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題而提供一種電絕緣性小、材料之間團(tuán)聚性低、振實(shí)密度高，可有效抑制鋰氟化碳電池體系放電初期的電壓滯后性、大幅提高鋰氟化碳電池倍率放電性能的一種鋰電池正極材料用氟化碳的制備方法。本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題所采取的技術(shù)方案是—種鋰電池正極材料用氟化碳的制備方法，包括氟化碳，其特點(diǎn)是所述氟化碳為氟化石墨CFx與氟化碳納米管CFx的混合物。本發(fā)明還可以采用如下技術(shù)方案
所述氟化石墨CFx與氟化碳納米管CFx的質(zhì)量比例范圍為6 4至9. 5 0.5。3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰電池正極材料用氟化碳的制備方法，其特征在于所述氟化石墨CFx中的X = 0. 9 1. 0，所述氟化碳納米管CFx中的X = 0. 9 1. 1。本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是本發(fā)明采用氟化石墨與氟化碳納米管的混合物作為電池用氟化碳正極材料，使氟化碳納米管材料較好的分散在氟化石墨顆粒周圍，有效消除了氟化碳納米管材料的高團(tuán)聚性；通過(guò)氟化碳納米管對(duì)電子和鋰離子快速遷移和傳導(dǎo)具有促進(jìn)作用，提高了電子在材料顆粒間的傳遞和整體材料的振實(shí)密度，減小了氟化石墨的電絕緣性，大幅度改善了電池放電初期出現(xiàn)明顯電壓滯后現(xiàn)象，提高了鋰氟化碳電池體系的倍率放電性能。


圖1是本發(fā)明與純氟化石墨、純氟化碳納米管制備的電池0. IC放電曲線性能比較圖；圖2是本發(fā)明與純氟化石墨、純氟化碳納米管制備的電池0.5C放電曲線性能比較圖。
具體實(shí)施例方式為能進(jìn)一步了解本發(fā)明的發(fā)明內(nèi)容、特點(diǎn)及功效，茲例舉以下實(shí)施例，并配合附圖 1-2詳細(xì)說(shuō)明如下一種鋰電池正極材料用氟化碳的制備方法，包括氟化碳。本發(fā)明的創(chuàng)新點(diǎn)是所述氟化碳為氟化石墨CFX與氟化碳納米管CFX的混合物； 其中氟化石墨CFX與氟化碳納米管CFX的質(zhì)量比例范圍為6 4至9. 5 0. 5 ；所述氟化石墨CFX中的X = 0. 9 1. 0，所述氟化碳納米管CFX中的X = 0. 9 1. 1。本發(fā)明的制備步驟包括(1)選取原材料選用X = 0. 9 1. 0的氟化石墨CFx和X = 0. 9 1. 1的氟化碳納米管CFx ；(2)制備鋰電池正極材料用氟化碳的制備方法將質(zhì)量比范圍為6 4至9. 5 0.5的步驟(1)中氟化石墨CFx和氟化碳納米管 Ci7x置于球磨機(jī)中進(jìn)行球磨混合，混合時(shí)間為2 3小時(shí)，有利于打破碳納米管之間的團(tuán)聚， 提高其在氟化石墨中的分散性，取出后即為本發(fā)明鋰電池正極材料用氟化碳材料。實(shí)施例1將質(zhì)量比為8 2的氟化石墨CFx，其中X = 0. 9 1. 0和氟化碳納米管(Fx，其中X = 0. 9 L 1，置于球磨機(jī)中進(jìn)行2 3小時(shí)的球磨混合，取出后即制成本發(fā)明鋰電池正極材料用氟化碳；選取本發(fā)明氟化碳材料75-90克，與5-15克乙炔黑或Super P的導(dǎo)電劑、5-10克聚偏二氟乙烯的粘接劑在攪拌機(jī)中攪拌混合3 5小時(shí)，形成漿料；將混合后的漿料涂在0. 02mm厚的鋁箔上，100 120°C烘干0.5 1小時(shí)，輥壓厚度減少20% 40%， 按需要裁制成相應(yīng)尺寸電極，將電極與金屬鋰配對(duì)制備出鋰氟化碳電池。實(shí)施例2將質(zhì)量比為9 1的氟化石墨CFx，其中X = 0. 9 1. 0和氟化碳納米管(Fx，其中X = 0. 9 L 1，置于球磨機(jī)中進(jìn)行2 3小時(shí)的球磨混合，取出后即制成本發(fā)明鋰電池正極材料用氟化碳；選取本發(fā)明氟化碳材料75-90克，與5-15克乙炔黑或Super P的導(dǎo)電劑、5-10克聚偏二氟乙烯的粘接劑在攪拌機(jī)中攪拌混合3 5小時(shí)，形成漿料；將混合后的漿料涂在0. 02mm厚的鋁箔上，100 120°C烘干0. 5 1小時(shí)，輥壓厚度減少20% 40%， 按需要裁制成相應(yīng)尺寸電極，將電極與金屬鋰配對(duì)制備出鋰氟化碳電池。實(shí)施例3將質(zhì)量比為7 3的氟化石墨CFx，其中X = 0. 9 1. 0和氟化碳納米管(Fx，其中X = 0. 9 L 1，置于球磨機(jī)中進(jìn)行2 3小時(shí)的球磨混合，取出后即制成本發(fā)明鋰電池正極材料用氟化碳；選取本發(fā)明氟化碳材料75-90克，與5-15克乙炔黑或Super P的導(dǎo)電劑、5-10克聚偏二氟乙烯的粘接劑在攪拌機(jī)中攪拌混合3 5小時(shí)，形成漿料；將混合后的漿料涂在0. 02mm厚的鋁箔上，100 120°C烘干0.5 1小時(shí)，輥壓厚度減少20% 40%， 按需要裁制成相應(yīng)尺寸電極，將電極與金屬鋰配對(duì)制備出鋰氟化碳電池。比較例1選取純氟化石墨75-90克，與5-15克乙炔黑或SuperP的導(dǎo)電劑、5_10克聚偏二氟乙烯的粘接劑混合3 5小時(shí)，形成漿料；將混合好的漿料涂在0. 02mm厚的鋁箔上，100 120°C烘干0. 5 1小時(shí)，輥壓厚度減少20% 40%，按需要裁制成相應(yīng)尺寸電極，將電極與金屬鋰配對(duì)制備出鋰氟化碳電池。比較例2選取純氟化碳納米管材料75-90克，與5-15克乙炔黑或Super P的導(dǎo)電劑、5_10 克聚偏二氟乙烯的粘接劑混合3 5小時(shí)，形成漿料；將混合好的漿料涂在0. 02mm厚的鋁箔上，100 120°C烘干0.5 1小時(shí)，輥壓厚度減少20% 40%，按需要裁制成相應(yīng)尺寸電極，將電極與金屬鋰配對(duì)制備出鋰氟化碳電池。如圖1所示，分別將上述實(shí)施例和比較例制備的鋰氟化碳電池進(jìn)行0. IC放電測(cè)試比較，結(jié)果相對(duì)于純氟化石墨材料，本發(fā)明材料電壓滯后減少了 145mV，并且實(shí)施例3的克容量提高了 50mAh/g，實(shí)施例1的克容量提高了 129. 68mAh/g ；相對(duì)于純氟化碳納米管材料， 本發(fā)明材料電壓滯后減少160mV，實(shí)施例3的克容量提高了 48mAh/g，實(shí)施例1的克容量提高了 127. 68mAh/g0如圖2所示，分別將上述實(shí)施例和比較例制備的鋰氟化碳電池進(jìn)行0. 5C放電測(cè)試比較，結(jié)果相對(duì)于純氟化石墨材料，本發(fā)明材料電壓滯后減少了 200mV，并且實(shí)施例3的克容量提高了 193. 87mAh/g、實(shí)施例1的克容量提高了沈0. 74mAh/g ；相對(duì)于純氟化碳納米管材料，本發(fā)明材料電壓滯后減少了 200mV，實(shí)施例3的克容量提高了 95. 15mAh/g，實(shí)施例1 的克容量提高了 162. 02mAh/g。表1列出了不同實(shí)施例和比較例制備出電池的放電倍率測(cè)試結(jié)果。表1不同實(shí)施例和比較例制備出電池的放電倍率測(cè)試結(jié)果
權(quán)利要求
1.鋰電池正極材料用氟化碳的制備方法，其特征在于包括以下制備步驟(1)選取原材料選用X = 0. 9 1. 0的氟化石墨CFx和X = 0. 9 1. 1的氟化碳納米管CFx ；(2)制備鋰電池正極材料用氟化碳將質(zhì)量比范圍為6 4至9. 5 0.5的步驟(1)中氟化石墨CFx和氟化碳納米管CFx 置于球磨機(jī)中進(jìn)行球磨混合，混合時(shí)間為2 3小時(shí)，取出后即為本發(fā)明鋰電池正極材料用氟化碳。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰電池正極材料用氟化碳的制備方法，所述氟化碳為氟化石墨CFx與氟化碳納米管CFx的混合物。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鋰電池正極材料用氟化碳的制備方法，步驟包括(1)選取X＝0.9～1.0的氟化石墨CFX和X＝0.9～1.1的氟化碳納米管CFX；(2)將質(zhì)量比范圍為6∶4至9.5∶0.5的氟化石墨CFX和氟化碳納米管CFX在球磨機(jī)中球磨2～3小時(shí)，即為鋰電池正極材料用氟化碳。本發(fā)明采用氟化石墨與氟化碳納米管混合物作為電池用氟化碳正極材料，使氟化碳納米管材料較好的分散在氟化石墨顆粒周圍，消除高團(tuán)聚性；通過(guò)氟化碳納米管對(duì)電子和鋰離子快速遷移和傳導(dǎo)具有促進(jìn)作用，提高了電子在材料顆粒間的傳遞，減小了氟化石墨的電絕緣性，大幅度改善了電池放電初期出現(xiàn)明顯電壓滯后現(xiàn)象，提高了鋰氟化碳電池體系的倍率放電性能。
文檔編號(hào)H01M4/587GK102509802SQ20111030457
公開(kāi)日2012年6月20日 申請(qǐng)日期2011年10月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月10日
發(fā)明者丁飛, 劉興江, 康培, 張晶, 王帥, 穆杰, 高鵬 申請(qǐng)人:中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第十八研究所