氟化碳的制備方法及其應(yīng)用和鋰一次電池的制作方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】氟化碳的制備方法及其應(yīng)用和鋰一次電池
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及電池材料，尤其涉及氟化碳的制備方法及其應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0003]由于全球石油、天然氣、煤炭等不可再生能源的日益匱乏以及利用這些能源所帶來(lái)的日益嚴(yán)峻的環(huán)境污染問(wèn)題，人們開(kāi)始尋找其它的可替代的清潔、安全以及可再生能源，例如風(fēng)能、太陽(yáng)能、潮汐能、地?zé)崮艿?。而這些能源要方便使用，需要將其轉(zhuǎn)換為電能，即需要利用高容量的電化學(xué)電源進(jìn)行能量存儲(chǔ)。
[0004]電化學(xué)電池是一種重要的能源，大量用于民用消費(fèi)、工業(yè)和軍事領(lǐng)域。這主要是由于電子技術(shù)的進(jìn)步、更低功率的要求以及便攜式設(shè)備的開(kāi)發(fā)，此外用電設(shè)備對(duì)電池容量以及功率特性要求的增長(zhǎng)也對(duì)化學(xué)電源的普及起到了促進(jìn)作用。鋰電池包括鋰一次電池和鋰二次電池以及鋰離子電池與其它傳統(tǒng)電化學(xué)電源如鋅/二氧化錳電池等相比有很大優(yōu)勢(shì)，不僅在比容量，能量密度以及功率密度等方面優(yōu)勢(shì)明顯，而且由于其制備所用原料對(duì)環(huán)境的低污染導(dǎo)致鋰電池的應(yīng)用越來(lái)越廣。特別是隨著現(xiàn)在動(dòng)力電池應(yīng)用于電動(dòng)車(chē)的研究開(kāi)發(fā)熱潮，使得鋰電池的研究應(yīng)用前景十分看好。
[0005]鋰/氟化碳(Li/(CF)n)電池也是首先作為商品的一種固體正極鋰電池。由于其理論質(zhì)量比能量(約2180 Wh/Kg)是固體正極系列中最高的，具有很好的應(yīng)用前景。然而由于CFx材料電性很差，在傳統(tǒng)電極制備中需要加入大量的導(dǎo)電劑，從而，很大程度上造成電極整體能量密度降低。更為限制的是，由于傳統(tǒng)氟化制備工藝制備的氟化碳電極材料的導(dǎo)電性較差，導(dǎo)致電池倍率特性差，在一些場(chǎng)合無(wú)法應(yīng)用。
[0006]因此，為了使CFx電池能夠在高功率范圍得于應(yīng)用，提高功率密度，亟需對(duì)電極材料CFx的制備方法進(jìn)行改進(jìn)。。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明解決的問(wèn)題是現(xiàn)有的氟化碳制造的電極能量密度低以及電池倍率特性差的問(wèn)題。
[0008]為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種氟化碳的制備方法，該方法包括將碳材料與氟化試劑在密閉容器中加熱反應(yīng)Ih?20h，冷卻后去除副產(chǎn)物得到氟化碳，所述加熱反應(yīng)的反應(yīng)溫度為200°C?650°C。
[0009]在進(jìn)一步方案中，所述碳材料為天然石墨、納米碳管、石墨烯和乙炔黑中等材料的一種或幾種。
[0010]在進(jìn)一步方案中，所述氟化試劑為F2氣和穩(wěn)定的自由基構(gòu)成的混合物。
[0011]在進(jìn)一步方案中，所述穩(wěn)定的自由基為2，2，6，6-四甲基哌啶氧化物(TEMPO)穩(wěn)定自由基或者其衍生物。
[0012]在進(jìn)一步方案中，所述密閉容器的材質(zhì)為純鎳或蒙乃爾合金。
[0013]在進(jìn)一步方案中，所述密閉容器的受熱部位的材質(zhì)為純鎳或蒙乃爾合金，其余部位的材質(zhì)為不銹鋼。
[0014]在進(jìn)一步方案中，所述氟化碳的氟原子與碳原子的比例范圍為0.1?1.2。
[0015]本發(fā)明還公開(kāi)前述任何一種制備方法獲得的氟化碳在作為鋰或者鈉一次電池正極材料中的應(yīng)用。
[0016]本發(fā)明還公開(kāi)一種鋰一次電池,該電池包括導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑和前述任何一項(xiàng)所制備的氟化碳，該氟化碳材料、導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑作為正極，金屬鋰或鋰合金為負(fù)極。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
1、由于將碳材料和氟化試劑在密閉容器中加熱反應(yīng)Ihloh且反應(yīng)溫度為200°C?650°C，氟原子:碳原子的比例范圍為0.1?1.2，氟原子在碳材料中的分布呈分級(jí)分布，所以，得到的氟化碳具有高導(dǎo)電特性，作為正極材料有利于鋰離子的傳輸及電子傳導(dǎo)，這樣，不僅可以表現(xiàn)出較高的倍率特性和平穩(wěn)的放電平臺(tái)，而且，利于降低電池體系的內(nèi)阻而提高鋰-氟化碳電池體系的放電電壓，還在制備電池正極時(shí)不需要加入大量的導(dǎo)電劑而使得電極能量密度高。另外，采用上述制備方法與傳統(tǒng)氟化石墨材料相比制備工藝簡(jiǎn)單、比容量高、安全。
[0018]2、由于所述碳材料為天然石墨、納米碳管、石墨烯和乙炔黑中等材料的一種或幾種，所以，原料來(lái)源豐富。
[0019]3、由于所述氟化試劑為F2氣和穩(wěn)定的自由基構(gòu)成的混合物，所述穩(wěn)定的自由基為2，2，6，6-四甲基哌啶氧化物(TEMPO)穩(wěn)定自由基或者其衍生物，所以，能在空氣中穩(wěn)定存在。
[0020]4、由于所述密閉容器的材質(zhì)為純鎳或蒙乃爾合金或者所述密閉容器的受熱部位的材質(zhì)為純鎳或蒙乃爾合金，其余部位的材質(zhì)為不銹鋼，因此，密封性良好，受熱平均，碳材料反應(yīng)均勻，且密閉容器材質(zhì)穩(wěn)定，F(xiàn)2氣不泄漏，安全可靠。
[0021]5、由于所述氟化碳的氟原子與碳原子的比例范圍為0.1?1.2，氟原子在碳材料呈分級(jí)分布，所以，利于離子和電子快速傳導(dǎo)，具有高能量密度。
【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1是本發(fā)明氟化碳的制備方法的流程圖；
圖2是根據(jù)本發(fā)明氟化碳的制備方法第一實(shí)施方式獲得的氟化碳的透射電鏡圖；
圖3是采用本發(fā)明的氟化碳制備的電池倍率充放電圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]為詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容、構(gòu)造特征、所達(dá)成目的及功效，下面將結(jié)合實(shí)施例并配合附圖予以詳細(xì)說(shuō)明。
[0024]請(qǐng)參閱圖1，為了解決氟化碳制造的電極能量密度低以及電池倍率特性差的問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)人員對(duì)氟化碳的制備方法進(jìn)行改進(jìn)，采用如下步驟:
S1、將碳材料與氟化試劑在密閉容器中加熱反應(yīng)Ih?20h，如5h或6h，時(shí)間過(guò)短不利于反應(yīng)發(fā)生，時(shí)間過(guò)長(zhǎng)氟化度過(guò)高，導(dǎo)電性降低。所述加熱反應(yīng)的反應(yīng)溫度為200 °g?650°G，如400⑷等，若低于200°C，反應(yīng)無(wú)法發(fā)生，若高于650 °G，形成的穩(wěn)定自由基被破壞，不利于能量密度的發(fā)揮；在該步驟中，所述碳材料為天然石墨、納米碳管、石墨烯和乙炔黑中等材料的一種或幾種；所述氟化試劑為F2氣和穩(wěn)定的自由基構(gòu)成的混合物，所述穩(wěn)定的自由基為2，2，6，6-四甲基哌啶氧化物(TEMPO)穩(wěn)定自由基或者其衍生物，也可以是其它一切穩(wěn)定自由基及它們的衍