一種鋰電池正極材料用氟化碳的製作方法

2023-04-28 02:34:06 1

專利名稱：一種鋰電池正極材料用氟化碳的製作方法
技術領域：
本發明屬於鋰電池材料技術領域，尤其是涉及一種鋰電池正極材料用氟化碳。
背景技術：
鋰一次電池是當今廣泛應用的一種高性能化學電源，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-亞硫醯氯電池體系，其中鋰-二氧化錳電池體系比能量超過250Wh/kg、工作電壓 > 2V。製備鋰一次電池大多採用固體正極材料，因為該種材料保存相對容易、電極製備工藝簡單，一直成為人們研究的對象。製備固體正極材料的氟化碳(og以其質量比容量、理論重量比能量之高成為人們關注點之一。目前公知的氟化碳是將碳粉與氟氣反應形成的夾層化合物，不同的前驅體製備出的氟化碳性能不同，氟化石墨前驅體是石墨，氟化石墨屬於氟化碳中的一種。氟化石墨由於氟具有很高的比容量，並且隨著中氟碳比X值的增加，材料的比容量也相應提高，可達 0. 86Ah/g，採用氟化石墨與金屬鋰製備的鋰氟化碳電池重量比能量可達2180Wh/kg，但是氟化石墨的主要問題是具有電絕緣性，導致製備成的鋰氟化碳電池體系在放電初期出現明顯電壓滯後明顯的現象，然後隨著反應產物導電碳的生成，放電電壓才得到提高，因此單獨採用氟化石墨作為電池正極材料，僅適用於中低倍率放電的鋰氟化碳電池，並且電壓平臺低， 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，比如氟化碳管的電性能可以通過C-F鍵的種類以及氟原子在碳管骨架中的位置調控，即製備不同氟碳比的氟化碳管調控其導電性，理論上可以實現從金屬態到半導體態，再到絕緣態的轉變。氟化碳納米管屬於納米級別的物質，這種物質的優點就是顆粒尺寸小，對於電子和鋰離子的快速遷移和傳導具有促進作用。由於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。但是單獨採用氟化碳納米管作為電池正極材料，由於材料為二維納米結構，材料團聚性嚴重、密度較小，製備電極過程中粘接劑比例較高，成形性不好，單位體積材料含量低，製備出的鋰氟化碳電池體積比能量過低。

發明內容
本發明為解決公知技術中存在的技術問題而提供一種電絕緣性小、材料之間團聚性低、振實密度高，可有效抑制鋰氟化碳電池體系放電初期的電壓滯後性、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。本發明為解決公知技術中存在的技術問題所採取的技術方案是—種鋰電池正極材料用氟化碳，包括氟化碳，其特點是所述氟化碳為氟化石墨 CFx與氟化碳納米管CFx的混合物。本發明還可以採用如下技術方案所述氟化石墨CFx與氟化碳納米管CFx的質量比例範圍為6 4至9. 5 0.5。
3、根據權利要求1所述的鋰電池正極材料用氟化碳，其特徵在於所述氟化石墨 CFx中的X = 0. 9 1. 0，所述氟化碳納米管CFx中的X = 0. 9 1. 1。本發明具有的優點和積極效果是本發明採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聚性；通過氟化碳納米管對電子和鋰離子快速遷移和傳導具有促進作用，提高了電子在材料顆粒間的傳遞和整體材料的振實密度，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明顯電壓滯後現象，提高了鋰氟化碳電池體系的倍率放電性能。


圖1是本發明與純氟化石墨、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。
具體實施例方式為能進一步了解本發明的發明內容、特點及功效，茲例舉以下實施例，並配合附圖 1-2詳細說明如下一種鋰電池正極材料用氟化碳，包括氟化碳。本發明的創新點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的質量比例範圍為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。本發明的製備步驟包括(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)製備鋰電池正極材料用氟化碳材料將質量比範圍為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置於球磨機中進行球磨混合，混合時間為2 3小時，有利於打破碳納米管之間的團聚， 提高其在氟化石墨中的分散性，取出後即為本發明鋰電池正極材料用氟化碳材料。實施例1將質量比為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，置於球磨機中進行2 3小時的球磨混合，取出後即製成本發明鋰電池正極材料用氟化碳材料；選取本發明氟化碳材料75-90克，與5-15克乙炔黑或SuperP的導電劑、5-10克聚偏二氟乙烯的粘接劑在攪拌機中攪拌混合3 5小時，形成漿料；將混合後的漿料塗在0. 02mm厚的鋁箔上，100 120°C烘乾0.5 1小時，輥壓厚度減少20% 40 %，按需要裁製成相應尺寸電極，將電極與金屬鋰配對製備出鋰氟化碳電池。實施例2將質量比為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，置於球磨機中進行2 3小時的球磨混合，取出後即製成本發明鋰電池正極材料用氟化碳材料；選取本發明氟化碳材料75-90克，與5-15克乙炔黑或Super P的導電劑、5-10克聚偏二氟乙烯的粘接劑在攪拌機中攪拌混合3 5小時，形成漿料；將混合後的漿料塗在0. 02mm厚的鋁箔上，100 120°C烘乾0.5 1小時，輥壓厚度減少20% 40 %，按需要裁製成相應尺寸電極，將電極與金屬鋰配對製備出鋰氟化碳電池。實施例3將質量比為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，置於球磨機中進行2 3小時的球磨混合，取出後即製成本發明鋰電池正極材料用氟化碳材料；選取本發明氟化碳材料75-90克，與5-15克乙炔黑或SuperP的導電劑、5-10克聚偏二氟乙烯的粘接劑在攪拌機中攪拌混合3 5小時，形成漿料；將混合後的漿料塗在0. 02mm厚的鋁箔上，100 120°C烘乾0.5 1小時，輥壓厚度減少20% 40 %，按需要裁製成相應尺寸電極，將電極與金屬鋰配對製備出鋰氟化碳電池。比較例1選取純氟化石墨75-90克，與5-15克乙炔黑或SuperP的導電劑、5_10克聚偏二氟乙烯的粘接劑混合3 5小時，形成漿料；將混合好的漿料塗在0. 02mm厚的鋁箔上，100 120°C烘乾0. 5 1小時，輥壓厚度減少20% 40%，按需要裁製成相應尺寸電極，將電極與金屬鋰配對製備出鋰氟化碳電池。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的導電劑、5_10 克聚偏二氟乙烯的粘接劑混合3 5小時，形成漿料；將混合好的漿料塗在0. 02mm厚的鋁箔上，100 120°C烘乾0.5 1小時，輥壓厚度減少20% 40%，按需要裁製成相應尺寸電極，將電極與金屬鋰配對製備出鋰氟化碳電池。如圖1所示，分別將上述實施例和比較例製備的鋰氟化碳電池進行0. IC放電測試比較，結果相對於純氟化石墨材料，本發明材料電壓滯後減少了 145mV，並且實施例3的克容量提高了 50mAh/g，實施例1的克容量提高了 129. 68mAh/g ；相對於純氟化碳納米管材料， 本發明材料電壓滯後減少160mV，實施例3的克容量提高了 48mAh/g，實施例1的克容量提高了 127. 68mAh/g0如圖2所示，分別將上述實施例和比較例製備的鋰氟化碳電池進行0. 5C放電測試比較，結果相對於純氟化石墨材料，本發明材料電壓滯後減少了 200mV，並且實施例3的克容量提高了 193. 87mAh/g、實施例1的克容量提高了沈0. 74mAh/g ；相對於純氟化碳納米管材料，本發明材料電壓滯後減少了 200mV，實施例3的克容量提高了 95. 15mAh/g，實施例1 的克容量提高了 162. 02mAh/g。表1列出了不同實施例和比較例製備出電池的放電倍率測試結果。表1不同實施例和比較例製備出電池的放電倍率測試結果材料質量比例C/10C/5C/2氟化石墨氟化碳納米管克容量(mAh/g) (2V終止電壓)實施例191829.68779. 45732. 14實施例282761. 29770.42692. 7實施例373750737. 5665. 27比較例1100700-471. 4比較例2010702-570.12 從表1的結果可以看出，本發明製備的氟化碳材料與單純的氟化石墨、氟化碳納米管材料相比，放電初期電壓滯後現象明顯得到改善，而且材料的克容量大幅度提高，有效提高了鋰氟化碳電池體系的倍率放電性能。從圖1和圖2可以看出，隨著放電倍率的提高， 改善效果越明顯。
權利要求
1.一種鋰電池正極材料用氟化碳，包括氟化碳，其特徵在於所述氟化碳為氟化石墨 CFx與氟化碳納米管CFx的混合物。
2.根據權利要求1所述的鋰電池正極材料用氟化碳，其特徵在於所述氟化石墨〔&與氟化碳納米管的質量比例範圍為6 4至9. 5 0.5。
3.根據權利要求1所述的鋰電池正極材料用氟化碳，其特徵在於所述氟化石墨CFx* 的X = 0. 9 1. 0，所述氟化碳納米管CFx中的X = 0. 9 1. 1。
全文摘要
本發明涉及一種鋰電池正極材料用氟化碳，包括氟化碳，其特點是所述氟化碳為氟化石墨CFX與氟化碳納米管CFX的混合物；所述氟化石墨CFX與氟化碳納米管CFX的質量比例範圍為6∶4至9.5∶0.5。本發明採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聚性；通過氟化碳納米管對電子和鋰離子快速遷移和傳導具有促進作用，提高了電子在材料顆粒間的傳遞和整體材料的振實密度，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明顯電壓滯後現象，提高了鋰氟化碳電池體系的倍率放電性能。
文檔編號H01M4/583GK102361084SQ201110304578
公開日2012年2月22日 申請日期2011年10月10日 優先權日2011年10月10日
發明者丁飛, 劉興江, 張晶 申請人:中國電子科技集團公司第十八研究所