一种改性氟化碳正极材料的制备方法与流程

本发明是属于锂电池材料技术领域，尤其是一种改性氟化碳正极材料的制备方法

技术背景：

锂一次电池具有许多优异的性能和特点，包括高电压、高比能量、工作温度范围宽广、长存储寿命等。目前常用的锂一次电池主要包括锂/二氧化锰电池、锂/亚硫酰氯电池、锂/氟化碳电池以及锂/二氧化硫电池。其中锂/氟化碳是理论比能量最高的体系，约为2180Wh·kg^-1，且由于其正极材料氟化碳化学和物理性质稳定，使得电池具有长的贮存寿命和好的高温性能。因此，作为锂/氟化碳电池重要组成部分的固体氟化碳材料的制备及改性成为人们关注的热点。

氟化碳是氟与碳在高温下直接反应而生成的化台物。当氟化碳作为电池正极材料时，其较低的电子电导率在电池放电时，会导致电池极化增大，引起电池内阻增加，影响电池放电性能，严重制约着锂/氟化碳电池的使用。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：提供一种改性的氟化碳正极材料的制备方法，该改性氟化碳材料电导率大，可有效改善锂/氟化碳电池放电初期电压滞后现象及倍率放电性能。

本发明为解决现有技术中存在的不足所采取的方案是：

一种改性氟化碳正极材料的制备方法，包括以下制备步骤：

（1）选取原材料：包括氟化碳，额外碳源，粘结剂；

（2）改性氟化碳正极材料制备：将氟化碳，额外碳源及粘结剂进行混合后，在氮气氛围下对材料进行碳热还原处理，降温后所得改性氟化碳正极材料。

氟化碳为氟化石墨、氟化碳纳米管何氟化石墨烯材料中的一种或几种，其氟碳比为0.7～1.0。

额外碳源为碳黑、科琴黑、柠檬酸、蔗糖和葡萄糖中的一种或几种。

粘结剂为聚四氟乙烯、丁苯橡胶、羧甲基纤维素钠和聚偏氟乙烯中的一种或几种。

氟化碳、额外碳源及粘结剂的质量比为（8～10）:（0～2）:（0～2）。

碳热还原反应温度为400℃～550℃。

碳热还原反应时间为2h～8h。

本发明的有益效果：利用碳热还原法处理氟化碳，提高材料的电子电导率，使锂氟化碳电池在放电时，内阻降低，极化现象减少，改善锂/氟化碳电池放电初期电压滞后现象及倍率放电性能。因此，本发明能够提供一种大电流放电能力强的一次电池，具有很大的工业和商业价值。

附图说明

图1为本发明与未经处理的氟化碳材料制备的电池0.1C放电曲线性能比较图；

图2为本发明与未经处理的氟化碳材料制备的电池1C放电曲线性能比较图。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，下面结合具体实施例，并配合附图1～2详细说明。

一种改性氟化碳正极材料的制备方法，包括以下制备步骤：

（1）选取原材料：包括氟化碳，额外碳源，粘结剂；

（2）改性氟化碳正极材料制备：按照一定比例将氟化碳，额外碳源及粘结剂进行混合后，在氮气氛围下对材料进行碳热还原处理一定时间，降温后所得材料为本发明中的改性氟化碳正极材料。

实施例1：将质量比为:9:0.7:0.3的氟化石墨，碳源及粘结剂进行碳热还原处理，反应温度为450℃，反应时间为4h，处理结束后即为本发明制备的改性氟化碳材料。选取本发明制备的改性氟化碳材料与导电剂粘结在铝集流体上涂覆制成正极。改性氟化碳材料的含量88%。导电剂的种类可以为导电碳黑、碳纳米管，导电剂的总含量为5%。粘结剂的种类为丁苯橡胶、羧甲基纤维素钠，含量为7%，将正极片与金属锂片配对组装成锂/氟化碳电池。

实施例2：将质量比为:8.5:1:0.5的氟化石墨，碳源及粘结剂进行碳热还原处理，反应温度为450℃，反应时间为4h，处理结束后即为本发明制备的改性氟化碳材料。选取本发明制备的改性氟化碳材料与导电剂粘结在铝集流体上涂覆制成正极。改性氟化碳材料的含量88%。导电剂的种类可以为导电碳黑、碳纳米管，导电剂的总含量为5%。粘结剂的种类为丁苯橡胶、羧甲基纤维素钠，含量为7%，将正极片与金属锂片配对组装成锂/氟化碳电池。

实施例3：将质量比为:8.5:1:0.5的氟化石墨，碳源及粘结剂进行碳热还原处理，反应温度为500℃，反应时间为4h，处理结束后即为本发明制备的改性氟化碳材料。选取本发明制备的改性氟化碳材料与导电剂粘结在铝集流体上涂覆制成正极。改性氟化碳材料的含量88%。导电剂的种类可以为导电碳黑、碳纳米管，导电剂的总含量为5%。粘结剂的种类为丁苯橡胶、羧甲基纤维素钠，含量为7%，将正极片与金属锂片配对组装成锂/氟化碳电池。

比较例1：将氟化石墨材料与导电剂粘结在铝集流体上涂覆制成正极。氟化石墨材料的含量88%。导电剂的种类可以为导电碳黑、碳纳米管，导电剂的总含量为5%。粘结剂的种类为丁苯橡胶、羧甲基纤维素钠，含量为7%，将正极片与金属锂片配对组装成锂/氟化碳电池。

如图1所示，分别将上述实施例与比较例制备的锂/氟化碳电池进行0.1C放电测试比较，相对于未处理的氟化石墨材料，本发明材料电压滞后减少0.35V，并且实施例2平台电压提高0.1V，材料克比容量几乎无损失。

如图2所示，分别将上述实施例与比较例制备的锂/氟化碳电池进行1C放电测试比较，相对于未处理的氟化石墨材料，本发明材料电压滞后减少0.4V，并且实施例2平台电压提高0.15V，材料克比容量几乎无损失。

从图1、图2中可以看出，使用本发明制备的氟化碳正极材料制备的锂/氟化碳电池放电初期电压滞后现象得到明显改善，平台电压有部分提升，且对材料的克比容量几乎无影响，随着放电倍率的增到，改善效果越明显。