本发明涉及新材料技术领域，具体涉及一种氟化碳及其制备方法和在锂电池阴极材料、超级电容器上的应用。
背景技术：
在社会发展需求和潜在市场需求的推动下，基于新概念、新材料和新技术的化学电源新体系不断涌现。众所周知，电池是通过电化学氧化还原反应将活性物质内储存的化学能直接通过电子的转移转换成电能的装置。电池的输出电压和能量密度主要取决于正极和负极的反应活性物质，而电极反应活性物质的电负性是影响电池性能的最重要因素。
氟是非常独特的元素，位于元素周期表右上方，它赋予含氟材料和含氟化学品许多优异的性质和功能，在国防、信息、汽车和生命工程等高速发展的产业以及国民经济的各个领域，越来越起到材料支撑和联动作用，国家已将氟化工产业列为鼓励发展的高技术产业。
由于氟气有毒，且氧化性太强，所以一般采用氟化物作为正极材料，如氟化碳材料。氟化碳的制备方法主要有高温气相氟化法、低温氟化法、等离子体法和电解合成法等。目前具有产业化的方法为高温气相氟化法，由于此工艺是由活泼性极高的剧毒单质气体氟作为关键原料，且关于氟化碳材料的关键技术国外文献报道较少，因此合成氟化碳具有一定的危险性，制备难度较高。目前合成氟化碳的技术工艺主要掌握在日本、美国和俄罗斯，而在我国该领域起步较晚，属于新兴起的重要功能性高新技术领域。氟化碳材料是氟与碳直接在高温下反应生成的石墨插层化学物。碳材料的氟化要追溯到几十年前，从最早的氟化石墨到氟化富勒烯、氟化单壁碳纳米管、氟化多壁碳纳米管，再到氟化石墨烯。经过几十年的发展，已经获得了多种不同结构和不同物理化学性质的氟化碳材料。碳材料结构的不同，将导致氟化碳材料结构的不同，进而使其物理化学性能有所不同。研究发现，部分氟化和半离子化的氟化碳材料具有高于氟化石墨0.3~0.5v的高电压及高功率特性，此项研究最早可追溯到1989年法国科学家hamwi教授通过在f2+hf+if5混合体系下对石墨进行氟化，在室温条件下制备了具有高电压特性的氟化碳材料，但由于此工艺是在室温下制备的，所制备的氟化碳材料结构不稳定，储存性能较差，从而限制了其产业化发展，因此亟需开发一种具有产业化前景的制备具有高电压特性和结构稳定的氟化碳及其制备工艺。
技术实现要素：
针对上述技术问题,本发明的目的在于提供一种氟化碳及其制备方法和在锂电池、超级电容器上的应用，该制备方法简单，所制得的氟化碳具有较高电压特性，且其结构较为稳定，具有较好的产业化前景。
本发明的一个目的在于提供一种氟化碳，其具体技术方案如下：一种氟化碳，所述氟化碳由碳粉通过化学反应法对其进行氟化制备而得，所述碳粉中各元素的质量百分比分别为：c为80%～98%，n为0%～10%，h为0%～5%，o为0%～10%；优选为：c为85%～95%，n为0%～6%，h为0%～3%，o为0%～6%；更优选为：c为90%～95%，n为2%～6%，h为0%～3%，o为1%～5%。
进一步的，所制得的氟化碳中各元素的质量百分比分别为：c为35%～60%，f为40%～65%。
进一步的，所述化学反应法采用高温气相氟化法，也可以采用插层法、水热剥离法等。
本发明的另一目的在于提供一种制备上述氟化碳的制备方法，其技术方案如下：一种氟化碳的制备方法，包括如下步骤：
步骤1：将碳粉放入氟化设备中，其中，碳粉中各元素的质量百分比分别为：c为80%～98%，n为0%～10%，h为0%～5%，o为0%～10%；
步骤2：对氟化设备进行抽真空，使其真空度达到-0.01mpa，通入氟源，在400～700℃和100～500kpa下反应6～24h，即可得到氟化碳。
进一步的，所述氟源为氟气、氟气/惰性气体混合气、气相氟化物中的一种或多种。
进一步的，所述氟气的纯度为98%～99.9%。
进一步的，所述氟气/惰性气体混合气中的惰性气体为氮气、氦气、氩气中的一种或多种。
进一步的，所述气相氟化物优选为三氟化氮、三氟化硼或二氟化氙，也可以是三氟化磷、三氟化溴、三氯化磷、硫酰氟、亚硫酰氟等中的一种或多种。
本发明的又一目的在于提供，将所制得的氟化碳应用在锂电池阴极材料或超级电容器上，也可以应用在高温涂层、抗磨润滑涂层等方面。
采用上述技术手段，本发明具有以下有益效果：采用具有不同组分含量的碳粉（所含有的碳量较低）与氟源在一定的条件下进行反应制得氟化碳，此种制备方法简单，而且可获得较高电压特性和结构较为稳定的氟化碳，其作为锂电池阴极材料时，其放电电压平台大于2.9v（vs.li+/li），明显高于现有商品化氟化石墨的放电电压平台2.6v（vs.li+/li），具有很大的市场应用前景。
附图说明
图1为本发明采用氟化碳（c为44.1%，f为55.9%）为阴极制备锂电池的不同电流密度放电曲线；
其中，横坐标为比容量（specificcapacity/mah·g-1），纵坐标为电位potential，v(vs.li+/li)。
具体实施方式
下面结合一些具体实施例，对本发明做进一步说明。
实施例1
（1）将10g碳粉放入氟化设备，其c含量80%，n含量8%，h含量5%，o含量为7%；
（2）对氟化设备进行抽真空，使其真空度达到-0.01mpa，通入氟化气体三氟化氮，保持压强200kpa，在450℃条件下反应12h，得到13.9g氟化碳，其中c含量为57.6%，f含量为42.4%，放电电压平台为3.1v(vs.li+/li)。
实施例2
（1）将10g碳粉放入氟化设备，其c含量85%，n含量8%，h含量4%，o含量为3%；
（2）对氟化设备进行抽真空，使其真空度达到-0.01mpa，通入氟化气体三氟化氮，保持压强300kpa，在550℃条件下反应16h，得到17.4g氟化碳，其中c含量为48.8%，f含量为51.2%，放电电压平台为3.0v(vs.li+/li)。
实施例3
（1）将10g碳粉放入氟化设备，其c含量94%，n含量4%，h含量2%；
（2）对氟化设备进行抽真空，使其真空度达到-0.01mpa，通入氟化气体三氟化氮，保持压强400kpa，在600℃条件下反应16h，得到21.3g氟化碳，其中c含量为44.1%，f含量为55.9%，放电电压平台为3.0v(vs.li+/li)。
实施例4
（1）将10g碳粉放入氟化设备，其c含量95%，n含量4%，h含量1%；
（2）对氟化设备进行抽真空，使其真空度达到-0.01mpa，通入氟化气体nf3，保持压强500kpa，在650℃条件下反应24h，得到25.5g氟化碳，其中c含量为37.2%，f含量为62.8%，放电电压平台为2.9v(vs.li+/li)。
实施例5
（1）将10g碳粉放入氟化设备，其c含量80%，n含量5%，h含量5%，o含量为10%；
（2）对氟化设备进行抽真空，使其真空度达到-0.01mpa，通入氟气含量为20%的氟气/氩气混合气体，保持压强300kpa，在550℃条件下反应12h，得到13.9g氟化碳，其中c含量为57.4%，f含量为42.6%，放电电压平台为3.1v(vs.li+/li)。
实施例6
（1）将10g碳粉放入氟化设备，其c含量93%，n含量2%，h含量2%，o含量为3%；
（2）对氟化设备进行抽真空，使其真空度达到-0.01mpa，通入氟气含量为20%的氟气/氩气混合气体，保持压强300kpa，在600℃条件下反应12h，得到21.3g氟化碳，其中c含量为43.6%，f含量为56.4%，放电电压平台为3.1v(vs.li+/li)。
实施例7
（1）将10g碳粉放入氟化设备，其c含量90%，n含量5%，h含量2%，o含量为3%；
（2）对氟化设备进行抽真空，使其真空度达到-0.01mpa，通入纯度为99.9%的氟气，保持压强400kpa，在600℃条件下反应12h，得到21.1g氟化碳，其中c含量为42.7%，f含量为57.3%，放电电压平台为2.9v(vs.li+/li)。
实施例8
（1）将10g碳粉放入氟化设备，其c含量93%，n含量2%，h含量2%，o含量为3%；
（2）对氟化设备进行抽真空，使其真空度达到-0.01mpa，通入氟化含量为20%的氟气/氮气混合气体，保持压强500kpa，在700℃条件下反应12h，得到24.6g氟化碳，其中c含量为37.8%，f含量为62.2%，放电电压平台为2.9v(vs.li+/li)。
实施例9
（1）将10g碳粉放入氟化设备，其c为94%，n为3%，h为1%，o为2%；
（2）对氟化设备进行抽真空，使其真空度达到-0.01mpa，通入氟化气体三氟化氮，保持压强500kpa，在700℃条件下反应12h，得到26.7g氟化碳，其中c含量为35.2%，f含量为64.8%，放电电压平台为2.9v(vs.li+/li)。
实施例10
（1）将10g碳粉放入氟化设备，其c为94%，n为3%，h为1%，o为2%；
（2）对氟化设备进行抽真空，使其真空度达到-0.01mpa，通入氟化气体二氟化氙，保持压强500kpa，在600℃条件下反应12h，得到20.8g氟化碳，其中c含量为45.1%，f含量为54.9%，放电电压平台为3.0v(vs.li+/li)。
选取上述实施例3所制得的氟化碳进行性能测试，步骤如下：
（1）采用涂浆法来制备电极：按质量比计，称取氟化碳﹕乙炔黑﹕粘结剂=85﹕10﹕5，球磨混均，涂在处理过的铝箔上，于110℃烘干，在20mpa下压制成型。
（2）以上述制得的氟化碳电极为阴极，金属锂为阳极，cellgard2400为隔膜，电解液为1mol/llipf6的乙烯碳酸酯（ec）/碳酸二甲酯（dmc）溶液，组装成cr2025扣式电池，在land电池测试系统(武汉市蓝电电子有限公司)上进行恒电流电化学性能测试，放电截至电位为1.5v（vs.li+/li），测试结果分别如图1所示（图1为实施例3所制得的氟化碳的测试结果）。
从图1中，可得出结论：在电流密度为20ma/g条件下，具有2113wh/kg的比能量，已经接近氟化石墨的理论比能量2180wh/kg，其电压平台可达到3.0v，高于氟化石墨的2.6v；电流密度为2a/g条件下，具有1456wh/kg的比能量；从上述测试结果得出，通过上述方法制备的氟化碳具有较高的比能量和高比功率放电性能，较商业化的氟化石墨有明显的提升。
对其它实施例所制得的氟化碳也同样进行了相关性能的测试，结果都显示出比现有氟化石墨具有更高的电压平台、比能量和比功率。
尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。