CN102361084A - 一种锂电池正极材料用氟化碳 - Google Patents

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丁飞
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Abstract

本发明涉及一种锂电池正极材料用氟化碳，包括氟化碳，其特点是：所述氟化碳为氟化石墨CFX与氟化碳纳米管CFX的混合物；所述氟化石墨CFX与氟化碳纳米管CFX的质量比例范围为6∶4至9.5∶0.5。本发明采用氟化石墨与氟化碳纳米管的混合物作为电池用氟化碳正极材料，使氟化碳纳米管材料较好的分散在氟化石墨颗粒周围，有效消除了氟化碳纳米管材料的高团聚性；通过氟化碳纳米管对电子和锂离子快速迁移和传导具有促进作用，提高了电子在材料颗粒间的传递和整体材料的振实密度，减小了氟化石墨的电绝缘性，大幅度改善了电池放电初期出现明显电压滞后现象，提高了锂氟化碳电池体系的倍率放电性能。

Description

一种锂电池正极材料用氟化碳
技术领域
本发明属于锂电池材料技术领域，尤其是涉及一种锂电池正极材料用氟化碳。
背景技术
锂一次电池是当今广泛应用的一种高性能化学电源，锂一次电池具有较高的比能量和工作电压，目前广泛应用的锂一次电池包括锂-二氧化锰电池体系、锂-二氧化硫电池体系和锂-亚硫酰氯电池体系，其中锂-二氧化锰电池体系比能量超过250Wh/kg、工作电压＞2V。制备锂一次电池大多采用固体正极材料，因为该种材料保存相对容易、电极制备工艺简单，一直成为人们研究的对象。制备固体正极材料的氟化碳(CFX)以其质量比容量、理论重量比能量之高成为人们关注点之一。
目前公知的氟化碳是将碳粉与氟气反应形成的夹层化合物，不同的前驱体制备出的氟化碳性能不同，氟化石墨前驱体是石墨，氟化石墨属于氟化碳中的一种。氟化石墨由于氟具有很高的比容量，并且随着CFX中氟碳比X值的增加，材料的比容量也相应提高，可达0.86Ah/g，采用氟化石墨与金属锂制备的锂氟化碳电池重量比能量可达2180Wh/kg，但是氟化石墨的主要问题是具有电绝缘性，导致制备成的锂氟化碳电池体系在放电初期出现明显电压滞后明显的现象，然后随着反应产物导电碳的生成，放电电压才得到提高，因此单独采用氟化石墨作为电池正极材料，仅适用于中低倍率放电的锂氟化碳电池，并且电压平台低，材料有效利用率低。
另一种公知的氟化碳材料为氟化碳纳米管，其自身存在许多特殊的性质，比如氟化碳管的电性能可以通过C-F键的种类以及氟原子在碳管骨架中的位置调控，即制备不同氟碳比的氟化碳管调控其导电性，理论上可以实现从金属态到半导体态，再到绝缘态的转变。氟化碳纳米管属于纳米级别的物质，这种物质的优点就是颗粒尺寸小，对于电子和锂离子的快速迁移和传导具有促进作用。由于锂离子在固体中的迁移距离大大缩小，因此具有高倍率放电性能。但是单独采用氟化碳纳米管作为电池正极材料，由于材料为二维纳米结构，材料团聚性严重、密度较小，制备电极过程中粘接剂比例较高，成形性不好，单位体积材料含量低，制备出的锂氟化碳电池体积比能量过低。
发明内容
本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种电绝缘性小、材料之间团聚性低、振实密度高，可有效抑制锂氟化碳电池体系放电初期的电压滞后性、大幅提高锂氟化碳电池倍率放电性能的一种锂电池正极材料用氟化碳。
本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：
一种锂电池正极材料用氟化碳，包括氟化碳，其特点是：所述氟化碳为氟化石墨CFX与氟化碳纳米管CFX的混合物。
本发明还可以采用如下技术方案：
所述氟化石墨CFX与氟化碳纳米管CFX的质量比例范围为6∶4至9.5∶0.5。
3、根据权利要求1所述的锂电池正极材料用氟化碳，其特征在于：所述氟化石墨CFX中的X＝0.9～1.0，所述氟化碳纳米管CFX中的X＝0.9～1.1。
本发明具有的优点和积极效果是：
本发明采用氟化石墨与氟化碳纳米管的混合物作为电池用氟化碳正极材料，使氟化碳纳米管材料较好的分散在氟化石墨颗粒周围，有效消除了氟化碳纳米管材料的高团聚性；通过氟化碳纳米管对电子和锂离子快速迁移和传导具有促进作用，提高了电子在材料颗粒间的传递和整体材料的振实密度，减小了氟化石墨的电绝缘性，大幅度改善了电池放电初期出现明显电压滞后现象，提高了锂氟化碳电池体系的倍率放电性能。
附图说明
图1是本发明与纯氟化石墨、纯氟化碳纳米管制备的电池0.1C放电曲线性能比较图；
图2是本发明与纯氟化石墨、纯氟化碳纳米管制备的电池0.5C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，兹例举以下实施例，并配合附图1-2详细说明如下：
一种锂电池正极材料用氟化碳，包括氟化碳。
本发明的创新点是：所述氟化碳为氟化石墨CFX与氟化碳纳米管CFX的混合物；其中氟化石墨CFX与氟化碳纳米管CFX的质量比例范围为6∶4至9.5∶0.5；所述氟化石墨CFX中的X＝0.9～1.0，所述氟化碳纳米管CFX中的X＝0.9～1.1。
本发明的制备步骤包括：
(1)选取原材料：
选用X＝0.9～1.0的氟化石墨CFX和X＝0.9～1.1的氟化碳纳米管CFX；
(2)制备锂电池正极材料用氟化碳材料：
将质量比范围为6∶4至9.5∶0.5的步骤(1)中氟化石墨CFX和氟化碳纳米管CFX置于球磨机中进行球磨混合，混合时间为2～3小时，有利于打破碳纳米管之间的团聚，提高其在氟化石墨中的分散性，取出后即为本发明锂电池正极材料用氟化碳材料。
实施例1
将质量比为8∶2的氟化石墨CFX，其中：X＝0.9～1.0和氟化碳纳米管CFX，其中：X＝0.9～1.1，置于球磨机中进行2～3小时的球磨混合，取出后即制成本发明锂电池正极材料用氟化碳材料；选取本发明氟化碳材料75-90克，与5-15克乙炔黑或SuperP的导电剂、5-10克聚偏二氟乙烯的粘接剂在搅拌机中搅拌混合3～5小时，形成浆料；将混合后的浆料涂在0.02mm厚的铝箔上，100～120℃烘干0.5～1小时，辊压厚度减少20％～40％，按需要裁制成相应尺寸电极，将电极与金属锂配对制备出锂氟化碳电池。
实施例2
将质量比为9∶1的氟化石墨CFX，其中：X＝0.9～1.0和氟化碳纳米管CFX，其中：X＝0.9～1.1，置于球磨机中进行2～3小时的球磨混合，取出后即制成本发明锂电池正极材料用氟化碳材料；选取本发明氟化碳材料75-90克，与5-15克乙炔黑或Super P的导电剂、5-10克聚偏二氟乙烯的粘接剂在搅拌机中搅拌混合3～5小时，形成浆料；将混合后的浆料涂在0.02mm厚的铝箔上，100～120℃烘干0.5～1小时，辊压厚度减少20％～40％，按需要裁制成相应尺寸电极，将电极与金属锂配对制备出锂氟化碳电池。
实施例3
将质量比为7∶3的氟化石墨CFX，其中：X＝0.9～1.0和氟化碳纳米管CFX，其中：X＝0.9～1.1，置于球磨机中进行2～3小时的球磨混合，取出后即制成本发明锂电池正极材料用氟化碳材料；选取本发明氟化碳材料75-90克，与5-15克乙炔黑或SuperP的导电剂、5-10克聚偏二氟乙烯的粘接剂在搅拌机中搅拌混合3～5小时，形成浆料；将混合后的浆料涂在0.02mm厚的铝箔上，100～120℃烘干0.5～1小时，辊压厚度减少20％～40％，按需要裁制成相应尺寸电极，将电极与金属锂配对制备出锂氟化碳电池。
比较例1
选取纯氟化石墨75-90克，与5-15克乙炔黑或SuperP的导电剂、5-10克聚偏二氟乙烯的粘接剂混合3～5小时，形成浆料；将混合好的浆料涂在0.02mm厚的铝箔上，100～120℃烘干0.5～1小时，辊压厚度减少20％～40％，按需要裁制成相应尺寸电极，将电极与金属锂配对制备出锂氟化碳电池。
比较例2
选取纯氟化碳纳米管材料75-90克，与5-15克乙炔黑或Super P的导电剂、5-10克聚偏二氟乙烯的粘接剂混合3～5小时，形成浆料；将混合好的浆料涂在0.02mm厚的铝箔上，100～120℃烘干0.5～1小时，辊压厚度减少20％～40％，按需要裁制成相应尺寸电极，将电极与金属锂配对制备出锂氟化碳电池。
如图1所示，分别将上述实施例和比较例制备的锂氟化碳电池进行0.1C放电测试比较，结果相对于纯氟化石墨材料，本发明材料电压滞后减少了145mV，并且实施例3的克容量提高了50mAh/g，实施例1的克容量提高了129.68mAh/g；相对于纯氟化碳纳米管材料，本发明材料电压滞后减少160mV，实施例3的克容量提高了48mAh/g，实施例1的克容量提高了127.68mAh/g。
如图2所示，分别将上述实施例和比较例制备的锂氟化碳电池进行0.5C放电测试比较，结果相对于纯氟化石墨材料，本发明材料电压滞后减少了200mV，并且实施例3的克容量提高了193.87mAh/g、实施例1的克容量提高了260.74mAh/g；相对于纯氟化碳纳米管材料，本发明材料电压滞后减少了200mV，实施例3的克容量提高了95.15mAh/g，实施例1的克容量提高了162.02mAh/g。
表1列出了不同实施例和比较例制备出电池的放电倍率测试结果。
表1 不同实施例和比较例制备出电池的放电倍率测试结果
Figure BDA0000097462910000051
从表1的结果可以看出，本发明制备的氟化碳材料与单纯的氟化石墨、氟化碳纳米管材料相比，放电初期电压滞后现象明显得到改善，而且材料的克容量大幅度提高，有效提高了锂氟化碳电池体系的倍率放电性能。从图1和图2可以看出，随着放电倍率的提高，改善效果越明显。

Claims (3)

1.一种锂电池正极材料用氟化碳，包括氟化碳，其特征在于：所述氟化碳为氟化石墨CFX与氟化碳纳米管CFX的混合物。
2.根据权利要求1所述的锂电池正极材料用氟化碳，其特征在于：所述氟化石墨CFX与氟化碳纳米管CFX的质量比例范围为6∶4至9.5∶0.5。
3.根据权利要求1所述的锂电池正极材料用氟化碳，其特征在于：所述氟化石墨CFX中的X＝0.9～1.0，所述氟化碳纳米管CFX中的X＝0.9～1.1。
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