CN105655588B - 一种二氧化硅改性的氟化碳材料及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种二氧化硅改性的氟化碳材料及制备方法，属于电池技术领域。过程包括：(1)将一定量的表面活性剂加入到去离子水中，再加入氟化碳，搅拌4h，得到均匀的混合液；(2)将球形的纳米二氧化硅与氟化碳按一定的比例加入到(1)所得的混合液中，搅拌2h，得到混合物溶液；(3)将混合物溶液抽滤洗涤，烘干得到混合物粉末；(4)混合物粉末在惰性气氛下煅烧；(5)降至室温得到二氧化硅改性的氟化碳材料。利用二氧化硅改性的氟化碳，提高锂/氟化碳电池的放电电压平台，降低其内阻，提高其高倍率性能，减少电压滞后。因此发明能够提供一种高倍率下放电能力强的一次电池，具有很大的工业和商业价值。

Description

一种二氧化硅改性的氟化碳材料及制备方法
技术领域
本发明属于电池技术领域，特别是一种二氧化硅改性的氟化碳材料及制备方法。
背景技术
锂电池是上世纪70年代以后逐渐发展起来的新型电池，具有容量高、循环寿命长、低消耗、自放电小、无公害、无记忆效应、内阻小、污染少等优点。目前锂一次电池主要有锂二氧化锰电池、锂亚硫酰氯电池、锂氟化碳电池等，其中锂氟化碳电池是固体电池中理论比能量最高的电池，约为2180Wh/kg,并且具有储存寿命长、使用温度范围宽、对环境友好等优点，具有很好的应用前景。目前主要应用在军工、航天航空、精密医疗等领域。
目前锂/氟化碳电池存在的问题主要是放电平台电压低、高倍率性能差、放电过程中存在着严重的电压滞后。其中倍率性能差影响了锂氟化碳电池在高倍率用电设备中的应用。人们尝试了很多方法对氟化碳电池的性能进行改善。Lam等合成了导电性较好的半氟化的材料(x<1)提高倍率性能，但是这种方法牺牲了比容量。(参考文献Lam P,YazamiR.Physical characteristics and rate performance of(CFx)n(0.33<x<0.66)inlithium batteries[J].Journal of Power Sources,2006,153(2):354-359.)。Groult等在乙腈中用电化学沉积方法在CFx表面沉积聚吡咯，能量密度和功率密度有了明显提高，提高了锂氟化碳电池的倍率性能。(参考文献Groult H,Julien C M,Bahloul A,etal.Improvements of the electrochemical features of graphite fluorides inprimary lithium battery by electrodeposition of polypyrrole[J].Electrochemistry Communications,2011,13(10):1074-1076.)上述的改进方法在一定程度上提高了锂氟化碳电池的性能，但效果并不明显，因此并未得到实际应用。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种二氧化硅改性的氟化碳材料，该材料制备的电池的内阻较小，放电电压平台较高，并且具有较好的高倍率性能。
本发明的技术方案如下。
一种二氧化硅改性的氟化碳材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将一定量的表面活性剂加入到去离子水中，再加入氟化碳，搅拌至少4h，得到均匀的混合液；
(2)将球形的纳米二氧化硅加入到步骤(1)所得的混合液中，搅拌2h，得到混合物溶液；
(3)将混合物溶液进行抽滤洗涤，形成混合物，混合物烘干后得到混合物粉末。
(4)将混合物粉末置于气氛炉中，惰性气氛下，气氛炉以5℃/min的速度升温至500℃恒温，恒温中混合物粉末进行1h的煅烧，然后降至室温得到二氧化硅改性的氟化碳。
步骤(1)中优选每10ml水中对应0.01-0.02g表面活性剂、0.1-0.3g氟化碳。
所述的表面活性剂是十二烷基硫酸钠、十二烷基硫酸铵、十二烷基醇聚氧乙烯醚硫酸钠、十二烷基苯磺酸、十六烷基三甲基溴化铵等其中的一种。
球形的纳米二氧化硅的质量是氟化碳质量的3％-10％。
所述惰性气氛为氮气或氩气。
本发明的有益效果：利用二氧化硅改性的氟化碳，提高锂/氟化碳电池的放电电压平台，降低其内阻，提高其高倍率性能，减少电压滞后。因此发明能够提供一种高倍率下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为实施例1二氧化硅改性后的氟化碳材料制备的电池与纯氟化碳材料制备的电池放电曲线比较图，(a)2C下的放电曲线图。(b)5C下的放电曲线图。
图2为是会所了1二氧化硅改性后的氟化碳材料制备的电池与纯氟化碳材料制备的电池的交流阻抗曲线比较图。
图3为实施例2二氧化硅改性后的氟化碳材料制备的电池与纯氟化碳材料制备的电池放电曲线比较图，(a)2C下的放电曲线图。(b)5C下的放电曲线图。
具体实施方式
下面结合具体实施例和对比例对本发明进一步进行说明，但本发明并不限于以下实施例。
实施例1：
将一定量的表面活性剂加入到去离子水中，再加入氟化碳，搅拌4h，得到均匀的混合液，每10ml水中对应0.01g表面活性剂、0.2g氟化碳。
将球形的纳米二氧化硅与氟化碳按一定的比例加入到步骤3所得的混合液中，搅拌2h，得到混合物溶液。
将混合物溶液进行抽滤洗涤，形成混合物。
将混合物粉末置于气氛炉中，惰性气氛下，气氛炉以5℃/min的速度升温至500℃恒温，恒温中混合物粉末进行1h的煅烧。降至室温得到二氧化硅改性的氟化碳。
所述的表面活性剂是十二烷基硫酸钠。
所述球形的纳米二氧化硅的质量是氟化碳的3％。
所述惰性气氛为氮气。
采用实施例1制成的二氧化硅改性的氟化碳材料作为正极材料、乙炔黑为导电剂、PVDF为粘结剂，正极材料的配方按照质量比正极材料:导电剂:粘结剂＝80:10:10。按照上述比例称取正极材料和导电剂，在研钵中研磨均匀，加入10％的PVDF继续研磨得到混合成浆料，涂在铝箔上制备电极片。在氩气手套箱中组装锂电池，金属锂作为负极，玻璃纤维为隔膜，电解液为1mol/L LiPF6/EC:DMC(1:1,Vol)。再采用纯氟化碳材料为正极材料，其余与实施例1完全相同，进行另一组锂电池的组装。两组锂电池同时进行图1(a)25℃常温、2C条件下的放电测试。(b)25℃常温、5C条件下的放电测试。
从图1(a)和(b)以及图2可知，本发明二氧化硅改性的锂/氟化碳电池具有如下主要的显著技术效果：
如图1(a)和(b)所示：在放电过程中，本发明二氧化硅改性的氟化碳锂一次电池比纯氟化碳锂一次电池具有更高的放电电压平台，这说明本发明二氧化硅改性的锂/氟化碳电池在高倍率下极化现象较小。而且二氧化硅改性的氟化碳锂一次电池具有更高的比容量，因此本发明二氧化硅改性的氟化碳锂一次电池具有更好的高倍率性能。
如图2所示：本发明二氧化硅改性的氟化碳锂一次电池比纯氟化碳锂一次电池具有更低的电荷转移阻抗。
实施例2：
将一定量的表面活性剂加入到去离子水中，再加入氟化碳，搅拌4h，得到均匀的混合液，每10ml水中对应0.01g表面活性剂、0.2g氟化碳。
将球形的纳米二氧化硅与氟化碳按一定的比例加入到步骤3所得的混合液中，搅拌2h，得到混合物溶液。
将混合物溶液进行抽滤洗涤，形成混合物。
将混合物粉末置于气氛炉中，惰性气氛下，气氛炉以5℃/min的速度升温至500℃恒温，恒温中混合物粉末进行1h的煅烧。降至室温得到二氧化硅改性的氟化碳。
所述的表面活性剂是十六烷基三甲基溴化铵。
所述球形的纳米二氧化硅的质量是氟化碳的3％。
所述惰性气氛为氮气。
采用实施例2制成的二氧化硅改性的氟化碳材料作为正极材料、乙炔黑为导电剂、PVDF为粘结剂，正极材料的配方按照质量比正极材料:导电剂:粘结剂＝80:10:10。按照上述比例称取正极材料和导电剂，在研钵中研磨均匀，加入10％的PVDF继续研磨得到混合成浆料，涂在铝箔上制备电极片。在氩气手套箱中组装锂电池，金属锂作为负极，玻璃纤维为隔膜，电解液为1mol/L LiPF6/EC:DMC(1:1,Vol)。再采用纯氟化碳材料为正极材料，其余与实施例2完全相同，进行另一组锂电池的组装。两组锂电池同时进行图3(a)25℃常温、2C条件下的放电测试。(b)25℃常温、5C条件下的放电测试。
从图3(a)和(b)可知，本发明二氧化硅改性的锂/氟化碳电池具有如下主要的显著技术效果：
如图3(a)和(b)所示：在放电过程中，本发明二氧化硅改性的氟化碳锂一次电池比纯氟化碳锂一次电池具有更高的放电电压平台，这说明本发明二氧化硅改性的锂/氟化碳电池在高倍率下极化现象较小。而且二氧化硅改性的氟化碳锂一次电池具有更高的比容量，因此本发明二氧化硅改性的氟化碳锂一次电池具有更好的高倍率性能。
本发明的权利要求范围不限于上述实施例。

Claims (6)

1.一种二氧化硅改性的氟化碳材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将一定量的表面活性剂加入到去离子水中，再加入氟化碳，搅拌至少4h，得到均匀的混合液；
(2)将球形的纳米二氧化硅加入到步骤(1)所得的混合液中，搅拌2h，得到混合物溶液；
(3)将混合物溶液进行抽滤洗涤，形成混合物，混合物烘干后得到混合物粉末；
(4)将混合物粉末置于气氛炉中，惰性气氛下，气氛炉以5℃/min的速度升温至500℃恒温，恒温中混合物粉末进行1h的煅烧，然后降至室温得到二氧化硅改性的氟化碳。
2.按照权利要求1的制备方法，其特征在于，步骤(1)中每10ml水中对应0.01-0.02g表面活性剂、0.1-0.3g氟化碳。
3.按照权利要求1的制备方法，其特征在于，表面活性剂是十二烷基硫酸钠、十二烷基硫酸铵、十二烷基醇聚氧乙烯醚硫酸钠、十二烷基苯磺酸、十六烷基三甲基溴化铵其中的一种。
4.按照权利要求1的制备方法，其特征在于，球形的纳米二氧化硅的质量是氟化碳质量的3％-10％。
5.按照权利要求1的制备方法，其特征在于，所述惰性气氛为氮气或氩气。
6.按照权利要求1-5任一项所述方法制备得到的二氧化硅改性的氟化碳材料。
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