CN109742354A - 一种氟化碳复合电极及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及化学电源技术领域，具体是一种氟化碳复合电极及其制备方法。本发明是一种氟化碳复合电极及其制备方法，通过热处理法将氟化石墨、硒粉、科琴黑制成氟化碳复合材料，并将其制备成电极，可结合多种材料的优点，提高正极的导电性，在提高锂氟化碳电池倍率性能的同时，拓宽电池的工作电压范围，提高电池低电压区的容量输出。
Description
技术领域
本发明涉及化学电源技术领域，具体是一种氟化碳复合电极及其制备方法。
背景技术
锂原电池由于工作电压高，比能量高，贮存寿命长等一系列优点，已经成为目前一次电池的研究热点，受到越来越多的关注。锂氟化碳电池比能量达到2180Wh/kg，是目前锂原电池中理论比能量最高的体系。此外，氟化碳正极材料化学和物理性质稳定，使得电池具有长的贮存寿命和较好的高温性能。
目前，由于氟化碳正极电子电导率低(10-9S/cm以上)，在电池放电时，会导致电池极化增大，引起电池内阻增加，存在放电初期电压滞后的问题，影响电池放电性能，严重制约着锂/氟化碳电池的使用。
因此，寻找一种能够在提高正极的导电性，提高锂氟化碳电池倍率性能的同时，改善电压滞后现象的氟化碳复合电极及其制备方法是当务之急。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供一种能够在提高正极的导电性，提高锂氟化碳电池倍率性能的同时，改善电压滞后现象的氟化碳复合电极及其制备方法，具体如下：
一种氟化碳复合电极的制备方法，包括如下步骤：
(1)取氟化石墨、硒粉、科琴黑；
(2)将氟化石墨、硒粉、科琴黑加入溶剂中，进行球磨混合均匀，经过抽滤、50-70℃烘干、研磨，得到氟化石墨、硒粉、科琴黑混合材料；
(3)将步骤(2)制备得到混合材料在惰性气体的保护下，加热，保温，制得氟化碳复合电极材料；
(4)将步骤(3)制得的氟化碳复合电极材料加入去离子水和羧甲基纤维素钠的混合溶液中，按顺序加入碳纳米管、超导炭黑和丁苯乳胶并搅拌，制成浆料；
(5)将制备好的浆料均匀涂覆在铝箔集流体上，60-80℃烘干，即得氟化碳复合电极。
优选的，所述氟化石墨、硒粉、科琴黑的质量比为(4:1:1)-(4:4:1)。
优选的，所述步骤(2)的烘干，是在60℃烘干。
优选的，所述步骤(2)中的溶剂，为去离子水和无水乙醇的混合溶剂，其中无水乙醇的质量占比为50％-80％。
优选的，所述步骤(2)中，球磨时间为0.5h-3h，球磨速度为200r/min-500r/min。
优选的，所述步骤(3)中，加热温度为200℃-300℃；升温速率为15℃/min-25℃/min；保温时间2h-3h。
优选的，所述步骤(3)中的加热，是采用管式炉加热。
优选的，所述步骤(4)，其中氟化碳复合电极材料、羧甲基纤维素钠、碳纳米管、超导炭黑、和丁苯乳胶的质量比例为85：2.5:：2：3：5；氟化碳复合电极材料与水的质量比为1：2。
优选的，所述步骤(5)的烘干，是在70℃下烘干。
硒，是目前极具潜力的一种锂电池正极材料，质量比容量为675mAh/g，体积比能量为3253mAh/cm3。硒的电导率达到10-5S/cm，电化学反应更加迅速，材料利用率高。
科琴黑是一种由极具原创性的特殊生产工艺所制得的炭黑。与普通的导电炭黑相比，科琴黑只需要极低的添加量就可以达到高导电性，所以科琴黑一直是导电炭黑中的极品，长期以来在市场中处于领先地位。特别适用于高端的锂电池，该产品在日本锂电池市场的占有率极高，尤其是日本的混合动力汽车的锂电池。科琴黑也可用于镍氢电池、干电池等其他类型的电池中提高产品的品质和耐久性，在超级电容器和许多导电、屏蔽材料中也有良好的应用效果。
本发明是一种氟化碳复合电极及其制备方法，通过热处理法将氟化石墨、硒粉、科琴黑制成氟化碳复合材料，并将其制备成电极，可结合多种材料的优点，提高正极的导电性，在提高锂氟化碳电池倍率性能的同时，改善电压滞后现象。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本申请结合氟化石墨的比容量高(875mAh/g，硒为675mAh/g)和硒材料的导电性好(10-5S/cm，氟化石墨为10-9S/cm以上)的优点，进行优势互补，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，提高电池倍率性能。
附图说明
图1是实施例1、实施例2和实施例3与对比例1的0.5C放电初期电压滞后现象的比较图。
图2是实施例1、实施例2和实施例3与对比例1的0.5C放电曲线性能比较图。
具体实施方式
下面结合具体的实施方式来对本发明的技术方案做进一步的限定，但要求保护的范围不仅局限于所作的描述。
实施例1
一种氟化碳复合电极，通过如下方法制备：
(1)取氟化石墨400g、硒粉400g、科琴黑100g；
(2)将氟化石墨、硒粉、科琴黑加入溶剂中，进行球磨混合均匀，球磨时间为2h，球磨速度为250r/min，经过抽滤、60℃烘干、研磨，得到氟化石墨、硒粉、科琴黑混合材料；
(3)将步骤(2)制备得到混合材料在惰性气体的保护下，用管式炉加热，保温，制得氟化碳复合电极材料，其中加热温度为250℃；升温速率为20℃/min；保温时间2.5h；
(4)将步骤(3)制得的氟化碳复合电极材料加入去离子水和羧甲基纤维素钠的混合溶液中，按顺序加入碳纳米管、超导炭黑和丁苯乳胶并搅拌，制成浆料，其中氟化碳复合电极材料、羧甲基纤维素钠、碳纳米管、超导炭黑、和丁苯乳胶的质量比例为85：2.5:：2：3：5；氟化碳复合电极材料与水的质量比为1：2；
(5)将制备好的浆料均匀涂覆在铝箔集流体上，70℃烘干，即得氟化碳复合电极。
所述步骤(2)中的溶剂，为去离子水和无水乙醇的混合溶剂，其中无水乙醇的质量占比为60％。
实施例2
一种氟化碳复合电极，通过如下方法制备：
(1)取氟化石墨400g、硒粉200g、科琴黑100g；
(2)将氟化石墨、硒粉、科琴黑加入溶剂中，进行球磨混合均匀，球磨时间为0.5h，球磨速度为500r/min，经过抽滤、50℃烘干、研磨，得到氟化石墨、硒粉、科琴黑混合材料；
(3)将步骤(2)制备得到混合材料在惰性气体的保护下，用管式炉加热，保温，制得氟化碳复合电极材料，其中加热温度为200℃；升温速率为15℃/min；保温时间3h；
(4)将步骤(3)制得的氟化碳复合电极材料加入去离子水和羧甲基纤维素钠的混合溶液中，按顺序加入碳纳米管、超导炭黑和丁苯乳胶并搅拌，制成浆料，其中氟化碳复合电极材料、羧甲基纤维素钠、碳纳米管、超导炭黑、和丁苯乳胶的质量比例为85：2.5:：2：3：5；氟化碳复合电极材料与水的质量比为1：2；
(5)将制备好的浆料均匀涂覆在铝箔集流体上，60℃烘干，即得氟化碳复合电极。
所述步骤(2)中的溶剂，为去离子水和无水乙醇的混合溶剂，其中无水乙醇的质量占比为50％。
实施例3
一种氟化碳复合电极，通过如下方法制备：
(1)取氟化石墨400g、硒粉100g、科琴黑100g；
(2)将氟化石墨、硒粉、科琴黑加入溶剂中，进行球磨混合均匀，球磨时间为3h，球磨速度为200r/min，经过抽滤、70℃烘干、研磨，得到氟化石墨、硒粉、科琴黑混合材料；
(3)将步骤(2)制备得到混合材料在惰性气体的保护下，用管式炉加热，保温，制得氟化碳复合电极材料，其中加热温度为300℃；升温速率为25℃/min；保温时间2h；
(4)将步骤(3)制得的氟化碳复合电极材料加入去离子水和羧甲基纤维素钠的混合溶液中，按顺序加入碳纳米管、超导炭黑和丁苯乳胶并搅拌，制成浆料，其中氟化碳复合电极材料、羧甲基纤维素钠、碳纳米管、超导炭黑、和丁苯乳胶的质量比例为85：2.5:：2：3：5；氟化碳复合电极材料与水的质量比为1：2；
(5)将制备好的浆料均匀涂覆在铝箔集流体上，80℃烘干，即得氟化碳复合电极。
所述步骤(2)中的溶剂，为去离子水和无水乙醇的混合溶剂，其中无水乙醇的质量占比为80％。
对比例1
(1)取700g氟化石墨材料作为电极材料；
(2)将氟化石墨材料加入去离子水和羧甲基纤维素钠的混合溶液中，按顺序加入碳纳米管、超导炭黑和丁苯乳胶并搅拌，制成浆料，其中氟化石墨材料、羧甲基纤维素钠、碳纳米管、超导炭黑、和丁苯乳胶的质量比例为85：2.5:：2：3：5；氟化石墨材料与水的质量比为1：2；
(3)将制备好的浆料均匀涂覆在铝箔集流体上，80℃烘干，即得氟化石墨复合电极。
将实施例1-3，对比例1得到的复合电极正极片分别与金属锂片配对组装成锂氟化碳电池，电解液体系为1mol/L LiPF6/EC:DMC:EMC。
分别将上述实施例1、实施例2和实施例3与对比例进行0.5C放电测试比较，电压滞后结果如图1所示，相对于未处理的氟化石墨材料，本发明材料电压滞后现象基本消除，说明对电池放电初期的功率性能有明显改善。放电曲线如图2所示，说明硒和科琴黑的加入在改善电池倍率性能的同时会在一定程度上影响电池的容量输出，需要在使用时根据实际情况调整各组分间的比例。
以上实施例仅是本发明较有代表性的例子。显然，本发明的技术方案并不限于上述实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种氟化碳复合电极的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)取氟化石墨、硒粉、科琴黑；
(2)将氟化石墨、硒粉、科琴黑加入溶剂中，进行球磨混合均匀，经过抽滤、50-70℃烘干、研磨，得到氟化石墨、硒粉、科琴黑混合材料；
(3)将步骤(2)制备得到混合材料在惰性气体的保护下，加热，保温，制得氟化碳复合电极材料；
(4)将步骤(3)制得的氟化碳复合电极材料加入去离子水和羧甲基纤维素钠的混合溶液中，按顺序加入碳纳米管、超导炭黑和丁苯乳胶并搅拌，制成浆料；
(5)将制备好的浆料均匀涂覆在铝箔集流体上，60-80℃烘干，即得氟化碳复合电极。
2.根据权利要求1所述的氟化碳复合电极的制备方法，其特征在于，所述氟化石墨、硒粉、科琴黑的质量比为(4:1:1)-(4:4:1)。
3.根据权利要求1所述的氟化碳复合电极的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)的烘干，是在60℃烘干。
4.根据权利要求1所述的氟化碳复合电极的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中的溶剂，为去离子水和无水乙醇的混合溶剂，其中无水乙醇的质量占比为50％-80％。
5.根据权利要求1所述的氟化碳复合电极的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，球磨时间为0.5h-3h，球磨速度为200r/min-500r/min。
6.根据权利要求1所述的氟化碳复合电极的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，加热温度为200℃-300℃；升温速率为15℃/min-25℃/min；保温时间2h-3h。
7.根据权利要求1所述的氟化碳复合电极的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中的加热，是采用管式炉加热。
8.根据权利要求1所述的氟化碳复合电极的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)，其中氟化碳复合电极材料、羧甲基纤维素钠、碳纳米管、超导炭黑、和丁苯乳胶的质量比例为85：2.5:：2：3：5；氟化碳复合电极材料与水的质量比为1：2。
9.根据权利要求1所述的氟化碳复合电极的制备方法，其特征在于，所述步骤(5)的烘干，是在70℃下烘干。
10.通过权利要求1-9所述的氟化碳复合电极的制备方法制备得到的氟化碳复合电极。
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