CN110783522B - 一种纳米材料修饰的氟化碳电极材料的制备方法 - Google Patents

一种纳米材料修饰的氟化碳电极材料的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110783522B
CN110783522B CN201911129524.XA CN201911129524A CN110783522B CN 110783522 B CN110783522 B CN 110783522B CN 201911129524 A CN201911129524 A CN 201911129524A CN 110783522 B CN110783522 B CN 110783522B
Authority
CN
China
Prior art keywords
carbon fluoride
modified
nanomaterial
electrode material
temperature
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201911129524.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN110783522A (zh
Inventor
张红梅
王振
陈铤
王建勇
陈晓涛
王庆杰
王华国
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Guizhou Meiling Power Supply Co Ltd
Original Assignee
Guizhou Meiling Power Supply Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Guizhou Meiling Power Supply Co Ltd filed Critical Guizhou Meiling Power Supply Co Ltd
Publication of CN110783522A publication Critical patent/CN110783522A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110783522B publication Critical patent/CN110783522B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/06—Electrodes for primary cells
    • H01M4/08—Processes of manufacture
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/58—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
    • H01M4/583—Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
    • H01M4/5835—Comprising fluorine or fluoride salts

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

本发明公开了一种纳米材料修饰的氟化碳电极材料的制备方法，将介质和氟化碳混合，加入镍铁合金混合，再加入纳米材料反应后，经晾干、真空干燥、研磨后，在氩气气氛下煅烧，冷却至室温，再经研磨、过100～200目筛后，制得所述纳米材料修饰的氟化碳电极材料；所述纳米材料和氟化碳按照质量比＝(0.5～5):100组成，本申请采用纳米材料对氟化碳材料进行修饰改性，纳米材料均匀地分布在氟化碳材料表面，增加了氟化碳材料的导电性，有效改善了氟化碳材料的电压滞后以及低温性能的问题，提高了锂氟化碳电池的倍率性能。

Description

一种纳米材料修饰的氟化碳电极材料的制备方法
技术领域
本发明属于锂一次电池生产加工技术领域，尤其涉及一种纳米材料修饰的氟化碳电极材料的制备方法。
背景技术
锂一次电池(primary lithium battery)，是一种高能化学原电池，俗称锂电池。以金属锂为负极，固体盐类或溶于有机溶剂的盐类为电解质，金属氧化物或其他固体、液体氧化剂为正极活性物。通用的圆形锂二氧化锰(Li/MnO2)电池和锂氟化碳〔Li/(CFx)n〕电池分别用字母CR和BR表示，其后的数字表示电池的型号。锂一次电池是这一类以使用金属锂为负极材料的化学电源系列的总称。
锂氟化碳电池是高能量密度一次电池，实用比能量可以达到250～700Wh/kg，是干电池的数倍，且电池很容易做到小型化和轻型化。由于氟化碳材料非常稳定，因而锂氟化碳电池高温下容量保持率较高，基本不会衰减。氟化碳是各种形态的碳和氟气反应所形成的化合物，这种物质虽然具有电化学活性，但在有机电解质中的化学稳定性却很高，温度高达500℃时也不会热分解，因而具有长的贮存寿命和良好的高温性能。此外该体系电池所用的正极材料氟化碳还具有如下优势：1)放点平台平稳，工作温度范围广(可满足-40～135℃的使用要求)；2)电势高，自放电低(≤1％/年)；3)理论比容量高，当氟碳比x＝1时其理论比容量高达865mAh·g-1，约为锂二次电池正极材料中磷酸铁锂比容量(170mAh·g-1)和三元材料比容量(～280mAh·g-1)的3～5倍；4)安全性好、绿色环保；锂氟化碳电池易于实现小型化和轻质化，同时兼具安全性高、储存寿命长(>10年)等优势，能够满足高层次民用和军用电源的需求，广泛应用于心脏起搏器、特种机床、电子射频识别系统、导弹点火系统、飞机、小卫星或太空武器等机动变轨发射，动能拦截弹、空间站等多种民用及军事领域。然而，氟化碳正极材料也存在一些难以克服的缺陷，具体如下：1)氟化碳正极材料的比容量由氟含量决定，氟含量越高则材料的理论比容量越高，但氟含量又会制约正极材料的电子导电性；比如当氟碳比接近1时，氟化碳相当于电子绝缘体，因此，通常情况下锂氟化碳电池的比容量与倍率性能是相互制约的，二者难以同时达到最优。2)氟化碳正极材料较低的电子导电性和缓慢的电极反应动力学会引起电池电压滞后以及较差的低温性能；3)锂/氟化碳电池在放电过程中产热明显，直接影响电池组的设计、使用、安全性以及电源系统的设计；4)低电流密度下容量性能低，容量损耗大。
专利申请CN104577107A，公开了一种氟化碳材料的表面修饰方法；该方法的制备步骤包括：将纳米铜和氟化碳混合，再加入溶剂球磨后形成混合浆料；混合浆料干燥，形成混合物；将混合物过筛，得到混合物粉末；将混合物过筛，得到混合物粉末；将混合物粉末置入气氛炉中煅烧；取出煅烧后的混合物粉末，降至室温后，过筛，即形成经纳米铜修饰的氟化碳材料。该方法通过将氟化碳与具有很好的导电性纳米铜混合后，惰性气氛中高温煅烧后，纳米铜在氟化碳表面反应，明显改善了氟化碳电压滞后现象，提高了大倍率性能和低温性能。该专利虽然改善了氟化碳的电压滞后，但制备的电池0.1C倍率只将氟化碳材料的初始放电电压由2.35V提高到2.49V，平台电压由2.49V提高到2.52V，改善效果不明显。
随着便携电子设备、精密医疗、浮空器及航空航天等领域技术的飞速发展，迫切需求高功率、高比能量、高安全性的锂一次化学电源。目前锂氟化碳电池存在着严重的电压滞后的技术难题。因导电聚合物具有良好的稳定性和导电性，国内外学者纷纷采用导电聚吡咯、聚苯胺和聚噻吩等对氟化碳材料进行改性，但是效果都不太尽如人意。
发明内容
本发明为解决上述技术问题，提供了一种纳米材料修饰的氟化碳电极材料的制备方法。本申请采用纳米材料对氟化碳材料进行修饰改性，利用分散-煅烧方使得纳米材料均匀地包覆在氟化碳材料表面，增加了氟化碳材料的导电性，有效改善了氟化碳材料的电压滞后、低温性能、容量损耗大的问题，提高了锂氟化碳电池的倍率性能；与聚苯胺、聚噻吩等导电聚合物包覆改性氟化碳材料的方法相比，本发明的技术方案没有采用有毒有害的物质，属于一种环境友好型材料。
为了能够达到上述所述目的，本发明采用以下技术方案：
一种纳米材料修饰的氟化碳电极材料的制备方法，该方法为分散-煅烧法，包括以下步骤：
步骤1：将介质和氟化碳按照质量比＝(2～3):1的比例加入高速离心分散罐中，让物料在高速离心分散罐中以2000～3000r/min的转速分散10～30min，然后加入氟化碳质量5-10％的镍铁合金，在高速离心分散罐中以2000～3000r/min的转速分散5～15min；
步骤2：向高速离心分散罐中加入银纳米材料，让物料在高速离心分散罐中以3000～3500r/min的转速分散1～2h，再置于超声波分散仪中超声分散5-10min，得到浆料；
步骤3：将步骤2得到的浆料室温晾干后，置于微波反应器中于功率为200～500W作用下加热浆料，待浆料升温至70～80℃时保温1～3min，再在30～40℃的真空环境下真空干燥8～12h，得到混合物；
步骤4：将步骤3所得的混合物研磨至过100～200目筛，得到混合物粉末；
步骤5：将步骤4所得的混合物粉末在氩气气氛下煅烧1～12h，升温速度为5～10℃/min，煅烧温度为300～450℃；
步骤6：将步骤5煅烧完成后的物料以10～20℃/min的速度冷却至室温，经研磨、过100～200目筛后，得到所述纳米材料修饰的氟化碳电极材料。
进一步地，在步骤1，所述介质为乙醇、丙酮按质量比(7～10):1组成。
进一步地，在步骤2，所述超声分散的工作条件：频率55～65kHz，功率200～300W。
进一步地，在步骤1，所述镍铁合金的粒径为纳米级。
进一步地，在步骤2，所述银纳米材料是用环糊精改性银粉后制成直径为10～100nm的纳米材料，具体方法为：1)取环糊精置于温度为40～50℃的蒸馏水中混合均匀，配制成质量浓度为20～30％的溶液，向溶液中加入环糊精质量(0.8～1.3)倍的银粉，在40～50℃恒温条件下搅拌反应45～60min，然后低温静置3～5h，过滤、洗涤，干燥，研磨至直径为10～100nm即可。
进一步地，所述低温静置的温度为0～4℃。
进一步地，在步骤2，所述银纳米材料和氟化碳材料的质量比＝(0.5～5):100。
进一步地，在步骤3，所述真空干燥的真空度为-0.08kPa～-0.09kPa。
进一步地，一种纳米材料修饰的氟化碳电极的制备方法，包括以下步骤：
(1)和浆：按照质量比称取超导碳、石墨烯、科琴黑、CMC、SBR、溶剂和纳米材料修饰的氟化碳电极材料，将所有原料混合，搅拌均匀，制成混合浆料；
(2)涂覆：将上述所得混合浆料均匀涂覆在铝箔两面，置于70～90℃烘箱中干燥30～60min，得到纳米材料修饰的氟化碳极片；
(3)热碾压：将上述纳米材料修饰的氟化碳极片进行热碾压，得到所述纳米材料修饰的氟化碳电极。
进一步地，所述超导碳、石墨烯、科琴黑、CMC、SBR、溶剂和纳米材料修饰的氟化碳电极材料的质量比＝(0.02～0.03):(0.01～0.02):(0.02～0.03):(0.02～0.03):(0.03～0.04):(1.8～2.2):(0.85～0.90)。
进一步地，在步骤(1)，所述搅拌的速度为300～500r/min，时间为65～100min。
进一步地，在步骤(2)，所述混合浆料涂覆在铝箔上的密度为2.0～3.3g/100cm2。
进一步地，在步骤(3)，所述热碾压的温度为35～50℃，厚度为0.15～0.19mm。
进一步地，所述超导碳、石墨烯、科琴黑、CMC、SBR、溶剂和纳米材料修饰的氟化碳电极材料的质量比＝0.03:0.01:0.02:0.02:0.03:(1.9～2.1):(0.86～0.89)。
进一步地，所述超导碳、石墨烯、科琴黑、CMC、SBR、溶剂和纳米材料修饰的氟化碳电极材料的质量比＝0.02:0.02:0.03:0.03:0.04:2.0:0.87。
由于本发明采用了以上技术方案，具有以下有益效果：
(1)本申请采用导电性较好的纳米材料对氟化碳材料进行修饰改性，纳米材料均匀地分布在氟化碳材料表面，增加了氟化碳材料的导电性，有效改善了氟化碳材料的电压滞后问题，提高了氟化碳材料的倍率性能。
(2)本申请纳米材料修饰的氟化碳电极材料与常见的二氧化锰、偏钒酸银修饰的氟化碳电极材料不同之处在于，二氧化锰、偏钒酸银修饰的氟化碳电极提高导电性的方式相当于复合电极的协同反应，而本申请通过在氟化碳材料表面包覆少量的纳米材料，增加氟化碳材料的导电性，从而解决氟化碳电极电压滞后的问题。
(3)将本申请纳米材料修饰的氟化碳电极材料应用于锂氟化碳电池中，有效地改善了氟化碳电极的电压滞后，提高了电极的平台电压，效果显著。将氟化碳电极的低波电压由2.35V，提高到2.5V，提升了6％；平台电压由2.5V提高到2.8V以上，提升了12％。相对现有技术的氟化碳电极，电压滞后和平台电压大大提高，极大地改善了氟化碳材料的放电性能。
(4)本申请中将氟化碳分散后，先加入镍铁合金进行再分散，利用机械力和溶液的反作用力，使得氟化碳和镍铁合金之间的距离极近，再加入银纳米材料进行分散，使得银纳米材料能够将镍铁合金进行包覆的同时，与氟化碳形成贴合，再进行超声波分散，利用电磁波吸收材料以及超声波空化作用，使得氟化碳表面的绝缘氟化层受到一定破坏，进而使得银粉能够嵌入，再利用微波独特的热效应和非热效应，使得环糊精结构与镍铁合金均匀地分布在氟化碳表面，利用镍铁合金和环糊精的吸波能力，还提高了电磁屏蔽效能，进而有效解决了容量损耗的问题；同时，本申请通过对超声波分散与微波处理的参数控制，使得银粉能够均匀地、稳固地嵌入氟化碳表面，还防止了对氟化碳的严重破坏，使得氟化碳的导电性不受影响。
(5)本申请中氟化碳电极表面通过环糊精结构连接了镍铁合金，镍铁合金的介电常数相对较高，提高了诱电率，有助于解决了电压滞后的问题，同时利用镍铁合金的特性，还改善了电极的低温性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实例或现有技术中的技术方案，下面将对实施实例或现有技术描述中所需要的附图做简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图：
图1为本申请实施例1所得的纳米材料修饰的氟化碳电极材料在25℃下与对比例1的放电曲线；
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，但本发明并不局限于这些实施方式，任何在本实施例基本精神上的改进或代替，仍属于本发明权利要求所要求保护的范围。
实施例1
一种纳米材料修饰的氟化碳电极材料的制备方法，该方法为分散-煅烧法，包括以下步骤：
步骤1：将介质和氟化碳按照质量比＝2:1的比例加入高速离心分散罐中，让物料在高速离心分散罐中以2500r/min的转速分散20min，然后加入氟化碳质量5-10％的镍铁合金，在高速离心分散罐中以2500r/min的转速分散10min；所述介质为乙醇、丙酮按质量比8：1组成；所述镍铁合金的粒径为纳米级。
步骤2：向高速离心分散罐中加入银纳米材料，让物料在高速离心分散罐中以3000r/min的转速分散1.5h，再置于超声波分散仪中超声分散8min，得到浆料；所述银纳米材料和氟化碳材料的质量比＝0.5:100；所述银纳米材料的直径为50nm；所述超声分散的工作条件：频率60kHz，功率250W；所述银纳米材料是用环糊精改性银粉后制成直径为150nm的纳米材料，具体方法为：1)取环糊精置于温度为45℃的蒸馏水中混合均匀，配制成质量浓度为25％的溶液，向溶液中加入环糊精质量1倍的银粉，在45℃恒温条件下搅拌反应50min，然后低温静置4h，过滤、洗涤，干燥，研磨至直径为50nm即可；所述低温静置的温度为2℃；
步骤3：将步骤2得到的浆料室温晾干后，置于微波反应器中于功率为350W作用下加热浆料，待浆料升温至75℃时保温2min，再在35℃的真空环境下真空干燥10h，得到混合物；所述真空干燥的真空度为-0.08kPa；
步骤4：将步骤3所得的混合物研磨至过100目筛，得到混合物粉末；
步骤5：将步骤4所得的混合物粉末在氩气气氛下煅烧5h，升温速度为5℃/min，煅烧温度为300℃；
步骤6：将步骤5煅烧完成后的物料以10℃/min的速度冷却至室温，经研磨、过100目筛后，得到所述纳米材料修饰的氟化碳电极材料。
一种纳米材料修饰的氟化碳电极的制备方法，包括以下步骤：
(1)和浆：按照质量比称取超导碳、石墨烯、科琴黑、CMC、SBR、溶剂和纳米材料修饰的氟化碳电极材料，将所有原料混合，搅拌均匀，制成混合浆料；所述搅拌的速度为300～500r/min，时间为65～100min；
(2)涂覆：将上述所得混合浆料均匀涂覆在铝箔两面，置于70～90℃烘箱中干燥30～60min，得到纳米材料修饰的氟化碳极片；所述混合浆料涂覆在铝箔上的密度为2.0～3.3g/100cm2；
(3)热碾压：将上述纳米材料修饰的氟化碳极片进行热碾压，得到所述纳米材料修饰的氟化碳电极；所述热碾压的温度为35～50℃，厚度为0.15～0.19mm。
进一步地，所述超导碳、石墨烯、科琴黑、CMC、SBR、溶剂和纳米材料修饰的氟化碳电极材料的质量比＝(0.02～0.03):(0.01～0.02):(0.02～0.03):(0.02～0.03):(0.03～0.04):(1.8～2.2):(0.85～0.90)。
实施例2
一种纳米材料修饰的氟化碳电极材料的制备方法，该方法为分散-煅烧法，包括以下步骤：
步骤1：将介质和氟化碳按照质量比＝3:1的比例加入高速离心分散罐中，让物料在高速离心分散罐中以3000r/min的转速分散30min，然后加入氟化碳质量10％的镍铁合金，在高速离心分散罐中以3000r/min的转速分散15min；所述介质为乙醇、丙酮按质量比10:1组成；所述镍铁合金的粒径为纳米级；
步骤2：向高速离心分散罐中加入银纳米材料，让物料在高速离心分散罐中以3500r/min的转速分散2h，再置于超声波分散仪中超声分散10min，得到浆料；所述因纳米材料和氟化碳材料的质量比＝5:100；所述纳米材料的直径为100nm；所述超声分散的工作条件：频率65kHz，功率300W；所述银纳米材料是用环糊精改性银粉后制成直径为100nm的纳米材料，具体方法为：1)取环糊精置于温度为50℃的蒸馏水中混合均匀，配制成质量浓度为30％的溶液，向溶液中加入环糊精质量1.3倍的银粉，在50℃恒温条件下搅拌反应60min，然后低温静置5h，过滤、洗涤，干燥，研磨至直径为100nm即可；所述低温静置的温度为4℃；
步骤3：将步骤2得到的浆料室温晾干后，置于微波反应器中于功率为500W作用下加热浆料，待浆料升温至80℃时保温3min，再在40℃的真空环境下真空干燥12h，得到混合物；所述真空干燥的真空度为-0.09kPa；
步骤4：将步骤3所得的混合物研磨至过200目筛，得到混合物粉末；
步骤5：将步骤4所得的混合物粉末在氩气气氛下煅烧12h，升温速度为10℃/min，煅烧温度为450℃；
步骤6：将步骤5煅烧完成后的物料以20℃/min的速度冷却至室温，经研磨、过200目筛后，得到所述纳米材料修饰的氟化碳电极材料。
采用本实施例纳米材料修饰的氟化碳电极材料制备纳米材料修饰的氟化碳电极的方法与实施例1相同。
实施例3
一种纳米材料修饰的氟化碳电极材料的制备方法，该方法为分散-煅烧法，包括以下步骤：
步骤1：将介质和氟化碳按照质量比＝2:1的比例加入高速离心分散罐中，让物料在高速离心分散罐中以2000r/min的转速分散10min，然后加入氟化碳质量5％的镍铁合金，在高速离心分散罐中以2000r/min的转速分散5min；所述介质为乙醇、丙酮按质量比7:1组成；所述镍铁合金的粒径为纳米级；
步骤2：向高速离心分散罐中加入银纳米材料，让物料在高速离心分散罐中以3000r/min的转速分散1h，再置于超声波分散仪中超声分散5min，得到浆料；所述银纳米材料和氟化碳材料的质量比＝0.5:100；所述银纳米材料的直径为10nm；所述超声分散的工作条件：频率55kHz，功率200W；所述银纳米材料是用环糊精改性银粉后制成直径为10nm的纳米材料，具体方法为：1)取环糊精置于温度为40℃的蒸馏水中混合均匀，配制成质量浓度为30％的溶液，向溶液中加入环糊精质量0.8倍的银粉，在40℃恒温条件下搅拌反应45min，然后低温静置3h，过滤、洗涤，干燥，研磨至直径为10nm即可；所述低温静置的温度为0℃；
步骤3：将步骤2得到的浆料室温晾干后，置于微波反应器中于功率为200W作用下加热浆料，待浆料升温至70℃时保温1min，再在30℃的真空环境下真空干燥8h，得到混合物；所述真空干燥的真空度为-0.08kPa；
步骤4：将步骤3所得的混合物研磨至过100目筛，得到混合物粉末；
步骤5：将步骤4所得的混合物粉末在氩气气氛下煅烧1h，升温速度为5℃/min，煅烧温度为300℃；
步骤6：将步骤5煅烧完成后的物料以10℃/min的速度冷却至室温，经研磨、过100目筛后，得到所述纳米材料修饰的氟化碳电极材料。
采用本实施例纳米材料修饰的氟化碳电极材料制备纳米材料修饰的氟化碳电极的方法与实施例1相同。
实施例4
一种纳米材料修饰的氟化碳电极材料的制备方法，该方法为分散-煅烧法，包括以下步骤：
步骤1：将介质和氟化碳按照质量比＝2.2:1的比例加入高速离心分散罐中，让物料在高速离心分散罐中以2200r/min的转速分散15min，然后加入氟化碳质量7％的镍铁合金，在高速离心分散罐中以2200r/min的转速分散12min；所述介质为乙醇、丙酮按质量比9:1组成；所述镍铁合金的粒径为纳米级；
步骤2：向高速离心分散罐中加入银纳米材料，让物料在高速离心分散罐中以3100r/min的转速分散1.2h，再置于超声波分散仪中超声分散7min，得到浆料；所述银纳米材料为纳米银；所述银纳米材料和氟化碳材料的质量比＝1:100；所述银纳米材料的直径为20nm；所述超声分散的工作条件：频率62kHz，功率280W；所述银纳米材料是用环糊精改性银粉后制成直径为20nm的纳米材料，具体方法为：1)取环糊精置于温度为48℃的蒸馏水中混合均匀，配制成质量浓度为25％的溶液，向溶液中加入环糊精质量1.1倍的银粉，在48℃恒温条件下搅拌反应45min，然后低温静置3h，过滤、洗涤，干燥，研磨至直径为20nm即可；所述低温静置的温度为2℃；
步骤3：将步骤2得到的浆料室温晾干后，置于微波反应器中于功率为400W作用下加热浆料，待浆料升温至76℃时保温2min，再在32℃的真空环境下真空干燥9h，得到混合物；所述真空干燥的真空度为-0.09kPa；
步骤4：将步骤3所得的混合物研磨至过120目筛，得到混合物粉末；
步骤5：将步骤4所得的混合物粉末在氩气气氛下煅烧3h，升温速度为6℃/min，煅烧温度为350℃；
步骤6：将步骤5煅烧完成后的物料以12℃/min的速度冷却至室温，经研磨、过120目筛后，得到所述纳米材料修饰的氟化碳电极材料。
采用本实施例纳米材料修饰的氟化碳电极材料制备纳米材料修饰的氟化碳电极的方法与实施例1相同。
实施例5
一种纳米材料修饰的氟化碳电极材料的制备方法，该方法为分散-煅烧法，包括以下步骤：
步骤1：将介质和氟化碳按照质量比＝2.9:1的比例加入高速离心分散罐中，让物料在高速离心分散罐中以2900r/min的转速分散25min，然后加入氟化碳质量9％的镍铁合金，在高速离心分散罐中以2900r/min的转速分散7min；所述介质为乙醇、丙酮按质量比7:1组成；所述镍铁合金的粒径为纳米级；
步骤2：向高速离心分散罐中加入银纳米材料，让物料在高速离心分散罐中以3400r/min的转速分散1.9h，再置于超声波分散仪中超声分散9min，得到浆料；所述银纳米材料和氟化碳材料的质量比＝4.5:100；所述银纳米材料的直径为90nm；所述超声分散的工作条件：频率57kHz，功率210W；所述银纳米材料是用环糊精改性银粉后制成直径为90nm的纳米材料，具体方法为：1)取环糊精置于温度为43℃的蒸馏水中混合均匀，配制成质量浓度为25％的溶液，向溶液中加入环糊精质量0.9倍的银粉，在43℃恒温条件下搅拌反应45min，然后低温静置4h，过滤、洗涤，干燥，研磨至直径为90nm即可；所述低温静置的温度为3℃；
步骤3：将步骤2得到的浆料室温晾干后，置于微波反应器中于功率为270W作用下加热浆料，待浆料升温至73℃时保温2min，再在39℃的真空环境下真空干燥11h，得到混合物；所述真空干燥的真空度为-0.09kPa；
步骤4：将步骤3所得的混合物研磨至过190目筛，得到混合物粉末；
步骤5：将步骤4所得的混合物粉末在氩气气氛下煅烧9h，升温速度为9℃/min，煅烧温度为400℃；
步骤6：将步骤5煅烧完成后的物料以19℃/min的速度冷却至室温，经研磨、过180目筛后，得到所述纳米材料修饰的氟化碳电极材料。
采用本实施例纳米材料修饰的氟化碳电极材料制备纳米材料修饰的氟化碳电极的方法与实施例1相同。
对比例1
与本申请实施例1不同之处在于：氟化碳电极材料不含有纳米材料，其中修饰氟化碳材料采用普通氟化碳电极材料代替，其他条件不变。
对比例2
与本申请实施例1不同之处在于：纳米材料修饰的氟化碳电极材料的制备方法中步骤1不包括“然后加入氟化碳质量5-10％的镍铁合金，在高速离心分散罐中以2500r/min的转速分散10min”。
对比例3
与本申请实施例1不同之处在于：纳米材料修饰的氟化碳电极材料的制备方法中步骤2不包括“再置于超声波分散仪中超声分散8min”。
对比例4
与本申请实施例1不同之处在于：银纳米材料为纳米银。
对比例5
与本申请实施例1不同之处在于：纳米材料修饰的氟化碳电极材料的制备方法中步骤3不包括“置于微波反应器中于功率为350W作用下加热浆料，待浆料升温至75℃时保温2min”。
试验例1
将实施例1和对比例1方法制得的氟化碳电极作为电池正电极，采用金属锂作为负电极，在空气相对湿度为1％的干燥房中组装成锂电池，采电极用LiPF6/EC:DMC:EMC＝1:1:1且浓度为1mol/L的电解液进行电解实验。
将实施例1和对比例1两组锂电池同时进行25℃、0.2C倍率的放电测试，实验结果如图1所示。从图1中明显观察到，在25℃、0.2C倍率时，对比例1制得的氟化碳电极的低波电压为2.35V；而本申请实施例1制得的氟化碳电极的低波电压为2.45V，低波电压得到明显的提高，并且采用纳米材料修饰的氟化碳电极的放电电压平台由2.5V提高到2.8V以上，提高约0.3V，其低波电压以及工作电压平台都得到了明显的改善，极大地改善了电极的放电性能。
综上所述，本申请采用导电性较好的纳米材料对氟化碳材料进行修饰改性，纳米材料均匀的包覆在氟化碳材料表面，增加了氟化碳材料的导电性，有效改善了氟化碳材料的电压滞后问题，提高了氟化碳材料的倍率性能。将本申请纳米材料修饰的氟化碳电极材料应用于锂氟化碳电池中，有效地改善了氟化碳电极的电压滞后，提高了电极的平台电压，效果显著。将氟化碳电极的低波电压由2.35V，提高到2.5V，提升了6％；平台电压由2.5V提高到2.8V以上，提升了12％。相对现有技术的氟化碳电极，电压滞后和平台电压大大提高，极大地改善了电极的放电性能。
试验例2
本试验采用2016型纽扣电池壳在手套箱中进行电池的组装，手套箱中水分含量低于0.001‰，氧气含量低于0.001‰。将实施例1和对比例2-5方法制得的氟化碳电极作为电池正电极，采用金属锂作为负电极，直径18mm的
Figure GDA0002640158430000143
膜作为电池隔膜，电解液成分为1.0M双三氟甲烷磺酰亚胺锂(溶剂为体积比二氧戊环：二甲醚＝1：1)。将正极极片、隔膜、负极极片依次呈三明治结构叠加在一起，同时滴加0.1mL电解液。在手套箱中封壳之后静置老化3h，然后用LANDHE电池测试系统对电池进行放电测试，不同正极材料能量与功率密度、放电比容量情况分别如表1、表2、表3所示：
表1
Figure GDA0002640158430000141
表2
Figure GDA0002640158430000142
从表1和表2可知：实施例1的正极材料在0.05A·g-1和1.00A·g-1电流密度下的能量密度有显著优势，但是在2.00A·g-1和5.00A·g-1电流密度下的功率密度有显著优势，且从低到高的电流密度下，能量密度和功率密度呈现不同的趋势。
表3
Figure GDA0002640158430000151
从表3可知：实施例1中正极材料随着放电电流密度的增大，放电比容量衰减不明显，并且，在低电流密度条件下，实施例1的正极材料的容量性能与其他组的容量性能差异并不显著。
试验例3
本试验正极材料分别选自实施例1、对比例2-5制备的正极片，采用锂硼合金作为负电极，直径18mm的
Figure GDA0002640158430000152
膜作为电池隔膜，电解液为1mol/L的LiPF6/EC+DEC+EMC(体积比为1:1:1)，隔膜为Celgard 2400微孔聚丙烯膜，组装成10-20Ah的方型铝壳电池；在LAND电池综合测试系统上进行放电测试；组成的电池在1C倍率下试验，比较不同正极材料在低温放电容量的保持率，放电保持率公式为低温放电容量/常温放电容量，结果分别如表4所示：
表4不同正极材料在不同低温下放电保持率
Figure GDA0002640158430000153
Figure GDA0002640158430000161
从表4可知：实施例1中正极材料随着温度的变低，其放电保持率仍较好。
试验例4银纳米材料分析
本试验探究银纳米材料的改性，本发明人以环糊精、淀粉、纤维素、半纤维素、尿素、十二烷基硅烷、聚氨酯类、聚丙烯酸酯、聚酰亚胺、松香等为改性剂进行纳米银，并按照实施例2的方法制备纳米材料修饰的氟化碳电极材料，同时按照试验例1的方法进行放电试验，各改性组在25℃、0.2C倍率时的低波电压如表5所示；
表5
项目 环糊精 淀粉 纤维素 半纤维素 尿素
低波电压(V) 2.44 2.38 2.29 2.35 2.37
项目 十二烷基硅烷 聚氨酯类 聚丙烯酸酯 聚酰亚胺 松香
低波电压(V) 2.39 2.40 2.32 2.42 2.26
按照试验例3的方法进行低温试验，在-30℃条件下放电保持率如表6所示；
表6
Figure GDA0002640158430000162
Figure GDA0002640158430000171
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在没有背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同腰间的含义和范围内的所有变化囊括在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种纳米材料修饰的氟化碳电极材料的制备方法，该方法为分散-煅烧法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：将介质和氟化碳按照质量比=（2～3）:1的比例加入高速离心分散罐中，让物料在高速离心分散罐中以2000～3000r/min的转速分散10～30min，然后加入氟化碳质量5-10%的镍铁合金，在高速离心分散罐中以2000～3000r/min的转速分散5～15min；
步骤2：向高速离心分散罐中加入银纳米材料，让物料在高速离心分散罐中以3000～3500r/min的转速分散1～2h，再置于超声波分散仪中超声分散5-10min，得到浆料；
步骤3：将步骤2得到的浆料室温晾干后，置于微波反应器中于功率为200～500W作用下加热浆料，待浆料升温至70～80℃时保温1～3min，再在30～40℃的真空环境下真空干燥8～12h，得到混合物；
步骤4：将步骤3所得的混合物研磨至过100～200目筛，得到混合物粉末；
步骤5：将步骤4所得的混合物粉末在氩气气氛下煅烧1～12h，升温速度为5～10℃/min，煅烧温度为300～450℃；
步骤6：将步骤5煅烧完成后的物料以10～20℃/min的速度冷却至室温，经研磨、过100～200目筛后，得到所述纳米材料修饰的氟化碳电极材料。
2.根据权利要求1所述的一种纳米材料修饰的氟化碳电极材料的制备方法，其特征在于：在步骤1，所述介质为乙醇和丙酮按质量比(7～10):1组成。
3.根据权利要求1所述的一种纳米材料修饰的氟化碳电极材料的制备方法，其特征在于：在步骤2，所述银纳米材料是用环糊精改性银粉后制成直径为10～100nm的纳米材料，具体方法为：1）取环糊精置于温度为40～50℃的蒸馏水中混合均匀，配制成质量浓度为20～30%的溶液，向溶液中加入环糊精质量(0.8～1.3)倍的银粉，在40～50℃恒温条件下搅拌反应45～60min，然后低温静置3～5h，过滤、洗涤，干燥，研磨至直径为10～100nm即可。
4.根据权利要求1所述的一种纳米材料修饰的氟化碳电极材料的制备方法，其特征在于：在步骤2，所述银纳米材料和氟化碳材料的质量比=（0.5～5）: 100。
5.根据权利要求1所述的一种纳米材料修饰的氟化碳电极材料的制备方法，其特征在于：在步骤3，所述真空干燥的真空度为-0.08kPa～-0.09kPa。
6.根据权利要求1所述的制备方法制备的纳米材料修饰的氟化碳电极材料，其特征在于，所述纳米材料修饰的氟化碳电极材料用于制作电极，所述电极制备方法包括如下步骤：
(1)和浆：按照质量比称取超导碳、石墨烯、科琴黑、CMC、SBR、溶剂和纳米材料修饰的氟化碳电极材料，将所有原料混合，搅拌均匀，制成混合浆料；
(2)涂覆：将上述所得混合浆料均匀涂覆在铝箔两面，置于70～90℃烘箱中干燥30～60min，得到纳米材料修饰的氟化碳极片；
(3)热碾压：将上述纳米材料修饰的氟化碳极片进行热碾压，得到所述纳米材料修饰的氟化碳电极。
7.根据权利要求6所述纳米材料修饰的氟化碳电极材料，其特征在于：所述超导碳、石墨烯、科琴黑、CMC、SBR、溶剂和纳米材料修饰的氟化碳电极材料的质量比＝(0.02～0.03):(0.01～0.02):(0.02～0.03):(0.02～0.03):(0.03～0.04):(1.8～2.2):(0.85～0.90)。
8.根据权利要求6所述纳米材料修饰的氟化碳电极材料，其特征在于：在步骤(1)，所述搅拌的速度为300～500r/min，时间为65～100min。
9.根据权利要求6所述纳米材料修饰的氟化碳电极材料，其特征在于：在步骤(2)，所述混合浆料涂覆在铝箔上的密度为2.0～3.3g/100cm2。
10.根据权利要求6所述纳米材料修饰的氟化碳电极材料，其特征在于：在步骤(3)，所述热碾压的温度为35～50℃，厚度为0.15～0.19mm。
CN201911129524.XA 2018-11-23 2019-11-18 一种纳米材料修饰的氟化碳电极材料的制备方法 Active CN110783522B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811406302.3A CN109390551A (zh) 2018-11-23 2018-11-23 一种纳米材料修饰的氟化碳电极材料的制备方法
CN2018114063023 2018-11-23

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110783522A CN110783522A (zh) 2020-02-11
CN110783522B true CN110783522B (zh) 2020-11-20

Family

ID=65429464

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811406302.3A Pending CN109390551A (zh) 2018-11-23 2018-11-23 一种纳米材料修饰的氟化碳电极材料的制备方法
CN201911129524.XA Active CN110783522B (zh) 2018-11-23 2019-11-18 一种纳米材料修饰的氟化碳电极材料的制备方法

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811406302.3A Pending CN109390551A (zh) 2018-11-23 2018-11-23 一种纳米材料修饰的氟化碳电极材料的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (2) CN109390551A (zh)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109390551A (zh) * 2018-11-23 2019-02-26 贵州梅岭电源有限公司 一种纳米材料修饰的氟化碳电极材料的制备方法
CN109888290B (zh) * 2019-03-19 2021-01-22 郑州中科新兴产业技术研究院 一种高倍率锂离子电池、陈化及化成方法
CN111969188B (zh) * 2020-08-20 2022-06-17 贵州梅岭电源有限公司 一种低温型石墨烯/氟化石墨正极材料
CN113346077B (zh) * 2021-05-17 2022-10-14 上海超碳石墨烯产业技术有限公司 一种磷修饰氟化碳材料及其制备方法和应用
CN113363496A (zh) * 2021-06-28 2021-09-07 贵州梅岭电源有限公司 一种Cr8O21@C修饰的氟化碳正极材料的制备方法
CN113972377A (zh) * 2021-10-22 2022-01-25 陕西科技大学 一种镍基高熵合金/碳纳米管改性锂氟化碳电池正极片及其制备方法
CN113972355A (zh) * 2021-10-22 2022-01-25 陕西科技大学 一种ZnNi/C复合材料改性的锂/氟化碳电池正极片及其制备方法
CN114311177B (zh) * 2022-01-06 2023-05-26 南京林业大学 一种低碳无醛生态板的制备方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7052802B2 (en) * 2002-10-15 2006-05-30 Quallion Llc Fluorinated carbon active material
CN104577107B (zh) * 2013-10-14 2018-01-16 中国电子科技集团公司第十八研究所 一种氟化碳材料的表面修饰方法
CN109390551A (zh) * 2018-11-23 2019-02-26 贵州梅岭电源有限公司 一种纳米材料修饰的氟化碳电极材料的制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN110783522A (zh) 2020-02-11
CN109390551A (zh) 2019-02-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110783522B (zh) 一种纳米材料修饰的氟化碳电极材料的制备方法
CN101964412B (zh) 表面由偶联剂改性的磷酸铁锂/碳复合材料的制备方法
CN101591012B (zh) 一种用于锂离子电池正极材料磷酸铁锂的制备方法
CN109037659A (zh) 一种双层碳包覆磷酸铁锂材料的制备方法
CN103972508B (zh) 一种无机掺杂/包覆改性天然石墨、制备方法及其应用
CN106532018B (zh) 一种富锂锰基正极材料及其制备方法
CN107331852A (zh) 改进的氧化物表面包覆的镍钴锰三元复合电极材料及其制备方法
CN106058307A (zh) 一种利用磷酸铁锂废料制备锂离子电池正极材料磷酸铁锂的方法
Song et al. Enhanced electrochemical performance of Li 1.2 Mn 0.54 Ni 0.13 Co 0.13 O 2 cathode material with bamboo essential oil
CN104966814A (zh) 一种高安全性的金属锂负极及其制备方法
CN114695894A (zh) 一种高容量硬碳快充负极材料及其制备方法和应用
CN111668464B (zh) 一种磷酸铁锂包覆镍钴铝三元正极材料及其制备方法和应用
CN105742592B (zh) 一种w/w2c/活性碳包覆的锂离子电池正极材料制备方法
CN105742627A (zh) 一种LiNixCoyMnl-x-yBrzO2-z/石墨烯复合正极材料的制备方法
CN109037660A (zh) 一种复合磷酸铁锂材料的制备方法
CN105958027B (zh) 一种锰基复合正极材料及其制备方法
CN114380282B (zh) 一种改性磷酸钒钠正极材料及其制备方法与应用
CN105810901A (zh) 一种Ti3+/Ti4+混合价态的掺杂铁元素的锂离子电池钛酸锂负极材料及其制备方法
CN105529460A (zh) 锂硫电池正极材料、其制备方法及锂硫电池
CN113764637A (zh) 高能量密度锂离子电池的正极片及其制备方法
CN105375029A (zh) 一种三元硅酸盐复合正极材料及其制备方法
CN116435582B (zh) 一种可瞬间高能大倍率放电的锂离子电池
CN116565168A (zh) 一种磷银硅共掺杂硬碳复合材料及其制备方法
CN114203993B (zh) 一种Li2SeO4快离子导体改性的锂离子电池正极材料
CN113764672B (zh) 一种预锂化正极浆料及其制备方法与应用

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant