CN117361502A - 氟化碳材料及其制备方法、电极、电池和用电装置 - Google Patents

氟化碳材料及其制备方法、电极、电池和用电装置 Download PDF

Info

Publication number
CN117361502A
CN117361502A CN202311680399.8A CN202311680399A CN117361502A CN 117361502 A CN117361502 A CN 117361502A CN 202311680399 A CN202311680399 A CN 202311680399A CN 117361502 A CN117361502 A CN 117361502A
Authority
CN
China
Prior art keywords
carbon
fluorine
liquid
fluorinated
battery
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.)
Granted
Application number
CN202311680399.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN117361502B (zh
Inventor
何理卿
刘杰
王鑫
陈坤良
黄起森
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.)
Xiamen Times Research Institute Co ltd
Contemporary Amperex Technology Co Ltd
Original Assignee
Xiamen Times Research Institute Co ltd
Contemporary Amperex Technology 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 Xiamen Times Research Institute Co ltd, Contemporary Amperex Technology Co Ltd filed Critical Xiamen Times Research Institute Co ltd
Priority to CN202311680399.8A priority Critical patent/CN117361502B/zh
Publication of CN117361502A publication Critical patent/CN117361502A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN117361502B publication Critical patent/CN117361502B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/10—Carbon fluorides, e.g. [CF]nor [C2F]n
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/054—Accumulators with insertion or intercalation of metals other than lithium, e.g. with magnesium or aluminium
    • 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
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/133—Electrodes based on carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
    • 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
    • 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
    • H01M2004/026—Electrodes composed of, or comprising, active material characterised by the polarity
    • H01M2004/027—Negative electrodes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geology (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

本申请涉及一种氟化碳材料及其制备方法、电极、电池和用电装置，该制备方法包括：将碳材料分散在氟化液中，得到分散液；向所述分散液中通入含氟气体进行反应，所述含氟气体包含氟气；所述反应结束后，去除所述氟化液，即制备得到所述氟化碳材料。通过应用该制备方法，可以实现在较低的温度下进行氟化反应，避免了对碳材料本身结构的破坏。并且具有易于操作、成本较低的优点。

Description

氟化碳材料及其制备方法、电极、电池和用电装置
技术领域
本申请涉及氟化碳材料制备技术领域，具体涉及一种氟化碳材料及其制备方法、电极、电池和用电装置。
背景技术
氟化碳是重要的无机非金属材料，由于其具有极低的表面能和层间能、优异的化学稳定性和热稳定性以及超高理论比容量，使其在固体润滑、防腐防污和电池电极材料等领域受到广泛关注。
氟化碳材料可通过碳和氟反应，打破碳层π键形成C-F键从而制备得到。目前生产氟化碳材料最主要的方法是高温合成法，先将碳材料放入特定反应器，然后通入含氟气体（如氟气或氟气混合气等），在高温条件下（一般大于300℃）反应得到氟化碳材料。然而，高温条件对设备的要求较高、成本较高，并且会对碳材料本身的结构产生严重破坏。
发明内容
本申请的目的在于提供一种氟化碳材料及其制备方法、电极、电池和用电装置，该制备方法可在较低温度条件下进行，可避免对碳材料本身结构的破坏，且具有易于操作、成本较低的优点。
为此，本申请的第一方面提供一种氟化碳材料的制备方法，包括：将碳材料分散在氟化液中，得到分散液；向所述分散液中通入含氟气体进行反应，所述含氟气体包含氟气；所述反应结束后，去除所述氟化液，即制备得到所述氟化碳材料。
碳与氟气的氟化反应为强放热反应，如果在较低温度下（例如室温或更低）将碳与氟气直接接触进行反应，将造成局部放热严重、反应不均匀、碳材料结构被破坏严重等问题。而氟化液具有良好的化学惰性和良好的材料相容性，可以溶解氟气并且不与氟气发生反应。一方面，溶解于氟化液中的氟气与碳材料的接触较为均匀，这有利于碳材料和氟气之间的充分反应；另一方面，氟化液可以将反应产生的热量及时传导和冷却，从而避免了局部高温对碳材料本身结构的破坏。此外，氟化液的沸点通常在40℃~130℃以下，因此反应可在较低的温度条件下进行，具有易于实施、成本较低等优点。
在任意实施方式中，所述反应的条件包括：提供使所述氟化液在所述反应的过程中保持液态的温度条件。
所述反应可以在较低的温度条件下进行，需要该反应的温度条件使得氟化液保持为液态即可。
在任意实施方式中，所述反应的条件包括温度为不超过60℃、不超过50℃、不超过40℃、不超过30℃、不超过20℃、不超过10℃或不超过0℃。
可以在不超过所采用的氟化液的沸点的范围内选择合适的温度进行所述反应，例如可以采取上述温度条件。这些温度条件远低于现有技术中碳材料与氟气直接进行反应的温度条件，有利于避免高温对碳材料本身结构的破坏。
在任意实施方式中，所述反应的条件包括温度为-10℃~10℃。
在-10℃~10℃温度条件下，大多数氟化液在反应过程中可保持为液态；同时这也是较为经济的条件，在该温度条件下进行反应所制备得到的氟化碳材料可满足实际应用的需求。
在任意实施方式中，所述氟化液包括氢氟醚、全氟醚、全氟烷烃、全氟胺中的至少一种。
在任意实施方式中，所述氟化液包括电子氟化液。
在任意实施方式中，所述氟化液包括3M Fluorinert系列电子氟化液、3M Novec系列电子氟化液、意大利苏威（SOLVAY）GALDEN系列全氟聚醚型氟化液中的至少一种。
在任意实施方式中，所述氟化液包括3M FluorinertTMFC-32、3M FluorinertTMFC-40、3M FluorinertTMFC-43、3M FluorinertTMFC-70、3M FluorinertTMFC-77、3MNovecTM7100、3M NovecTM7200、3M NovecTM7300、3M NovecTM7500中的至少一种。
在任意实施方式中，所述氟化液包括九氟丁基甲醚、全氟丁基甲醚、十四氟己烷、全氟甲基环戊烷、全氟三丁胺中的至少一种。
在任意实施方式中，所述碳材料包括石墨、碳纤维、活性炭、科琴黑、碳黑和碳纳米管中的至少一种。
上述制备方法适用于多种碳材料，可以根据实际需求具体的碳材料，例如可选用电池级石墨材料作为碳材料，进行氟化石墨的制备。
在任意实施方式中，所述碳材料与所述氟化液的质量比为1:(2~5)。
采用上述质量比，有利于碳材料充分分散于氟化液中，例如可通过搅拌器搅拌使得碳材料充分分散于氟化液中。
在任意实施方式中，所述含氟气体还包括氮气；氟气占所述含氟气体的体积百分比为1%~20%。
相较于使用纯的氟气作为含氟气体，采用氟氮混合气有利于控制反应体系中氟气的浓度、降低含氟气体的毒性。通过控制氟气的含量在上述范围，有利于提高反应的安全性，避免高浓度氟气对管路的腐蚀甚至导致起火融化管路的问题。
在任意实施方式中，所述反应的条件包括：通入所述含氟气体6 h~24 h。
将反应时间控制在6 h~24 h，有利于使溶解于氟化液中的氟气与碳材料充分接触、使得反应更加均匀。
在任意实施方式中，去除所述氟化液的具体步骤采用(i)、(ii)之一：(i)加热使所述氟化液为气态，然后通过抽真空去除所述氟化液；(ii)通过依次进行过滤、洗涤和干燥，以去除所述氟化液。
可以利用氟化液的沸点较低的特点，通过加热和抽真空去除氟化液；也可以通过过滤的方法去除氟化液。这两种方法都较为简单，并且可将氟化液进行回收利用，具有操作简便、节约成本的优点。
本申请的第二方面，提供一种氟化碳材料，其根据本申请第一方面所述的制备方法制备得到。
在任意实施方式中，所述氟化碳材料中氟的质量占比为小于等于1%。
根据本申请第一方面所述的方法制备得到的氟化碳材料保持有原本的碳材料结构，氟化反应主要发生在碳材料的表面，氟的质量占比小于等于1%，在用于二次电池电极时具有降低电池直流内阻（DCR）的作用。
本申请的第三方面，提供一种极片，其包括本申请第二方面所述的氟化碳材料。
在任意实施方式中，所述极片为负极极片。
本申请的第四方面，提供一种电池，其包括本申请第三方面所述的极片。
在任意实施方式中，所述电池为二次电池，例如为锂二次电池或钠二次电池。
本申请的第五方面，提供一种用电装置，其包括本申请第四方面所述的电池。
上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本申请的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下列举本申请的具体实施方式。
具体实施方式
下面将更详细地描述本公开的示例性实施方式。应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
本申请所公开的“范围”以下限和上限的形式来限定，给定范围是通过选定一个下限和一个上限进行限定的，选定的下限和上限限定了特别范围的边界。这种方式进行限定的范围可以是包括端值或不包括端值的，并且可以进行任意地组合，即任何下限可以与任何上限组合形成一个范围。例如，如果针对特定参数列出了60~120和80~110的范围，理解为60~110和80~120的范围也是预料到的。此外，如果列出了最小范围值1和2，并且列出了最大范围值3、4和5，则下面的范围可全部预料到：1~3、1~4、1~5、2~3、2~4和2~5。在本申请中，除非有其他说明，数值范围“a~b”表示a到b之间的任意实数组合的缩略表示，其中a和b都是实数。例如数值范围“0~5”表示本文中已经全部列出了“0~5”之间的全部实数，“0~5”只是这些数值组合的缩略表示。另外，当表述某个参数为≥2的整数，则相当于公开了该参数为例如整数2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12等。
如果没有特别的说明，本申请的所有实施方式以及可选实施方式可以相互组合形成新的技术方案。
如果没有特别的说明，本申请的所有技术特征以及可选技术特征可以相互组合形成新的技术方案。
如果没有特别的说明，本申请的所有步骤可以顺序进行，也可以随机进行，优选是顺序进行的。例如，所述方法包括步骤(a)和(b)，表示所述方法可包括顺序进行的步骤(a)和(b)，也可以包括顺序进行的步骤(b)和(a)。例如，提到所述方法还可包括步骤(c)，表示步骤(c)可以任意顺序加入到所述方法，例如，所述方法可以包括步骤(a)、(b)和(c)，也可包括步骤(a)、(c)和(b)，也可以包括步骤(c)、(a)和(b)等。
如果没有特别的说明，本申请所提到的“包括”和“包含”表示开放式，也可以是封闭式。例如，所述“包括”和“包含”可以表示还可以包括或包含没有列出的其他组分，也可以仅包括或包含列出的组分。
氟化碳材料可通过碳和氟反应，打破碳层π键形成C-F键从而制备得到。目前生产氟化碳材料最主要的方法是高温合成法，先将碳材料放入特定反应器，然后通入含氟气体（如氟气或氟气混合气等），在高温条件下（一般大于300℃）反应得到氟化碳材料。然而，高温条件对设备的要求较高、成本较高，并且会对碳材料本身的结构产生严重破坏。
本申请主要通过采用氟化液，改进了氟化碳材料的制备方法，避免了对碳材料本身结构的破坏，并且减小了对设备的要求和成本。
本申请实施例描述的技术方案适用于氟化碳材料的制备方法、根据该制备方法制备得到的氟化碳材料、包含该氟化碳材料的极片、包含该极片的电池、使用该电池的电池模块、使用该电池或电池模块的电池包以及使用该电池、电池模块和电池包中的至少一种的用电装置。
氟化碳材料的制备方法
在一些实施方式中，提供一种氟化碳材料的制备方法，包括：将碳材料分散在氟化液中，得到分散液；向该分散液中通入包含氟气的含氟气体进行反应；所述反应结束后，去除氟化液，即制备得到氟化碳材料。
碳与氟气的氟化反应为强放热反应，如果在较低温度下（例如室温或更低）将碳与氟气直接接触进行反应，将造成局部放热严重、反应不均匀、碳材料结构被破坏严重等问题。从而使得制备得到的材料无法满足应用于二次电池电极材料的需求。
氟化液具有良好的化学惰性和良好的材料相容性，可以溶解氟气并且不与氟气发生反应。一方面，溶解于氟化液中的氟气与碳材料的接触较为均匀，这有利于碳材料和氟气之间的充分反应；另一方面，氟化液可以将反应产生的热量及时传导和冷却，从而避免了局部高温对碳材料本身结构的破坏。此外，氟化液的沸点通常在40℃~130℃以下，因此反应可在较低的温度条件下进行，具有易于实施、成本较低等优点。
按照本申请实施例制备得到的氟化碳材料保持有原本的碳材料结构，氟化反应主要发生在碳材料的表面，在用于二次电池电极时具有降低电池直流内阻（DCR）的作用。
在一些实施方式中，所述反应的条件包括：提供使所述氟化液在所述反应的过程中保持液态的温度条件。
上述反应可以在较低的温度条件下进行，需要该反应的温度条件使得氟化液在反应的过程中保持为液态即可。因此，在本申请的实施方式中，不仅可采取显著低于现有技术中碳材料与氟气反应的温度条件，而且可在较宽的范围内进行选择，例如-10℃~60℃。
在一些实施方式中，所述反应的条件包括温度为不超过60℃、不超过50℃、不超过40℃、不超过30℃、不超过20℃、不超过10℃或不超过0℃。
可以在不超过所采用的氟化液的沸点的范围内选择合适的温度进行所述反应，例如可以采取上述温度条件。这些温度条件远低于现有技术中碳材料与氟气直接进行反应的温度条件，有利于避免高温对碳材料本身结构的破坏。
在一些实施方式中，所述反应的条件包括温度为-10℃~10℃。
在-10℃~10℃温度条件下，大多数氟化液在反应过程中可保持为液态；同时这也是较为经济的条件，在该温度条件下进行反应所制备得到的氟化碳材料可满足实际应用的需求。
在一些实施方式中，所述反应的条件包括：温度为约-10℃、-5℃、0℃、5℃、10℃、15℃、20℃、25℃、30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、55℃、60℃等。
在一些实施方式中，所述氟化液包括氢氟醚、全氟醚、全氟烷烃、全氟胺中的至少一种。
在一些实施方式中，所述氟化液包括电子氟化液。
在一些实施方式中，所述氟化液包括3M Fluorinert系列电子氟化液、3M Novec系列电子氟化液、意大利苏威（SOLVAY）GALDEN系列全氟聚醚型氟化液中的至少一种。
在一些实施方式中，所述氟化液包括3M FluorinertTMFC-32、3M FluorinertTMFC-40、3M FluorinertTMFC-43、3M FluorinertTMFC-70、3M FluorinertTMFC-77、3MNovecTM7100、3M NovecTM7200、3M NovecTM7300、3M NovecTM7500中的至少一种。
在任意实施方式中，所述氟化液包括九氟丁基甲醚、全氟丁基甲醚、十四氟己烷、全氟甲基环戊烷、全氟三丁胺中的至少一种。
在一些实施方式中，所述碳材料包括石墨、碳纤维、活性炭、科琴黑、碳黑和碳纳米管中的至少一种。
上述制备方法适用于多种碳材料，可以根据实际需求具体的碳材料。例如在一些实施方式中，选用电池级石墨材料作为碳材料，进行氟化石墨材料的制备，制备得到的氟化石墨材料可用于电池的制备。
在一些实施方式中，所述碳材料还经过以下预处理：去除杂质。例如，在一些实施例中，可通过酸洗、碱洗、水洗中的至少一种方法，以去除碳材料表面的杂质。
在一些实施方式中，所述碳材料与所述氟化液的质量比为1:(2~5)，例如1:2、2:5、1:3、1:4、1:5等。
采用上述质量比，有利于碳材料充分分散于氟化液中，例如可通过搅拌器搅拌使得碳材料充分分散于氟化液中。
在一些实施方式中，所述分散的具体步骤包括：将所述碳材料与所述氟化液混合，经搅拌制备得到所述分散液。例如在一些实施方式中，可以采用200 rpm~600 rpm搅拌6 h~12 h。
在一些实施方式中，所述分散的具体步骤还包括：超声。
在一些实施方式中，所述含氟气体还包括氮气。
在一些实施方式中，氟气占所述含氟气体的体积百分比为1%~20%；例如可以为约1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%、8%、9%、10%、11%、12%、13%、14%、15%、16%、17%、18%、19%、20%等。
相较于使用纯的氟气作为含氟气体，采用氟氮混合气有利于控制反应体系中氟气的浓度、降低含氟气体的毒性。通过控制氟气的含量在上述范围，有利于提高反应的安全性，避免高浓度氟气对管路的腐蚀甚至导致起火融化管路的问题。
在一些实施方式中，所述反应的条件包括：通入所述含氟气体6 h~24 h。
将反应时间控制在6 h~24 h，利于氟气充分接触碳材料，与碳材料表层的高活性基团充分反应
在一些实施方式中，去除氟化液的具体步骤采用(i)、(ii)之一：
(i)加热使所述氟化液为气态，然后通过抽真空去除氟化液；
(ii)通过依次进行过滤、洗涤和干燥，以去除氟化液。
可以利用氟化液的沸点较低的特点，通过加热和抽真空去除氟化液；也可以通过过滤的方法去除氟化液。这两种方法都较为简单，并且可将氟化液进行回收利用，具有操作简便、节约成本的优点。
氟化碳材料
在一些实施方式中，提供一种氟化碳材料，其根据本申请任一实施方式所提供的制备方法制备得到；该氟化碳材料中氟的质量占比为小于等于1%。
根据本申请任一实施方式制备得到的氟化碳材料保持有原本的碳材料结构，氟化反应主要发生在碳材料的表面，氟的质量占比小于等于1%，在用于二次电池电极时具有降低电池直流内阻（DCR）的作用。
根据本申请一些实施方式所提供的制备方法，氟化反应主要发生在碳材料的表面，因此制备得到的氟化碳材料中氟的质量占比小于1%。在一些实施方式中，可以通过调整含氟气体中氟气的比例、通入含氟气体的时间、反应温度等，来调整制备得到的氟化碳材料中氟的质量占比。例如，制备得到的氟化碳材料中氟的质量占比可以为约0.01%、0.05%、0.1%、0.14%、0.15%、0.16%、0.18%、0.2%、0.22%、0.25%、0.3%、0.35%、0.4%、0.45%、0.5%、0.55%、0.6%、0.65%、0.7%、0.75%、0.8%、0.85%、0.9%、0.95%、1%等。
在本申请的实施方式中，通过以下方法检测氟化碳材料中的氟的质量百分比：
称取约0.1g的样品压片，放置于氧氮罐通电点燃，冷却后加水溶解，定容，用离子色谱测量氟离子含量，并计算氟化碳材料中的氟的质量百分比。具体采用：
主机：930 Compact IC Flex（品牌：瑞士万通）；
自动进样器919 IC Autosampler plus（品牌：瑞士万通）；
淋洗液：3.2mmol/L Na2CO3+1.0mmol/L NaHCO3（试剂纯度：AR级以上）；
再生液：0.5% H2SO4+0.1mol/L H2C2O4+3%丙酮（试剂纯度：AR级以上）；
色谱柱型号：Metrosep A Supp5-250/4.0；
流速：0.7ml/min，电导检测器。
电极极片
在一些实施方式中，提供一种极片，其包括本申请任一实施方式提供的氟化碳材料。
在一些实施方式中，提供一种负极极片，其包括本申请任一实施方式提供的氟化碳材料。
在一些实施方式中，该负极极片包括负极集流体以及设置在负极集流体至少一个表面上的负极活性材料层，所述负极活性材料层包括负极活性材料，所述负极活性材料包括本申请任一实施例中的氟化碳材料。作为示例，负极集流体具有在其自身厚度方向相对的两个表面，负极活性材料层设置在负极集流体相对的两个表面的其中任意一者或两者上。
在一些实施方式中，该负极集流体可采用金属箔片或复合集流体。例如，作为金属箔片，可以采用铜箔。复合集流体可包括高分子材料基层和形成于高分子材料基材至少一个表面上的金属层。复合集流体可通过将金属材料（铜、铜合金、镍、镍合金、钛、钛合金、银及银合金等）形成在高分子材料基材（如聚丙烯（PP）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）、聚苯乙烯（PS）、聚乙烯（PE）等的基材）上而形成。
在一些实施方式中，该负极活性材料层包括负极活性材料，负极活性材料包括本申请任一实施方式提供的氟化碳材料。在一些实施例中，仅采用本申请任一实施方式提供的氟化碳材料作为负极活性材料。在另一些实施例中，负极活性材料还可以包括其他本领域公知的用于电池的负极活性材料。例如，负极活性材料包括天然石墨、人造石墨、中间相微碳球（MCMB）、硬碳、软碳、硅、硅-碳复合物、Li-Sn合金、Li-Sn-O合金、Sn、SnO、SnO2、TiO2-Li4Ti5O12、Li-Al合金中的一种或两种以上的组合。
在一些实施方式中，该负极活性材料层还可选地包括粘结剂。例如，粘结剂可以包括丁苯橡胶（SBR）、聚丙烯酸（PAA）、聚丙烯酸钠（PAAS）、聚丙烯酰胺（PAM）、聚乙烯醇（PVA）、海藻酸钠（SA）、聚甲基丙烯酸（PMAA）、羧甲基壳聚糖（CMCS）中的一种或两种以上的组合。
在一些实施方式中，该负极活性材料层还可选地包括导电剂。例如，导电剂可以包括Super P、乙炔黑、炭黑、科琴黑、碳点、碳纳米管、石墨烯、碳纳米纤维中的一种或两种以上的组合。
在一些实施方式中，该负极活性材料层还可选地包括其他助剂。例如，其他助剂可以为增稠剂（如羧甲基纤维素钠（CMC-Na））。
在一些实施方式中，可以通过以下方式制备负极极片：将上述用于制备负极活性材料层的组分，例如负极活性材料、导电剂、粘结剂和任意其他组分分散于溶剂（例如去离子水）中，形成负极浆料；将负极浆料涂覆在负极集流体上，经烘干、冷压等工序后，即可得到负极极片。
电池
在一些实施方式中，提供一种电池，其包括本申请任一实施方式提供的极片。
在一些实施方式中，该电池为二次电池，其包括正极极片、负极极片、电解液和隔离膜；其中，所述负极极片为本申请任一实施方式提供的负极极片。所述二次电池可以为例如锂离子电池、钠离子电池或钾离子电池。
[正极极片]
正极极片包括正极集流体以及设置在正极集流体至少一个表面的正极材料，所述正极材料包括正极活性材料。
在一些实施方式中，正极集流体可采用金属箔片或复合集流体。例如，作为金属箔片，可采用铝箔。复合集流体可包括高分子材料基层和形成于高分子材料基层至少一个表面上的金属层。复合集流体可通过将金属材料（铝、铝合金、镍、镍合金、钛、钛合金、银及银合金等）形成在高分子材料基材（如聚丙烯（PP）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）、聚苯乙烯（PS）、聚乙烯（PE）等的基材）上而形成。
在一些实施方式中，当二次电池为锂离子电池时，正极活性材料可采用本领域公知的用于锂离子电池的正极活性材料。作为示例，正极活性材料可包括以下材料中的至少一种：橄榄石结构的含锂磷酸盐、锂过渡金属氧化物及其各自的改性化合物。但本申请并不限定于这些材料，还可以使用其他可被用作电池正极活性材料的传统材料。这些正极活性材料可以仅单独使用一种，也可以将两种以上组合使用。其中，锂过渡金属氧化物的示例可包括但不限于锂钴氧化物（如LiCoO2）、锂镍氧化物（如LiNiO2）、锂锰氧化物（如LiMnO2、LiMn2O4）、锂镍钴氧化物、锂锰钴氧化物、锂镍锰氧化物、锂镍钴锰氧化物（如LiNi1/3Co1/ 3Mn1/3O2（也可以简称为NCM333）、LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2（也可以简称为NCM523）、LiNi0.5Co0.25Mn0.25O2（也可以简称为NCM211）、LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2（也可以简称为NCM622）、LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2（也可以简称为NCM811）、锂镍钴铝氧化物（如LiNi0.85Co0.15Al0.05O2）及其改性化合物等中的至少一种。橄榄石结构的含锂磷酸盐的示例可包括但不限于磷酸铁锂（如LiFePO4（也可以简称为LFP））、磷酸铁锂与碳的复合材料、磷酸锰锂（如LiMnPO4）、磷酸锰锂与碳的复合材料、磷酸锰铁锂、磷酸锰铁锂与碳的复合材料中的至少一种。
在一些实施方式中，当二次电池为钠离子电池时，正极活性材料可采用本领域公知的用于钠离子电池的正极活性材料。作为示例，正极活性材料可以仅单独使用一种，也可以将两种以上组合。其中，正极活性物质可选自钠铁复合氧化物(NaFeO2)、钠钴复合氧化物(NaCoO2)、钠铬复合氧化物(NaCrO2)、钠锰复合氧化物(NaMnO2)、钠镍复合氧化物(NaNiO2)、钠镍钛复合氧化物(NaNi1/2Ti1/2O2)、钠镍锰复合氧化物(NaNi1/2Mn1/2O2)、钠铁锰复合氧化物(Na2/3Fe1/3Mn2/3O2)、钠镍钴锰复合氧化物(NaNi1/3Co1/3Mn1/3O2)、钠铁磷酸化合物(NaFePO4)、钠锰磷酸化合物(NaMnPO4)、钠钴磷酸化合物(NaCoPO4)、普鲁士蓝类材料、聚阴离子材料(磷酸盐、氟磷酸盐、焦磷酸盐、硫酸盐)等，但本发明并不限定于这些材料，本发明还可以使用其他可被用作钠离子电池正极活性物质的传统公知的材料。
在一些实施方式中，该正极材料还可选地包括粘结剂。例如，粘结剂可以包括聚偏氟乙烯（PVDF）、聚四氟乙烯（PTFE）、偏氟乙烯-四氟乙烯-丙烯三元共聚物、偏氟乙烯-六氟丙烯-四氟乙烯三元共聚物、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物、含氟丙烯酸酯树脂中的一种或两种以上的组合。
在一些实施方式中，该正极材料还可选地包括导电剂。例如，导电剂可以包括Super P、乙炔黑、炭黑、科琴黑、碳点、碳纳米管、石墨烯、碳纳米纤维中的一种或两种以上的组合。
在一些实施方式中，可以通过以下方式制备正极极片：将上述正极材料，例如正极活性材料、导电剂、粘结剂和任意其他的组分分散于溶剂（例如N-甲基吡咯烷酮）中，形成正极浆料；将正极浆料涂覆在正极集流体上，经烘干、冷压等工序后，即可得到正极极片。
[负极极片]
采用本申请任一实施方式提供的负极极片。
[隔离膜]
作为隔离膜，本申请并没有特别的限制，可以根据实际需求选用任意公知的具有电化学稳定性和力学稳定性的多孔结构隔离膜。例如，隔离膜可以是包含玻璃纤维、无纺布、聚乙烯、聚丙烯及聚偏二氟乙烯中的一种或几种的单层或多层薄膜。
[电解液]
电解液在正极极片和负极极片之间起到传导离子的作用。所述电解液包括电解质盐和溶剂。
在一些实施方式中，当二次电池为锂离子电池时，电解质盐包括锂盐；作为示例，锂盐可选自六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、高氯酸锂、六氟砷酸锂、双氟磺酰亚胺锂、双三氟甲磺酰亚胺锂、三氟甲磺酸锂、二氟磷酸锂、二氟草酸硼酸锂、二草酸硼酸锂、二氟二草酸磷酸锂及四氟草酸磷酸锂中的至少一种。
在一些实施方式中，当二次电池为钠离子电池时，电解质盐包括钠盐；作为示例，钠盐可选自六氟磷酸钠、高氯酸钠、四氟硼酸钠、三氟甲基磺酸钠及对甲苯磺酸钠中的一种或几种。
在一些实施方式中，溶剂可选自碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯、碳酸二丙酯、碳酸甲丙酯、碳酸乙丙酯、碳酸亚丁酯、氟代碳酸亚乙酯、甲酸甲酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、丁酸甲酯、丁酸乙酯、1,4-丁内酯、环丁砜、二甲砜、甲乙砜及二乙砜中的至少一种。
在一些实施方式中，该电解液还可选地包括添加剂。例如添加剂可以包括负极成膜添加剂、正极成膜添加剂，还可以包括能够改善电池某些性能的添加剂，例如改善电池过充性能的添加剂、改善电池高温或低温性能的添加剂等。
[电池的制备]
在一些实施方式中，可以通过卷绕工艺或叠片工艺将正极极片、负极极片和隔离膜制成电极组件，再经外包装封装后注入电解液，从而制备得到电池。
其中，外包装可以是硬壳，例如硬塑料壳、铝壳、钢壳等。外包装也可以是软包，例如袋式软包。软包的材质可以是塑料，作为塑料，可列举出聚丙烯、聚对苯二甲酸丁二醇酯以及聚丁二酸丁二醇酯等。
本申请对电池的形状没有特别的限制，其可以是圆柱形、方形或其他任意的形状。
电池模块、电池包
在一些实施方式中，电池可以组装成电池模块，电池模块所含电池的数量可以为一个或多个，具体数量本领域技术人员可根据电池模块的应用和容量进行选择。
在一些实施方式中，电池还可以组装成电池包。
在一些实施方式中，电池模块还可以组装成电池包，电池包所含电池模块的数量可以为一个或多个，具体数量本领域技术人员可根据电池包的应用和容量进行选择。
用电装置
在一些实施方式中，提供一种用电装置，所述用电装置包括本申请任一实施方式提供的电池。在某些实施方式中，所述用电装置包括本申请任一实施方式提供的电池模块、或电池包中的至少一种。所述电池、电池模块、或电池包可以用作该用电装置的电源，也可以用作该用电装置的能量存储单元。该用电装置可以包括移动设备（例如手机、笔记本电脑等）、电动车辆（例如纯电动车、混合动力电动车、插电式混合动力电动车、电动自行车、电动踏板车、电动高尔夫球车、电动卡车等）、电气列车、船舶及卫星、储能系统等，但不限于此。
作为所述用电装置，可以根据其使用需求来选择锂离子电池、电池模块或电池包。
在一些实施方式中，该用电装置为纯电动车、混合动力电动车、或插电式混合动力电动车等。为了满足该用电装置对电池的高功率和高能量密度的需求，可以采用电池包或电池模块。
作为另一个示例的装置可以是手机、平板电脑、笔记本电脑等。该装置通常要求轻薄化，可以直接采用电池作为电源。
实施例1
按照以下步骤，制备氟化碳材料。
采用电池级天然石墨材料（Dv50：20μm）作为碳材料，采用全氟醚（购自龙岩思康新材料，FCM-8630）作为分散剂。取一定质量的碳材料投入反应釜，按照碳材料与分散剂的质量比为2:5加入分散剂，经充分搅拌后分散均匀，即制备得到分散液；调整反应釜温度为0℃，连续6 h通入氟氮混合气（氟气体积占比10%），然后停止通气，加热至80℃使分散剂为气态，然后通过抽真空去除分散剂，即制备得到氟化碳材料。
经检测，制备得到的氟化碳材料中氟的质量占比为0.14%。
实施例2~4
除表1中的参数外，按照与实施例1相同的方法制备得到氟化碳材料。
表1
实施例5~7
除表2中的参数外，按照与实施例1相同的方法制备得到氟化碳材料。
表2
实施例8~13
除表3中的参数外，按照与实施例1相同的方法制备得到氟化碳材料。
表3
对比例1
采用电池级天然石墨作为碳材料，投入反应釜搅拌分散，升温至200℃后通入氟气3h，后降温得到氟碳材料。经检测，氟元素质量占比为17.51%。
实验例1
按照以下方法，分别将实施例1、8、9、10、13和对比例1制备得到的氟化碳材料作为负极活性材料用于制备电池单体。此外，还制备采用石墨材料（即实施例1中的碳材料）作为负极活性材料的电池单体作为对照。
（1）正极极片的制备
将作为正极活性材料的磷酸铁锂、作为导电剂的超导电炭黑SP和作为粘结剂的聚偏氟乙烯（PVDF）按照质量比96:2:2分散在作为溶剂的N-甲基吡咯烷酮（NMP）中混合均匀，得到正极浆料；将正极浆料均匀涂覆在正极集流体铝箔上，经烘干、冷压、分条、裁片后，得到正极极片。
2）负极极片的制备
将负极活性材料、作为导电剂的超导电炭黑SP、作为粘结剂的SBR和作为增稠剂的CMC-Na按照质量比96:1:1:2分散在作为溶剂的去离子水中混合均匀，得到负极浆料；将负极浆料均匀涂覆在负极集流体铜箔上；经烘干、冷压、分条、裁片后，得到负极极片。
3）隔离膜
采用聚乙烯膜作为隔离膜。
4）电解液的制备
将碳酸乙烯酯（EC）、碳酸甲乙酯（EMC）、碳酸二乙酯（DEC）按照体积比1:1:1进行混合得到有机溶剂，然后将LiPF6溶解于上述有机溶剂中，配制成LiPF6浓度为1mol/L的电解液。
5）锂离子电池的制备
将上述正极极片、隔离膜、负极极片按顺序层叠，使隔离膜处于正极极片与负极极片之间起到隔离作用，然后叠片得到裸电芯；将裸电芯置于外包装壳中，干燥后注入电解液，经过真空封装，获得锂离子电池单体。
对锂离子电池单体的以下性能进行检测。
循环保持率
分别在25℃和45℃条件下进行以下测试：将电池以1C的恒定电流充电至3.7V，之后以恒压充电至电流降到0.05C，再以1C的恒定电流放电至2.5V，得到首圈放电容量（Cd1），如此反复充放电至第n圈，得到电池循环n圈后的放电容量，记为Cdn。
容量保持率=循环n圈后的放电容量（Cdn）/首圈放电容量（Cd1）
上述检测结果如表4所示。
表4
以上所述，仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (15)

1.一种氟化碳材料的制备方法，其特征在于，包括：将碳材料分散在氟化液中，得到分散液；向所述分散液中通入含氟气体进行反应，所述含氟气体包含氟气；所述反应结束后，去除所述氟化液，即制备得到所述氟化碳材料。
2.如权利要求1所述的氟化碳材料的制备方法，其特征在于，所述反应的条件包括：提供使所述氟化液在所述反应的过程中保持液态的温度条件。
3.如权利要求1所述的氟化碳材料的制备方法，其特征在于，所述反应的条件包括温度为不超过60℃。
4.如权利要求2或3所述的氟化碳材料的制备方法，其特征在于，所述反应的条件包括温度为-10℃~10℃。
5.如权利要求1所述的氟化碳材料的制备方法，其特征在于，所述氟化液包括氢氟醚、全氟醚、全氟烷烃、全氟胺中的至少一种。
6.如权利要求5所述的氟化碳材料的制备方法，其特征在于，所述氟化液包括九氟丁基甲醚、全氟丁基甲醚、十四氟己烷、全氟甲基环戊烷、全氟三丁胺中的至少一种。
7.如权利要求1所述的氟化碳材料的制备方法，其特征在于，所述碳材料包括石墨、碳纤维、活性炭、科琴黑、碳黑和碳纳米管中的至少一种。
8.如权利要求7所述的氟化碳材料的制备方法，其特征在于，所述碳材料与所述氟化液的质量比为1:(2~5)。
9.如权利要求1所述的氟化碳材料的制备方法，其特征在于，所述含氟气体还包括氮气；氟气占所述含氟气体的体积百分比为1%~20%。
10. 如权利要求1所述的氟化碳材料的制备方法，其特征在于，所述反应的条件包括：通入所述含氟气体6 h~24 h。
11.如权利要求1所述的氟化碳材料的制备方法，其特征在于，去除所述氟化液的具体步骤包括(i)、(ii)之一：
(i)加热使所述氟化液为气态，然后通过抽真空去除所述氟化液；
(ii)通过依次进行过滤、洗涤和干燥，以去除所述氟化液。
12.一种氟化碳材料，其特征在于，所述氟化碳材料根据权利要求1~11中任一项所述的氟化碳材料的制备方法制备得到。
13.一种极片，其特征在于，所述极片包括权利要求12所述的氟化碳材料。
14.一种电池，其特征在于，所述电池包括权利要求13所述的极片。
15.一种用电装置，其特征在于，所述电装置包括权利要求14所述的电池。
CN202311680399.8A 2023-12-08 2023-12-08 氟化碳材料及其制备方法、电极、电池和用电装置 Active CN117361502B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202311680399.8A CN117361502B (zh) 2023-12-08 2023-12-08 氟化碳材料及其制备方法、电极、电池和用电装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202311680399.8A CN117361502B (zh) 2023-12-08 2023-12-08 氟化碳材料及其制备方法、电极、电池和用电装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN117361502A true CN117361502A (zh) 2024-01-09
CN117361502B CN117361502B (zh) 2024-04-12

Family

ID=89396983

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202311680399.8A Active CN117361502B (zh) 2023-12-08 2023-12-08 氟化碳材料及其制备方法、电极、电池和用电装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN117361502B (zh)

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107959026A (zh) * 2017-11-15 2018-04-24 上海空间电源研究所 一种改性氟化碳电池及其正极极片和正极材料的制备方法
CN108529589A (zh) * 2018-06-21 2018-09-14 山东重山光电材料股份有限公司 一种工业化生产氟化碳材料的方法
CN109158057A (zh) * 2018-08-29 2019-01-08 山东重山光电材料股份有限公司 一种流化床反应器及用其制备氟化碳材料的方法
CN109179374A (zh) * 2018-08-17 2019-01-11 山东重山光电材料股份有限公司 一种低温制备氟化碳材料的方法
CN110127659A (zh) * 2019-05-14 2019-08-16 中国民航大学 一种具有高放电电压平台的氟化碳正极材料的制备方法
CN111326735A (zh) * 2020-02-17 2020-06-23 电子科技大学 一种氟化碳材料及其制备方法和应用
KR20220107977A (ko) * 2021-01-25 2022-08-02 주식회사 럼플리어 고출력 특성을 가지는 불화탄소 복합소재 및 이를 포함하는 리튬일차전지 양극
CN115974049A (zh) * 2022-12-14 2023-04-18 合壹新能(河源)技术有限公司 一种氟化碳材料及其制备方法、正极片和锂氟化碳电池

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107959026A (zh) * 2017-11-15 2018-04-24 上海空间电源研究所 一种改性氟化碳电池及其正极极片和正极材料的制备方法
CN108529589A (zh) * 2018-06-21 2018-09-14 山东重山光电材料股份有限公司 一种工业化生产氟化碳材料的方法
CN109179374A (zh) * 2018-08-17 2019-01-11 山东重山光电材料股份有限公司 一种低温制备氟化碳材料的方法
CN109158057A (zh) * 2018-08-29 2019-01-08 山东重山光电材料股份有限公司 一种流化床反应器及用其制备氟化碳材料的方法
CN110127659A (zh) * 2019-05-14 2019-08-16 中国民航大学 一种具有高放电电压平台的氟化碳正极材料的制备方法
CN111326735A (zh) * 2020-02-17 2020-06-23 电子科技大学 一种氟化碳材料及其制备方法和应用
KR20220107977A (ko) * 2021-01-25 2022-08-02 주식회사 럼플리어 고출력 특성을 가지는 불화탄소 복합소재 및 이를 포함하는 리튬일차전지 양극
CN115974049A (zh) * 2022-12-14 2023-04-18 合壹新能(河源)技术有限公司 一种氟化碳材料及其制备方法、正极片和锂氟化碳电池

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
封伟: "" 我国氟化碳材料的基础研究现状及发展趋势"", 《新型炭材料》, vol. 38, no. 1, pages 130 - 142 *
陈欣;贾文志;罗孟飞;: "气相氟化CCl_2F_2制备CF_4的催化剂研究", 有机氟工业, no. 04 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN117361502B (zh) 2024-04-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN112151855B (zh) 电化学装置和电子装置
CN116231091B (zh) 锂二次电池用电解液、二次电池和用电装置
CN113851724A (zh) 电化学装置和电子装置
CN106602129A (zh) 一种多离子电池及其制备方法
CN112349961B (zh) 电解液及包含其的电化学装置和电子设备
CN112151750A (zh) 电化学装置和电子装置
CN116154177A (zh) 二次电池和装置
JP2023549974A (ja) 電解液、それを含む二次電池及びこの二次電池の製造方法
CN116053591B (zh) 一种二次电池的电解液、二次电池及电子装置
CN115275103B (zh) 锂电池及用电设备
CN114188504B (zh) 一种电化学装置和电子装置
CN117361502B (zh) 氟化碳材料及其制备方法、电极、电池和用电装置
WO2023077330A1 (zh) 电解液、二次电池及包含该二次电池的用电装置
CN116670846A (zh) 二次电池以及包含其的用电装置
JP2023547000A (ja) シリコンカーボン負極材料、負極極板、二次電池、電池モジュール、電池パック及び電力消費装置
CN116632320B (zh) 一种锂离子电池及包含其的用电装置
CN114843518B (zh) 负极活性材料、负极活性材料的制备方法及电化学装置
JP7463532B2 (ja) リチウムイオン二次電池、電池モジュール、電池パック及び電力消費装置
JP7459369B2 (ja) 改質シリコン材料及び製造方法、負極材料、負極極板、二次電池、電池モジュール、電池パック並びに電力消費装置
WO2024087013A1 (zh) 电极组件、电池单体、电池和用电装置
JP7478827B2 (ja) リチウムイオン電池、電池モジュール、電池パックおよび電気装置
WO2024031519A1 (zh) 隔离膜、其制备方法及其相关的二次电池、电池模块、电池包和用电装置
WO2023123413A1 (zh) 电解液、二次电池和用电装置
CN118077071A (zh) 一种电化学装置及电子装置
CN118120092A (zh) 一种电化学装置及电子装置

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