一种氟化碳材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种氟化碳材料及其制备方法和应用，属于化学电源技术领域，具体步骤包括：将碳材料与氟源研磨，混合均匀后封管，接着放在管式炉中处理，随后降温处理，得到氟化碳材料。制备得到的氟化碳材料涂覆在铝箔表面作为钾电池正极材料，负极使用金属钾，组装成钾‑氟化碳二次电池。在充放电过程中钾离子可逆嵌入与脱出在氟化碳中，从而保证了本发明专利技术在钾‑氟化碳二次电池体系中的实际应用。本发明专利技术氟化碳材料在钾二次电池中的应用，制得循环性能稳定且良好的二次电池，且不需添加任何额外工艺，方法简单易行，工业可行性强，极具工业化应用价值和潜力。

A fluorinated carbon material and its preparation and Application

【技术实现步骤摘要】
一种氟化碳材料及其制备方法和应用
本专利技术属于化学电源
，具体涉及一种氟化碳材料及其制备方法和应用。
技术介绍
锂离子电池是一种二次电池(充电电池)，它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中，Li+在两个电极之间往返嵌入和脱嵌：充电时，Li+从正极脱出，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态；放电时则相反。锂离子电池具有高比能量、高充放电效率和长寿命等优点，是目前最具有应用前景的化学电源之一。目前，商业上普遍使用的锂离子电池正极材料,例如磷酸铁锂，锰酸锂，三元正极，能量密度低于1000Wh/kg。氟化碳正极材料比能量达到2180Wh/kg，是目前锂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。但是对于氟化碳正极而言，锂氟化碳电池在放电后，生成的氟化锂在电解液中溶解再结晶，在电极材料表面生成大颗粒LiF，电化学分解电位高(～4.3V)，使其很难作为二次电池，极大限制了锂氟化碳电池的应用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于：为解决锂氟化碳电池在液态体系下放电产物氟化锂颗粒过大而分解电位高导致的电池无法循环充放的问题，提供一种氟化碳材料的制备方法及其在钾二次电池中的应用，该钾二次电池放电产物为KF，在电解液中溶解度小，沉积在电极材料内部颗粒均匀且细小，且KF分解电位低(～3.7V)更易分解，电池能够实现二次可充放。本专利技术采用的技术方案如下：一种氟化碳材料的制备方法，包括以下步骤：将碳材料与氟源研磨混合均匀，在保护气体环境下于900-1200℃保温处理2-3h，随后降温至300-500℃保温处理5-7h，得到氟化碳材料；其中碳源与氟源的质量比为0.01-1：1。进一步地，包括以下步骤：将碳材料与氟源研磨混合均匀，在保护气体环境下于1000℃保温处理2h，随后降温至400℃保温处理5h，得到氟化碳材料；其中碳源与氟源的质量比为0.01-1：1。进一步地，碳源为石墨、软碳、碳纳米管、石墨烯、碳纳米笼和碳微球中的至少一种；所述氟源为聚偏氟乙烯(PVDF)。进一步地，保护气体为惰性气体，包括氮气、氩气等。采用上述的方法制备得到的氟化碳材料。上述的氟化碳材料在钾二次电池中的应用。进一步地，具体为：将氟化碳材料、SuperP和聚偏氟乙烯分散在N-甲基吡咯烷酮(NMP)溶剂中，其中，氟化碳材料、SuperP和聚偏氟乙烯的质量比为60-99：0.01-40：0.01-10，混合均匀研磨成浆料，涂在铝箔上真空烘干作为正极，以金属钾为负极，使用钾电池电解液和PP隔膜组装成电池；真空烘干具体为：在30-160℃的温度下烘干0.5-48h。进一步地，电解液中的钾盐为KPF6、KClO4、KTFSI,KFSI和KBF4中的至少一种，溶剂为碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二甲酯(DMC)、乙二醇二甲醚(DME)、1,3-二氧戊环(DOL)、碳酸亚乙烯酯(VC)、碳酸甲乙酯(EMC)和氟代乙酸酯(FEC)中的至少一种。进一步地，电池的充放电窗口为1.5-4.8V。一种钾二次电池，包括上述的氟化碳材料，还包括导电剂、粘结剂，将氟化碳材料、导电剂、粘结剂混合研磨涂在铝箔上烘干作为电池的正极，以金属钾为负极，使用使用钾电池电解液和PP隔膜组装成电池。导电剂包括乙炔黑、SuperP、导电炭黑和碳纳米管等；粘结剂包括聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚丙烯酸以及聚酰亚胺和羧甲基纤维素等。综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果是：1、本专利技术采用复合封管的制备方法制备氟化碳材料，将碳材料与PVDF研磨混合均匀用保护气体封管，采用1000℃热处理方式，使PVDF分解转化为氟气，并且在400℃可以充分地使氟气与碳源反应，得到氟化碳材料，制备简单，方法安全，可工业化生产，用于钾二次电池；2、采用本专利技术制备的氟化碳材料制得的钾二次电池，放电产物为KF，在电解液中溶解度小，沉积在电极材料内部颗粒均匀且细小，且KF分解电位低(～3.7V)更易分解，电池能够实现二次可充放，在充放电过程中钾离子可逆嵌入与脱出在氟化碳中，有效解决锂氟化碳电池在液态体系下放电产物氟化锂颗粒过大而分解电位高导致的电池无法循环充放的问题。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1为实施例1制得的氟化人造石墨的XRD曲线图；图2为实施例1制得电池的充放电曲线图；图3为对比例1制得电池的充放电曲线图；图4为对比例2制得电池的充放电曲线图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术，即所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和出示的本专利技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本专利技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本专利技术的范围，而是仅仅表示本专利技术的选定实施例。基于本专利技术的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。以下结合实施例对本专利技术的特征和性能作进一步的详细描述。实施例1本专利技术较佳实施例提供的一种氟化碳材料及其制备方法和应用，具体如下：将人造石墨与PVDF，研磨混合均匀用氩气封管，放在管式炉中1000℃处理2h，随后降温至400℃处理5h，得到氟化人造石墨材料，其中人造石墨与PVDF质量比为0.7：1。将氟化人造石墨、SuperP和PVDF以质量比8：1：1的比例分散在NMP溶剂中，混合均匀研磨成浆料，将浆料涂布在铝箔上，再转移到80℃真空干燥箱真空干燥12h，用裁片机裁成所需极片大小，用作正极，对电极用金属钾作负极，以1MKPF6与EC/DMC(v:v＝1:1)混合配成电解液，用PP隔膜在水和氧含量均低于1ppm本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氟化碳材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n将碳材料与氟源研磨混合均匀，在保护气体环境下于900-1200℃保温处理2-3h，随后降温至300-500℃保温处理5-7h，得到氟化碳材料；其中碳源与氟源的质量比为0.01-1：1。/n

【技术特征摘要】
1.一种氟化碳材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将碳材料与氟源研磨混合均匀，在保护气体环境下于900-1200℃保温处理2-3h，随后降温至300-500℃保温处理5-7h，得到氟化碳材料；其中碳源与氟源的质量比为0.01-1：1。


2.根据权利要求1所述的氟化碳材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将碳材料与氟源研磨混合均匀，在保护气体环境下于1000℃保温处理2h，随后降温至400℃保温处理5h，得到氟化碳材料；其中碳源与氟源的质量比为0.01-1：1。


3.根据权利要求1或2所述的氟化碳材料的制备方法，其特征在于，所述碳源为石墨、软碳、碳纳米管、石墨烯、碳纳米笼和碳微球中的至少一种；所述氟源为聚偏氟乙烯。


4.根据权利要求1或2所述的氟化碳材料的制备方法，其特征在于，所述保护气体为惰性气体。


5.采用权利要求1-4中任一项所述的方法制备得到的氟化碳材料。


6.权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：王丽平，陈鹏宇，牛晓滨，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51