一种用于锂氟化碳电池的复合正极材料及其制备方法技术

本发明专利技术是一种用于锂氟化碳电池的复合正极材料及其制备方法，该正极材料为氟化石墨烯、二氧化锰和导电聚合物的复合物。制备方法首先通过超声振荡的方式制备出单分散氟化石墨烯溶液，然后将氟化石墨烯溶液转移到高速剪切乳化均质机中进行剪切分散，剪切后的氟化石墨烯溶液与二氧化锰粉体、导电聚合物一同装进氧化锆球磨罐中进行球磨混合。最后将球磨后的复合正极浆料干燥、粉碎、过筛得到复合正极材料粉末。本发明专利技术利用二氧化锰改性以及导电聚合物包覆的氟化石墨烯，可提高氟化石墨烯材料本身的电子电导率，改善正极材料的大电流放电性能和容量利用率，应用于锂氟化碳电池有利于提高电池的比能量和倍率性能。

Composite cathode material for lithium fluoride carbon battery and preparation method thereof

The present invention is a composite cathode material for lithium fluoride carbon battery and its preparation method. The cathode material is a composite of fluorine fossil, manganese dioxide and conductive polymer. The preparation method by ultrasonic oscillation way prepared monodisperse fluorographene solution, and then the fluorographene solution is transferred to a high shear emulsification machine for shearing, fluorographene solution and manganese dioxide powder and conductive polymer sheared together into zirconia ball milling tank for ball milling mixed. Finally, composite cathode powder was obtained by drying, grinding and screening of composite cathode slurry after ball milling. The invention uses the fluorographene modified manganese dioxide and conductive polymer coating, can improve the electronic conductivity of fluorinated graphene material itself, improve the anode material of the large current discharge performance and capacity utilization rate, applied to lithium fluoride carbon batteries can improve battery specific energy and rate performance.

【技术实现步骤摘要】
一种用于锂氟化碳电池的复合正极材料及其制备方法
本专利技术是一种用于锂氟化碳电池的复合正极材料及其制备方法，属于储能复合材料

技术介绍
随着社会经济的发展，各种可穿戴便携式电子产品对配套电源的要求向着轻量化、高能化、超长续航和高安全性的方向迅速发展。人们对电池的性能，尤其是锂电池性能的要求越来越高。锂一次电池由于具有优异的性能，被广泛应用于传感器、照相机、心脏起搏器、飞机等多种民用及军事领域。目前常见的锂一次电池包括，锂二氧化锰电池、锂亚硫酰氯电池、锂二氧化硫电池、锂氟电池、锂铁电池等。其中，锂氟化碳电池是固体正极锂一次电池中理论质量比能量最高的，实用比能量可高达250～800Wh/kg。但是由于正极氟化碳材料的电子电导率较差，制约了电池高倍率放电性能，使锂氟化碳电池在许多领域应用性受限。石墨烯是一种新型二维纳米材料，具有超强的导电性能，是目前导电性最好的材料。单层石墨烯具有高比表面积(2630m2/g)、超高的电子迁移率(200000cm2/V·S)和热导率(5000W/m·K)。氟化石墨烯作为石墨烯的新型功能化材料，既保持了石墨烯的大比表面积，又因氟原子的引入带来了表面能降低、疏水性增强等新颖的界面和物理化学性能。通过金属氧化物改性和导电聚合物包覆修饰，可进一步提高材料的电子电导率，降低极化电阻。应用于锂氟化碳电池正极材料，有利于提高电解液的浸润性并增大正极材料反应活性面积，提高材料导电性，从而有效提升正极材料利用率，这对于提高电池的比能量和比功率具有重要意义。因此基于以上原因，我们提出了以下专利技术。
技术实现思路
本专利技术正是针对上述现有技术状况而设计提供了一种用于锂氟化碳电池的复合正极材料及其制备方法，其目的是利用氟化石墨烯独特的二维结构及优异的表界面性质，并通过二氧化锰金属氧化物改性和导电聚合物修饰，使复合正极材料的容量利用率和电池倍率性能得到明显提高。为实现上述目的，本专利技术采用了以下技术方案：本专利技术技术方案提出了一种用于锂氟化碳电池的复合正极材料，其特征在于：该复合正极材料的组成及重量百分比为：二氧化锰0.1％～10％，导电聚合物10％～25％，余量为氟化石墨烯。导电聚合物为聚乙炔、聚噻吩、聚吡咯、聚苯胺、聚并苯中的一种。本专利技术技术方案还提出制备所述的用于锂氟化碳电池的复合正极材料的方法，其特征在于：该方法的步骤为：步骤一、单分散氟化石墨烯溶液的制备将氟化石墨烯加入到无水酒精溶液中，利用超声振荡方式制备出均匀的单分散氟化石墨烯溶液；步骤二、将单分散氟化石墨烯溶液移至高速剪切乳化均质机中进行剪切分散，剪切频率为20～60Hz，剪切时间为10min～60min。；步骤三、将二氧化锰粉末及导电聚合物按配比添加到经剪切分散后的单分散氟化石墨烯溶液中，装进氧化锆球磨罐中通过球磨机械混合，混合时间为10h～24h；步骤四、将球磨混合后的浆料取出，放入烘箱中烘干，烘箱温度为50℃～100℃；步骤五、烘干后的混合物经过粉碎、过筛即得到氟化石墨烯/二氧化锰/导电聚合物的复合正极材料。氟化石墨烯为氟化石墨烯纳米片，其最大外径尺寸为5～20μm，氟碳原子比为0.6～1.1。二氧化锰粉体的粒径为20～40μm，使用前在烘箱内经340～360℃恒温预处理18～24小时。本专利技术方案首先通过超声振荡的方式制备出单分散氟化石墨烯溶液，然后将氟化石墨烯溶液转移到高速剪切乳化均质机中进行剪切分散，剪切后的氟化石墨烯溶液与二氧化锰粉体、导电聚合物一同装进氧化锆球磨罐中进行球磨混合，最后将球磨后的复合正极浆料干燥、粉碎、过筛得到复合正极材料粉末。本专利技术技术方案的特点如下：a.通过超声波振荡与剪切分散的方式，使氟化石墨烯充分分散，同时将氟化石墨烯片径剪切，利于实现氟化石墨烯的金属氧化物改性和导电聚合物修饰；b.将经热处理的二氧化锰粉末和导电聚合物材料与氟化石墨烯溶液一同装入氧化锆球磨罐中进行机械球磨，能实现氟化石墨烯、二氧化锰材料及导电聚合物的良好复合，同时材料颗粒细化，混合更均匀，提高了材料的倍率性和一致性。通过上述技术方案获得的氟化石墨烯/二氧化锰/导电聚合物复合材料具有明显的优点。首先通过超声波振荡与剪切分散的方式，能获得片径尺寸一致、分散良好的氟化石墨烯溶液。其次，通过机械球磨的方式将氟化石墨烯溶液与二氧化锰材料及导电聚合物材料混合，能使氟化石墨烯与二氧化锰和导电聚合物之间形成良好的结合界面，同时细化了正极材料颗粒，使材料更均匀，提高了材料的倍率性和一致性。通过上述方法，同步实现了氟化石墨烯的金属氧化物改性和导电聚合物修饰，本工艺简单，易于实现大批量氟化石墨烯/二氧化锰/导电聚合物复合材料的制备，有利于工程应用。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术的技术方案做进一步的说明。实施例1制备用于锂氟化碳电池的复合正极材料的方法步骤如下：步骤一、单分散氟化石墨烯溶液的制备将最大外径尺寸为20μm，氟碳原子比为0.8的10g氟化石墨烯纳米片加入到500mL无水酒精溶液中，玻璃棒搅匀后利用超声振荡方式制备出均匀的单分散氟化石墨烯溶液。氟化石墨烯为氟化石墨烯，其；步骤二、将单分散氟化石墨烯溶液移至高速剪切乳化均质机中进行剪切分散，频率设为30Hz，剪切时间为30min；步骤三、将1g粒径为30μm的二氧化锰粉末置于烘箱内升温至340℃恒温20小时进行热处理。将经热处理后的二氧化锰粉末与2.2g聚苯胺材料添加到经剪切分散后的单分散氟化石墨烯溶液中，装进氧化锆球磨罐中通过球磨机械混合，混合时间为24h；步骤四、将球磨混合后的浆料取出，放入烘箱中烘干，烘箱温度为80℃；步骤五、烘干后的混合物经过粉碎、过筛即得到氟化石墨烯/二氧化锰/导电聚合物的复合正极材料。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于锂氟化碳电池的复合正极材料，其特征在于：该复合正极材料的组成及重量百分比为：二氧化锰0.1％～10％，导电聚合物10％～25％，余量为氟化石墨烯。

【技术特征摘要】
1.一种用于锂氟化碳电池的复合正极材料，其特征在于：该复合正极材料的组成及重量百分比为：二氧化锰0.1％～10％，导电聚合物10％～25％，余量为氟化石墨烯。2.根据权利要求1所述的用于锂氟化碳电池的复合正极材料，其特征在于：导电聚合物为聚乙炔、聚噻吩、聚吡咯、聚苯胺、聚并苯中的一种。3.制备权利要求1所述的用于锂氟化碳电池的复合正极材料的方法，其特征在于：该方法的步骤为：步骤一、单分散氟化石墨烯溶液的制备将氟化石墨烯加入到无水酒精溶液中，利用超声振荡方式制备出均匀的单分散氟化石墨烯溶液；步骤二、将单分散氟化石墨烯溶液移至高速剪切乳化均质机中进行剪切分散；步骤三、将二氧化...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭思侃，燕绍九，南文争，陈翔，王晨，
申请(专利权)人：中国航发北京航空材料研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11