一种表面高导电氟化碳的可控制备方法技术

本发明专利技术提供一种表面高导电氟化碳的可控制备方法，将氟化碳浸润在含有表面活性剂的去离子水和无水乙醇混合液中，加入去氟化剂及氮源后，于120～240摄氏度下热处理4～12小时，得到表面高导电氟化碳材料，所述表面高导电氟化碳表面氟含量为0～30％，氮掺杂量为7～26％；通过去氟化剂降低材料表面氟含量，并利用去氟化过程产生的缺陷实现高比例氮掺杂，在保证材料高比容量的同时，显著增加了材料表面电导率，减轻放电过程中的极化，提高了电压平台。提高了电压平台。提高了电压平台。

【技术实现步骤摘要】
一种表面高导电氟化碳的可控制备方法


[0001]本专利技术涉及氟化碳材料领域，尤其涉及一种表面高导电氟化碳的可控制备方法。

技术介绍

[0002]氟化碳材料(CF
x
)是目前世界上理论能量密度最高的锂原电池(锂/氟化碳电池)固态正极材料，另外锂/氟化碳电池还具有寿命长、自放电小、工作温度宽、环境友好等优点，在电子器件、生物医学和装备电源等领域有广阔应用前景，极具市场潜力，备受研究者关注。但氟化碳自身导电性差，使得锂/氟化碳电池在放电过程中存在电压滞后、电压平台低及大倍率放电性能差的问题，这些问题极大的制约了锂/氟化碳电池的应用。通过对氟化碳进行改性处理可有效改善这一问题，例如中国专利202011030019.2公开了一种等离子体诱导活化氟化碳的方法，利用等离子体技术对氟化碳材料表面进行改性，使得氟化碳材料表面达到表面去氟化、官能团改性以及激活碳氟键活性的效果，降低了锂/氟化碳电池的阻抗，改善了电池的电压滞后问题；但其比容量以及倍率性能提升不明显。

技术实现思路

[0003]有鉴于此，本专利技术提供了一种表面高导电氟化碳的可控制备方法，在降低氟化碳表面氟含量的同时实现高氮掺杂，得到一种表面高导电氟化碳。
[0004]为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：
[0005]本专利技术实施例提供了一种表面高导电氟化碳的可控制备方法，所述方法包括：
[0006]将氟化碳浸润在含有表面活性剂的去离子水和无水乙醇混合液中，加入去氟化剂及氮源后，于120～240摄氏度下热处理4～12小时，得到表面高导电氟化碳材料；其中，所述表面高导电氟化碳表面氟含量为0～30％，氮掺杂量为7～26％。
[0007]其中，所述方法还包括：
[0008](1)取50～90毫升去离子水和无水乙醇配成的混合液加入到聚四氟乙烯反应釜内胆中，再加入10～30毫克表面活性剂；
[0009](2)取氟化碳加入所述反应釜内胆，超声震荡至所述氟化碳充分浸润；然后按所述氟化碳与去氟化剂质量比为1～4∶1加入所述去氟化剂，超声震荡至所述去氟化剂充分溶解；最后按所述氟化碳与氮源质量比为2～4∶1加入所述氮源，超声震荡至所述氮源充分溶解；
[0010](3)将所述反应釜内胆放入反应釜中，密封后放入真空干燥箱中，于120～240摄氏度下热处理4～12小时；
[0011](4)待所述反应釜冷却到室温后，将所得混合液用去离子水和无水乙醇交替抽滤，清洗残余的所述去氟化剂及所述氮源，重复三次，将清洗后的样品置于50～100摄氏度的真空干燥箱中干燥6～18小时，得到表面高导电氟化碳。
[0012](5)将所述表面高导电氟化碳作为活性材料，与导电剂、粘结剂等经过调浆、涂布、干燥、裁片等过程后得到极片，以金属锂为对电极，组装成锂/氟化碳电池。
[0013]其中，所述氟化碳的氟含量为50～80％；所述氟化碳包括氟化碳微球、氟化石墨、氟化石墨烯及氟化碳纳米管至少之一。
[0014]其中，所述表面活性剂包括聚氨基甲酸乙酯、十二烷基苯磺酸钠及曲拉通X
‑
100至少之一。
[0015]其中，所述去氟化剂包括氨水、氢氧化钠及氢氧化钾至少之一。
[0016]其中，所述氮源包括尿素、三聚氰胺及硫脲至少之一。
[0017]其中，所述调浆比例为氟化碳：导电剂∶粘结剂质量比包括8∶1∶1、0.82∶0.09∶0.09及0.86∶0.07∶0.07至少之一。
[0018]其中，所述导电剂包括科琴黑、乙炔黑、碳纳米管及碳纤维至少之一。
[0019]其中，所述粘结剂为聚四氟乙烯或聚偏氟乙烯。
[0020]其中，所述调浆溶剂为N
‑
甲基吡咯烷酮，将所述氟化碳、所述导电剂、所述粘结剂制成浆料，涂布于涂炭铝箔，干燥后裁片制备成电极。
[0021]本专利技术提供一种表面高导电氟化碳的可控制备方法，将氟化碳充分浸润在含有表面活性剂的去离子水和无水乙醇混合液中，加入去氟化剂及氮源后，于120～240摄氏度下热处理4～12小时，得到表面高导电氟化碳材料；其中，所述表面高导电氟化碳表面氟含量为0～30％，氮掺杂量为7～26％；通过去氟化剂降低材料表面氟含量，并利用去氟化过程产生的缺陷实现高比例氮掺杂，氟化碳表面大量C
‑
F键断裂，碳原子暴露，且产生的缺陷提供了大量氮原子嵌入位点；材料表面裸露的碳以及嵌入的氮原子提供了更好的导电网络，能够显著改善材料导电性，减轻电压滞后效应，在保证高比容量的同时，提高锂/氟化碳电池的倍率性能；同时，本专利技术中的表面高导电氟化碳因为比容量高、导电性好，为锂/氟化碳电池在高功率领域应用奠定了基础。
[0022]相较于现有技术，具有以下有益效果：
[0023](1)一步实现氟化碳表面可控去氟化及氮掺杂；
[0024](2)利用去氟化过程中产生的缺陷实现了高比例氮掺杂，掺杂量相较于传统氮掺杂方法显著提高；
[0025](3)得到的表面高导电氟化碳具有优异的电压平台及倍率性能。
附图说明
[0026]图1为本专利技术一实施例提供的改性后氟化碳材料微观形貌图；
[0027]图2为本专利技术一实施例提供的改性后氟化碳材料20C倍率放电图。
具体实施方式
[0028]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仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0029]实施例一
[0030]本实施例中以氟含量为60％的氟化碳为原料，制备一种表面氟含量为6％，氮掺杂量为23％的表面高导电氟化碳为例，通过具体试验对本实施例提供的制备方法对氟化碳表面氟含量及氮掺杂量影响进行验证，具体如下：
[0031](1)取80毫升去离子水和无水乙醇配成的混合液加入到聚四氟乙烯反应釜内胆
中，再加入18毫克表面活性剂；
[0032](2)取氟化碳加入所述反应釜内胆，超声震荡至所述氟化碳充分浸润；然后按所述氟化碳与去氟化剂质量比为2∶1加入所述去氟化剂，超声震荡至所述去氟化剂充分溶解；最后按所述氟化碳与氮源质量比为3∶1加入所述氮源，超声震荡至所述氮源充分溶解；
[0033](3)将所述反应釜内胆放入反应釜中，密封后放入真空干燥箱中，于180摄氏度下热处理8小时；
[0034](4)待所述反应釜冷却到室温后，将所得混合液用去离子水和无水乙醇交替抽滤，清洗残余的所述去氟化剂及所述氮源重复三次，将清洗后的样品置于60摄氏度的真空干燥箱中干燥12小时，得到表面高导电氟化碳。
[0035](5)将所述表面高导电氟化碳作为活性材料，与导电剂、粘结剂等经过调浆、涂布、干燥、裁片等过程后得到极片，以金属锂为对电极，组装成锂/氟化碳电池。
[0036]采用本实施例制备的表面高导电氟化碳为活性物质，制备锂一次扣式电池，具体方法包括：以8∶1∶1的比例分别称取表面高导电氟化碳、科琴黑、聚偏氟乙烯；将聚偏氟乙烯置本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种表面高导电氟化碳的可控制备方法，其特征在于，所述方法包括：将氟化碳浸润在含有表面活性剂的去离子水和无水乙醇混合液中，加入去氟化剂及氮源后，于120～240摄氏度下热处理4～12小时，得到表面高导电氟化碳材料；其中，所述表面高导电氟化碳表面氟含量为0～30％，氮掺杂量为7～26％。2.根据权利要求1所述的表面高导电氟化碳的可控制备方法，其特征在于，所述方法还包括：(1)取50～90毫升去离子水和无水乙醇配成的混合液加入到聚四氟乙烯反应釜内胆中，再加入10～30毫克表面活性剂；(2)取氟化碳加入所述反应釜内胆，超声震荡至所述氟化碳充分浸润；然后按所述氟化碳与去氟化剂质量比为1～4∶1加入所述去氟化剂，超声震荡至所述去氟化剂充分溶解；最后按所述氟化碳与氮源质量比为2～4∶1加入所述氮源，超声震荡至所述氮源充分溶解；(3)将所述反应釜内胆放入反应釜中，密封后放入真空干燥箱中，于120～240摄氏度下热处理4～12小时；(4)待所述反应釜冷却到室温后，将所得混合液用去离子水和无水乙醇交替抽滤，清洗残余的所述去氟化剂及所述氮源，重复三次，将清洗后的样品置于50～100摄氏度的真空干燥箱中干燥6～18小时，得到表面高导电氟化碳；(5)将所述表面高导电氟化碳作为活性材料，与导电剂、粘结剂等经过调浆、涂布、干燥、裁片等过程后得到极片，以金属锂为对电极，组装成锂/氟化碳电池。3.根据权利要求2所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘俊安，马骏，罗振亚，谢淑红，潘勇，
申请(专利权)人：湘潭大学，
类型：发明
国别省市：