一种液相紫外辐射官能团接枝改性氟化碳及在锂一次电池中的应用制造技术

本申请提出一种基于光化学作用液相紫外辐射官能团接枝改性氟化碳及在锂一次电池中的应用。本发明专利技术将氟化碳和有机溶剂混合在一起，将液体放置于带有冷凝管的封闭容器中，通过光化学反应，采用紫外辐射对在液相中的氟化碳的表面进行自由基接枝改性，调控液相体系、紫外波长、功率和辐照时间，可获得不同官能团接枝的氟化碳正极材料，有效提升了氟化碳材料的C

【技术实现步骤摘要】
一种液相紫外辐射官能团接枝改性氟化碳及在锂一次电池中的应用


[0001]本专利技术属于新材料、一次电池
，具体涉及一种基于光化学反应液相紫外辐射官能团接枝改性氟化碳的方法，以及接枝改性后的氟化碳作为正极材料在锂一次电池中的应用。

技术介绍

[0002]锂一次电池，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。此外该体系电池具有工作电压平稳、自放电率低、安全性好、绿色环保等一系列优点。
[0003]CN202110125480.4公开了一种紫外辐射改性氟化碳的方法，属于新材料、一次电池
包括：1)称取氟化碳均匀平铺于透明容器中，使氟化碳在容器内的平均厚度为1～5mm，然后将容器置于磁力搅拌机上搅拌；2)保持搅拌的同时，开启紫外灯，辐射改性氟化碳材料，辐射功率为5W～500W，辐射时间为1h以上。本专利技术采用紫外辐射对氟化碳进行改性，紫外线的能量与氟化碳表面的碳氟键匹配，改变了氟化碳的表面结构，并在表面接枝碳氧基团，有效改善了氟化碳材料的导电性；改性后的氟化碳作为正极材料应用于锂一次电池中，大幅提高了电池的倍率性能。
[0004]CN201911077251.9本专利技术公开了一种改性氟化碳正极材料、包含其的正极极片、电池及制备方法，属于化学电源领域，其改性制备过程如下：将氟化碳材料在表面活性剂的作用下分散在水中形成氟化碳分散液，再向氟化碳分散液中加入还原剂溶液和金属盐溶液，反应结束后，过滤、干燥，将溶剂蒸发后即得改性氟化碳正极材料，本专利技术制备的纳米金属颗粒改性的氟化碳正极材料，改善了氟化碳材料的导电性，提高了氟化碳材料的电导率，解决了锂氟化碳一次电池中放电初期电压滞后现象以及钠氟化碳二次电池中充放电极化大的问题。
[0005]在CN202110125480.4的技术的基础上进一步改进，通过液相紫外对氟化碳进行辐射，并将紫外辐照的溶液置于一种带有磁力搅拌子和冷凝管的封闭容器中，不仅使氟化碳材料更加均匀接受到光化学反应，同时通过调控液相体系、紫外波长、功率和辐照时间，可获得不同官能团接枝的氟化碳正极材料，有效提升了氟化碳材料的C
‑
F键的活性；改性后的氟化碳材料作为正极材料应用于锂一次电池中，使其放电平台相对平稳，容量增加，放电时
间更长，即提高了氟化碳材料的能量密度。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于在CN202110125480.4的技术的基础，提出了一种基于光化学反应的液相紫外辐射官能团接枝改性氟化碳的方法及在锂一次电池中的应用。本专利技术将氟化碳、有机溶剂等药品混合在一起，将液体放置于带有冷凝管的封闭容器中，采用紫外辐射对在液相中的氟化碳的表面进行改性，通过光化学反应，同时通过调控液相体系、紫外波长、功率和辐照时间，可获得不同官能团接枝的氟化碳正极材料，有效提升了氟化碳材料的C
‑
F键的活性；改性后的氟化碳材料作为正极材料应用于锂一次电池中，使其放电平台相对平稳，容量增加，放电时间更长，即提高了氟化碳材料的能量密度。
[0007]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0008]一种液相紫外辐射掺杂改性氟化碳的方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0009]步骤1、称取一定量的氟化碳放入去离子水和乙醇混合溶液中搅2h至均匀，得到溶液A；
[0010]步骤2、再根据氟化碳的质量比称取一定量有机溶液B，与溶液A混合后搅拌2h至均匀，得到溶液C；
[0011]步骤3、将溶液C注入密闭石英玻璃容器中，该容器带有冷凝管装置和放置磁力搅拌子的定位区；
[0012]步骤4、将密闭石英容器按照磁力搅拌子的定位区置于磁力搅拌机上，调节转速使其保持低速搅拌，开启紫外灯，经过一段时间紫外辐射后关闭紫外灯设备，得到溶液D；
[0013]步骤5、将溶液D放置于旋蒸设备中，对清洗后的溶液进行旋蒸处理，去除有机溶剂，得到糊状样品E；
[0014]步骤6、将糊状样品E经过多次水洗和离心后置入冷冻干燥设备中干燥后得到不同官能团接枝改性的氟化碳粉体材料。
[0015]进一步地，步骤1所述的去离子水和多元醇溶液的目的是为了氟化碳材料更好的分散。
[0016]进一步地，步骤2所述有机溶剂为醇、脂、醚、有机盐溶液等，搅拌是为了液相混合更加均匀。
[0017]进一步地，步骤3中所述的石英容器目的是为了避免溶剂吸热挥发影响紫外光的辐照效果，冷凝管回流的目的是为了减少因为紫外灯辐照而挥发的有机溶剂和去离子水的蒸发的损失。
[0018]进一步地，步骤4中所述磁力搅拌的转速为100～500转/分，保证在紫外辐射过程中，溶液一致处于搅拌状态。
[0019]进一步地，步骤4中所述紫外灯的波长为200～400nm，辐射功率为5W～100W，辐射时间为12
‑
72h。
[0020]进一步地，步骤5中所述旋蒸，油浴温度为50
‑
80℃，其目的是为了在低温环境中去除多余的有机溶剂，而不影响官能团在氟化碳上的接枝情况。
[0021]进一步地，步骤6所述水洗、离心和冷冻干燥，其目的是为了去除残余的有机溶液和得到干燥粉体。
[0023]本专利技术还提供了一种上述基于光化学反应液相紫外辐射官能团接枝改性后的氟化碳作为锂/氟化碳一次电池的正极材料的应用。
[0024]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0025]1、本专利技术提供了一种基于光化学反应液相紫外辐射官能团接枝改性氟化碳的方法，紫外辐照的氟化碳溶液置于一种带有冷凝管的封闭容器中，通过光化学反应，调控液相体系、紫外波长、功率和辐照时间，将自由基接枝在氟化碳的C键上，可获得不同官能团的氟化碳正极材料，有效提升了氟化碳材料的C
‑
F键的活性。
[0026]2、本专利技术将官能团接枝改性后的氟化碳作为正极材料应用于锂一次电池中，使其放电平台相对平稳，容量增加，放电时间更长，即提高了氟化碳材料的能量密度。通过已经进行的实验可得液相紫外改性氟化碳可以提高Li/CF
x
一次电池的能量密度。
[0027]3、相较于传统的氟化碳改性方法，如高温碳包覆、水热包覆、导电高分子包覆等，本专利技术提供的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于光化学反应液相紫外辐照官能团接枝改性氟化碳的方法，其特征在于，通过调控液相体系，通过光化学自由基反应，可获得不同官能团接枝的氟化碳正极材料，提高锂/氟化碳一次电池的电化学性能，具体包括一下步骤：步骤1、称取一定量的氟化碳放入去离子水和乙醇混合溶液中搅2h至均匀，得到溶液A；步骤2、再根据氟化碳的质量比称取一定量有机溶液B，与溶液A混合后搅拌2h至均匀，得到溶液C；步骤3、将溶液C注入密闭石英玻璃容器中，该容器带有冷凝管装置和放置磁力搅拌子的定位区；步骤4、将密闭石英容器按照磁力搅拌子的定位区置于磁力搅拌机上，调节转速使其保持低速搅拌，开启紫外灯，经过一段时间紫外辐射后关闭紫外灯设备，得到溶液D；步骤5、将溶液D放置于旋蒸设备中，对清洗后的溶液进行旋蒸处理，去除有机溶剂，得到糊状样品E；步骤6、将糊状样品E经过多次水洗和离心后置入冷冻干燥设备中干燥后得到不同官能团接枝改性的氟化碳粉体材料。2.根据权利要求1所述的液相紫外辐射官能团接枝改性氟化碳的方法，其特征在于，步骤1所述的去离子水和多元醇溶液的目的是为了氟化碳材料更好的分散。3.根据权利要求1所述的液相紫外辐射官能团接枝改性氟化碳的方法，其特征在于，步骤2所述有机溶剂为醇、脂、醚、有机盐溶液等，搅拌是为了液相混合更加均匀...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘一凡，秦桂璐，王健，简贤，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：