一种氟化碳材料和制备及应用制造技术

本发明专利技术涉及一种氟化碳材料及制备和应用，将碳颗粒和碳化硼混合均匀后，放入反应器中，通入惰性气体后开始加热；待加热到200～600℃(优选300～500℃)后，通入氟化试剂；氟化反应4

【技术实现步骤摘要】
一种氟化碳材料和制备及应用


[0001]本专利技术属于锂/氟化碳一次电池领域，尤其涉及氟化碳材料制备及应用。

技术介绍

[0002]一次电池具有使用寿命长、较高能量密度和工作电压，即使在锂离子电池二次电池技术广泛应用的今天，仍有广阔应用前景，特别是更高能量密度的锂/氟化碳电池更是备受关注。
[0003]锂/氟化碳电池具有能量密度高、搁置稳定性好等优点，但离子传输不畅，电池的大电流放电能力不好，而且放热严重，电压平台低等缺点，亟需开发性能更加优异的氟化碳材料以满足需求。

技术实现思路

[0004]针对上述问题，本专利技术提供一种氟化碳材料制备方法及应用。该制备方法简单，所制得的氟化碳具有高电压特性提高电池的倍率性能，具有较好的产业化前景。
[0005]本专利技术提供一种氟化碳材料。
[0006]氟化碳材料中硼元素质量比例为0.5％～15％，较优的是硼占质量比例为1％～5％；氟元素质量含量为20％～70％，较优的是氟占质量比例为40％～60％；其余为碳。
[0007]将碳颗粒和碳化硼混合均匀后，放入反应器中，通入惰性气体后开始加热；待加热到200～600℃(优选300～500℃)后，通入氟化试剂；氟化反应4
‑
36小时(优选6
‑
24小时)，停止反应，即得到含硼的氟化碳材料。
[0008]所述的碳化硼的粒径为0.01微米
‑
5微米，较优的是0.02微米
‑
2微米；
[0009]所述的碳颗粒的粒径为1微米
‑
500微米，较优的是5微米
‑
30微米。
[0010]所述的氟化碳材料可由碳材料进行氟化反应制备。
[0011]所述的碳材料由碳化硼和碳颗粒通过包括但不限于物理混合而成。
[0012]所述的氟气或氟气/惰性气体气氛混合气中氟气占总体积比2％
‑
99％,其中较优的是5％～50％；所述的惰性气体气氛包括氮气、氩气、氦气中的一种或者两种及以上。
[0013]所述的惰性气体气氛包括氮气、氩气、氦气中的一种或者两种及以上；
[0014]所述的气相氟化物为三氟化氮、三氟化硼、二氟化氙中的一种或者两种及以上。
[0015]采用上述技术手段，本专利技术具有以下有益效果。制备的氟化碳材料，制备简单，成本低。引入的硼元素，在电池放电过程中，形成放电产物氟化锂结晶成核的晶种，减少在碳表面氟化锂形成大的包覆，可以大幅降低氟化碳电池的极化，提高比功率。利用本专利技术制备的氟化碳组装的锂/氟化碳电池具有更高比功率和比能量，应用前景广阔。
[0016]附表说明
[0017]附表1为实施例和对比例的电极材料的克容量，
[0018]将制备的氟化碳材料、导电炭黑、聚偏氟乙烯按照质量比为8：1：1充分混合于N
‑
甲基吡咯烷酮后，涂敷于铝箔上烘干，氟化碳材料作为正极使用，面密度为10mg/cm2。负极材
料为金属锂，电解液为1mol/L LiPF6的碳酸丙烯酯/碳酸二甲酯(V:V＝1:1),隔膜为25微米的聚乙烯隔膜，将上述材料按照正极、隔膜、负极组装，并注有充足电解液后，构成CR2016扣式电池。电池室温下静置12小时后以1.2A/g(氟化碳)进行恒电流放电测试，放电到1.5V的电压截止。
具体实施方式
[0019]实施例1
[0020]将100g碳颗粒(5微米)和2g碳化硼(粒径0.05微米)混合均匀，放置于氟化装备(固定床反应器)内，通入高纯氮气，升温至350℃后，通入氟化试剂(氟气/氮气混合器，氟气体积含量为20％)，反应10小时后，停止反应，即得到含硼的氟化碳材料。其中氟质量含量占产物49.5％；硼质量含量占产物0.78％，其余碳。
[0021]和对比例1相比，本实施例制备的氟化碳材料作为电池正极材料时，放电电压更高，说明材料极化更小，有利于提升电池的比功率，实现更低的电池温升。这是因为材料中含有硼元素，形成放电产物氟化锂的结晶成核的晶种，减少在碳表面氟化锂形成大的包覆，进而提高放电倍率。
[0022]实施例2
[0023]将100g碳颗粒(5微米)和2g碳化硼(粒径0.08微米)混合均匀，放置于氟化装备(固定床反应器)内，通入高纯氮气，升温至400℃后，通入氟化试剂(三氟化氮)，反应15小时后，停止反应，即得到含硼的氟化碳材料。其中氟质量含量占产物50.98％；硼质量含量占产物0.79％，其余碳。
[0024]实施例3
[0025]将100g碳颗粒(5微米)和8g碳化硼(粒径0.05微米)混合均匀，放置于氟化装备(固定床反应器)内，通入高纯氮气，升温至300℃后，通入氟化试剂(氟气)，反应15小时后，停止反应，即得到含硼的氟化碳材料。其中氟质量含量占产物48.08％；硼质量含量占产物3.01％，其余碳。
[0026]实施例4
[0027]将100g碳颗粒(5微米)和1g碳化硼(粒径0.05微米)混合均匀，放置于氟化装备(固定床反应器)内，通入高纯氮气，升温至300℃后，通入氟化试剂(三氟化氮)，反应18小时后，停止反应，即得到含硼的氟化碳材料。其中氟质量含量占产物48.47％；硼质量含量占产物0.4％，其余碳。
[0028]实施例5
[0029]将100g碳颗粒(5微米)和2g碳化硼(粒径4.8微米)混合均匀，放置于氟化装备(固定床反应器)内，通入高纯氮气，升温至400℃后，通入氟化试剂(氟/氮混合气，氟气占气体总体积的15％)，反应20小时后，停止反应，即得到含硼的氟化碳材料。其中氟质量含量占产物46.88％；硼质量含量占产物0.82％，其余碳。
[0030]实施例6
[0031]将100g碳颗粒(5微米)和12g碳化硼(粒径0.05微米)混合均匀，放置于氟化装备(固定床反应器)内，通入高纯氮气，升温至300℃后，通入氟化试剂(氟/氮混合气，氟气占气体总体积的15％)，反应20小时后，停止反应，即得到含硼的氟化碳材料。其中氟质量含量占
产物44.55％；硼质量含量占产物4.65％，其余碳。
[0032]实施例7
[0033]将100g碳颗粒(25微米)和2g碳化硼(粒径0.05微米)混合均匀，放置于氟化装备(固定床反应器)内，通入高纯氮气，升温至350℃后，通入氟化试剂(三氟化氮)，反应14小时后，停止反应，即得到含硼的氟化碳材料。其中氟质量含量占产物46.60％；硼质量含量占产物0.82％，其余碳。
[0034]实施例8
[0035]将100g碳颗粒(70微米)和2g碳化硼(粒径0.05微米)混合均匀，放置于氟化装备(固定床反应器)内，通入高纯氮气，升温至400℃后，通入氟化试剂(三氟化氮)，反应12小时后，停止反应，即得到含硼的氟化碳材料。其中氟质量含量占产物44.86％；硼质量含量占产物0.85％，其余碳。
[0036]对比例1
[0037]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氟化碳材料，其特征在于：氟化碳材料中硼元素质量比例为0.5％～15％，较优的是硼占质量比例为1％～5％；氟元素质量含量为20％～70％，较优的是氟占质量比例为40％～60％；其余为碳。2.一种权利要求1所述氟化碳材料的制备方法，其特征在于：将碳颗粒和碳化硼混合均匀后，放入反应器中，通入惰性气体后开始加热；待加热到200～600℃(优选300～500℃)后，通入氟化试剂；氟化反应4
‑
36小时(优选6
‑
24小时)，停止反应，即得到含硼的氟化碳材料。3.按照权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述的碳化硼的粒径为0.01微米
‑
5微米，较优的是0.02微米

【专利技术属性】
技术研发人员：曲超，李先锋，刘翠连，杜新雨，马荻，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：