一種二氧化硅改性的氟化碳材料及制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電池技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種二氧化硅改性的氟化碳材料及制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鋰電池是上世紀(jì)70年代以后逐漸發(fā)展起來(lái)的新型電池，具有容量高、循環(huán)壽命長(zhǎng)、低消耗、自放電小、無(wú)公害、無(wú)記憶效應(yīng)、內(nèi)阻小、污染少等優(yōu)點(diǎn)。目前鋰一次電池主要有鋰二氧化錳電池、鋰亞硫酰氯電池、鋰氟化碳電池等，其中鋰氟化碳電池是固體電池中理論比能量最高的電池，約為2180Wh/kg，并且具有儲(chǔ)存壽命長(zhǎng)、使用溫度范圍寬、對(duì)環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，具有很好的應(yīng)用前景。目前主要應(yīng)用在軍工、航天航空、精密醫(yī)療等領(lǐng)域。
[0003]目前鋰/氟化碳電池存在的問(wèn)題主要是放電平臺(tái)電壓低、高倍率性能差、放電過(guò)程中存在著嚴(yán)重的電壓滯后。其中倍率性能差影響了鋰氟化碳電池在高倍率用電設(shè)備中的應(yīng)用。人們嘗試了很多方法對(duì)氟化碳電池的性能進(jìn)行改善。Lam等合成了導(dǎo)電性較好的半氟化的材料(x〈 I)提高倍率性能，但是這種方法犧牲了比容量。(參考文獻(xiàn)Lam P1YazamiR.Physical characteristics and rate performance of(CFx)n(0.33<x<0.66)inlithium batteries[J].Journal of Power Sources，2006，153(2):354-359.)Xroult等在乙腈中用電化學(xué)沉積方法在CFx表面沉積聚吡咯，能量密度和功率密度有了明顯提高，提高了鋰氟化碳電池的倍率性能。(參考文獻(xiàn)Groult H1Julien C M1Bahloul A，etal.1mprovements of the electrochemical features of graphite fluorides inprimary lithium battery by electrodeposit1n of po I ypyrroIe[J].Electrochemistry Communicat1ns,2011,13(10): 1074-1076.)上述的改進(jìn)方法在一定程度上提高了鋰氟化碳電池的性能，但效果并不明顯，因此并未得到實(shí)際應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是:提供一種二氧化硅改性的氟化碳材料，該材料制備的電池的內(nèi)阻較小，放電電壓平臺(tái)較高，并且具有較好的高倍率性能。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案如下。
[0006]—種二氧化硅改性的氟化碳材料的制備方法，包括以下步驟:
[0007](I)將一定量的表面活性劑加入到去離子水中，再加入氟化碳，攪拌至少4h，得到均勻的混合液；
[0008](2)將球形的納米二氧化硅加入到步驟(I)所得的混合液中，攪拌2h，得到混合物溶液；
[0009 ] (3)將混合物溶液進(jìn)行抽濾洗滌，形成混合物，混合物烘干后得到混合物粉末。
[0010](4)將混合物粉末置于氣氛爐中，惰性氣氛下，氣氛爐以5°C/min的速度升溫至500°C恒溫，恒溫中混合物粉末進(jìn)行Ih的煅燒，然后降至室溫得到二氧化硅改性的氟化碳。
[0011]步驟(I)中優(yōu)選每I Oml水中對(duì)應(yīng)0.01-0.02g表面活性劑、0.1 -0.3g氟化碳。
[0012]所述的表面活性劑是十二烷基硫酸鈉、十二烷基硫酸銨、十二烷基醇聚氧乙烯醚硫酸鈉、十二烷基苯磺酸、十六烷基三甲基溴化銨等其中的一種。
[0013]球形的納米二氧化硅的質(zhì)量是氟化碳質(zhì)量的3%_10%。
[0014]所述惰性氣氛為氮?dú)饣驓鍤狻?br>[0015]本發(fā)明的有益效果:利用二氧化硅改性的氟化碳，提高鋰/氟化碳電池的放電電壓平臺(tái)，降低其內(nèi)阻，提高其高倍率性能，減少電壓滯后。因此發(fā)明能夠提供一種高倍率下放電能力強(qiáng)的一次電池，具有很大的工業(yè)和商業(yè)價(jià)值。
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1為實(shí)施例1二氧化硅改性后的氟化碳材料制備的電池與純氟化碳材料制備的電池放電曲線比較圖，(a)2C下的放電曲線圖。(b)5C下的放電曲線圖。
[0017]圖2為是會(huì)所了I 二氧化硅改性后的氟化碳材料制備的電池與純氟化碳材料制備的電池的交流阻抗曲線比較圖。
[0018]圖3為實(shí)施例2二氧化硅改性后的氟化碳材料制備的電池與純氟化碳材料制備的電池放電曲線比較圖，(a)2C下的放電曲線圖。(b)5C下的放電曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合具體實(shí)施例和對(duì)比例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步進(jìn)行說(shuō)明，但本發(fā)明并不限于以下實(shí)施例。
[0020]實(shí)施例1:
[0021]將一定量的表面活性劑加入到去離子水中，再加入氟化碳，攪拌4h，得到均勻的混合液，每I Oml 7K中對(duì)應(yīng)0.0I g表面活性劑、0.2g氟化碳。
[0022]將球形的納米二氧化硅與氟化碳按一定的比例加入到步驟3所得的混合液中，攪拌2h，得到混合物溶液。
[0023]將混合物溶液進(jìn)行抽濾洗滌，形成混合物。
[0024]將混合物粉末置于氣氛爐中，惰性氣氛下，氣氛爐以5°C/min的速度升溫至500°C恒溫，恒溫中混合物粉末進(jìn)行Ih的煅燒。降至室溫得到二氧化硅改性的氟化碳。
[0025]所述的表面活性劑是十二烷基硫酸鈉。
[0026]所述球形的納米二氧化硅的質(zhì)量是氟化碳的3%。
[0027]所述惰性氣氛為氮?dú)狻?br>[0028]采用實(shí)施例1制成的二氧化硅改性的氟化碳材料作為正極材料、乙炔黑為導(dǎo)電劑、PVDF為粘結(jié)劑，正極材料的配方按照質(zhì)量比正極材料:導(dǎo)電劑:粘結(jié)劑=80:10:10。按照上述比例稱取正極材料和導(dǎo)電劑，在研缽中研磨均勻，加入10%的PVDF繼續(xù)研磨得到混合成漿料，涂在鋁箔上制備電極片。在氬氣手套箱中組裝鋰電池，金屬鋰作為負(fù)極，玻璃纖維為隔膜，電解液為lmol/L L1PF6/EC: DMC( 1:1，Vol)。再采用純氟化碳材料為正極材料，其余與實(shí)施例1完全相同，進(jìn)行另一組鋰電池的組裝。兩組鋰電池同時(shí)進(jìn)行圖l(a)25°C常溫、2C條件下的放電測(cè)試。(b)25°C常溫、5C條件下的放電測(cè)試。
[0029]從圖1(a)和(b)以及圖2可知，本發(fā)明二氧化硅改性的鋰/氟化碳電池具有如下主要的顯著技術(shù)效果:
[0030]如圖1(a)和(b)所示:在放電過(guò)程中，本發(fā)明二氧化硅改性的氟化碳鋰一次電池比純氟化碳鋰一次電池具有更高的放電電壓平臺(tái)，這說(shuō)明本發(fā)明二氧化硅改性的鋰/氟化碳電池在高倍率下極化現(xiàn)象較小。而且二氧化硅改性的氟化碳鋰一次電池具有更高的比容量，因此本發(fā)明二氧化硅改性的氟化碳鋰一次電池具有更好的高倍率性能。
[0031]如圖2所示:本發(fā)明二氧化硅改性的氟化碳鋰一次電池比純氟化碳鋰一次電池具有更低的電荷轉(zhuǎn)移阻抗。
[0032]實(shí)施例2:
[0033]將一定量的表面活性劑加入到去離子水中，再加入氟化碳，攪拌4h，得到均勻的混合液，每I Oml 7K中對(duì)應(yīng)0.0I g表面活性劑、0.2g氟化碳。
[0034]將球形的納米二氧化硅與氟化碳按一定的比例加入到步驟3所得的混合液中，攪拌2h，得到混合物溶液。
[0035]將混合物溶液進(jìn)行抽濾洗滌，形成混合物。
[0036]將混合物粉末置于氣氛爐中，惰性氣氛下，氣氛爐以5°C/min的速度升溫至500°C恒溫，恒溫中混合物粉末進(jìn)行Ih的煅燒。降至室溫得到二氧化硅改性的氟化碳。
[0037]所述的表面活性劑是十六烷基三甲基溴化銨。
[0038]所述球形的納米二氧化硅的質(zhì)量是氟化碳的3%。
[0039]所述惰性氣氛為氮?dú)狻?br>[0040]采用實(shí)施例2制成的二氧化硅改性的氟化碳材料作為正極材料、乙炔黑為導(dǎo)電劑、PVDF為粘結(jié)劑，正極材料的配方按照質(zhì)量比正極材料:導(dǎo)電劑:粘結(jié)劑=80:10:10。按照上述比例稱取正極材料和導(dǎo)電劑，在研缽中研磨均勻，加入10%的PVDF繼續(xù)研磨得到混合成漿料，涂在鋁箔上制備電極片。在氬氣手套箱中組裝鋰電池，金屬鋰作為負(fù)極，玻璃纖維為隔膜，電解液為lmol/L L1PF6/EC: DMC( 1:1，Vol)。再采用純氟化碳材料為正極材料，其余與實(shí)施例2完全相同，進(jìn)行另一組鋰電池的組裝。兩組鋰電池同時(shí)進(jìn)行圖3(a)25°C常溫、2C條件下的放電測(cè)試。(b)25°C常溫、5C條件下的放電測(cè)試。
[0041]從圖3(a)和(b)可知，本發(fā)明二氧化硅改性的鋰/氟化碳電池具有如下主要的顯著技術(shù)效果:
[0042]如圖3(a)和(b)所示:在放電過(guò)程中，本發(fā)明二氧化硅改性的氟化碳鋰一次電池比純氟化碳鋰一次電池具有更高的放電電壓平臺(tái)，這說(shuō)明本發(fā)明二氧化硅改性的鋰/氟化碳電池在高倍率下極化現(xiàn)象較小。而且二氧化硅改性的氟化碳鋰一次電池具有更高的比容量，因此本發(fā)明二氧化硅改性的氟化碳鋰一次電池具有更好的高倍率性能。
[0043]本發(fā)明的權(quán)利要求范圍不限于上述實(shí)施例。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種二氧化硅改性的氟化碳材料的制備方法，包括以下步驟: (1)將一定量的表面活性劑加入到去離子水中，再加入氟化碳，攪拌至少4h，得到均勻的混合液； (2)將球形的納米二氧化硅加入到步驟(I)所得的混合液中，攪拌2h，得到混合物溶液； (3)將混合物溶液進(jìn)行抽濾洗滌，形成混合物，混合物烘干后得到混合物粉末。 (4)將混合物粉末置于氣氛爐中，惰性氣氛下，氣氛爐以5°C/min的速度升溫至500°C恒溫，恒溫中混合物粉末進(jìn)行Ih的煅燒，然后降至室溫得到二氧化硅改性的氟化碳。2.按照權(quán)利要求1的制備方法，其特征在于，步驟(I)中每1ml水中對(duì)應(yīng)0.01-0.02g表面活性劑、0.1 -0.3g氟化碳。3.按照權(quán)利要求1的制備方法，其特征在于，表面活性劑是十二烷基硫酸鈉、十二烷基硫酸銨、十二烷基醇聚氧乙烯醚硫酸鈉、十二烷基苯磺酸、十六烷基三甲基溴化銨其中的一種。4.按照權(quán)利要求1的制備方法，其特征在于，球形的納米二氧化硅的質(zhì)量是氟化碳質(zhì)量的 3%-10%。5.按照權(quán)利要求1的制備方法，其特征在于，所述惰性氣氛為氮?dú)饣驓鍤狻?.按照權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述方法制備得到的二氧化硅改性的氟化碳材料。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種二氧化硅改性的氟化碳材料及制備方法，屬于電池技術(shù)領(lǐng)域。過(guò)程包括：(1)將一定量的表面活性劑加入到去離子水中，再加入氟化碳，攪拌4h，得到均勻的混合液；(2)將球形的納米二氧化硅與氟化碳按一定的比例加入到(1)所得的混合液中，攪拌2h，得到混合物溶液；(3)將混合物溶液抽濾洗滌，烘干得到混合物粉末；(4)混合物粉末在惰性氣氛下煅燒；(5)降至室溫得到二氧化硅改性的氟化碳材料。利用二氧化硅改性的氟化碳，提高鋰/氟化碳電池的放電電壓平臺(tái)，降低其內(nèi)阻，提高其高倍率性能，減少電壓滯后。因此發(fā)明能夠提供一種高倍率下放電能力強(qiáng)的一次電池，具有很大的工業(yè)和商業(yè)價(jià)值。
【IPC分類】H01M4/583
【公開(kāi)號(hào)】CN105655588
【申請(qǐng)?zhí)枴?br>【發(fā)明人】張麗娟, 祝艷磊, 趙惠慧, 王雪, 付予
【申請(qǐng)人】北京工業(yè)大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年6月8日
【申請(qǐng)日】2016年4月8日