[发明专利]氟化石墨烯电极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种氟化石墨烯锂电池电极材料及其制备方法，属于储能材料技术领域。

背景技术

碳材料的氟化要追溯到几十年前，从最早的氟化石墨到氟化富勒烯、氟化碳纳米管到氟化石墨烯，氟碳化合物以它优异的性能一直是研究的热点，并且在未来科技应用中必将大放光彩。

氟化石墨烯可以看作是石墨烯被部分或者全部氟化，石墨中的sp2结构被部分或者全部转变成sp3，但依然保持片状结构，是最薄的绝缘体，可以称为二维聚四氟乙烯。成为碳家族中的二维新成员。石墨烯被认为是其它维度材料的原始结构单元：它可围裹成0D的C60，卷曲成1D的碳纳米管，堆砌成3D的石墨，经氟化又成为2D的氟化石墨烯。氟化石墨烯为刚性分子，不同于石墨烯的波纹状，氟化石墨烯为平整的片状。氟化石墨烯虽然仍旧是二维结构，但是其中的碳原子已经不在一个平面内，呈现椅型，氟原子按一定规律排布在片层的两侧(O.Leenaerts,et al.First-principles investigation of graphene fluoride and graphene[J].Physical Review B,2010,82(19),195436)。

R.R.Nair等人成功的用化学计量方法制成了氟化石墨烯，氟原子接到了每个单独的碳原子上，这就可以消除电子云，也可以防止电流的常态流动，但这不会影响微观结构上完整的石墨架构(R.R.Nair,et al.Fluorographene:A Two-Dimensional Counterpart of Teflon[J].Small，2010，6(24):2877-2884)。在以前的工作中，他们主要偏重于氢原子而不是氟原子，但发现生成的氢化石墨在高温下不稳定，而氟化石墨烯是一种机械强度高，热学与化学性能稳定的化合物，在空气中，加热到400℃依然很稳定。这种新物质的诞生将对电子应用产生巨大影响，它将改进电子质量，氟化石墨烯可以用作锂电池正极材料，或者作为高质量屏障材料应用于有机电子产品中。Makotchenko等人使用ClF3对石墨进行氟化反应。将制备好的氟化石墨放入马弗炉，在大于800℃下热膨胀，此种方法制备的氟化石墨烯从某种意义上讲只是膨胀石墨的一种(Makotchenko,et al.The synthesis and properties of  highly exfoliated graphites from fluorinated graphite intercalation compounds[J].Carbon，2011，49(10)，3233-3241)。Jeon等用XeF2气体直接氟化石墨烯可得到碳氟比1：1的氟化石墨烯，但反应条件较苛刻且产率极低(Jeon,et al.Fluorographene:A Wide Bandgap Semiconductor with Ultraviolet Luminescence[J].ACS Nano 2011,5,1042)。Haixin Chang等使用超声剥离法在离子液体中直接剥离氟化石墨，也可制得少层的氟化石墨烯，但此种方法所用离子液体原料价格过于昂贵(Haixin Chang et al.Facile Synthesis of Wide-Bandgap Fluorinated Graphene Semiconductors[J].Chem.Eur.J.2011,17(32),8896–8903)。

目前一次电池中理论比能量最大的就是锂氟化碳电池(约2180Wh/kg)，它也是首先作为商品的一种固体正极锂电池锂氟化碳电池的正极材料。氟化石墨烯比能量高、电压高、自放电低，其理论质量比能量较高，很容易做到小型化和轻型化，且其放电平台平稳(2.5-2.7V)，工作温度范围广，自放电低，存储寿命长(＞10年)，因此受到了极大的关注。目前，氟化石墨烯的制备技术尚不成熟，真正针对氟化石墨烯的研究不多。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种氟化石墨烯材料的制备方法，该氟化石墨烯材料具有规整度高、层数少、产物纯净等优点。其制备方法工艺简单、原料廉价、成本低，且产量高，适合大规模生产。

本发明技术目的是通过下述技术方案加以实现。

氟化石墨烯电极材料及其制备方法，所述氟化石墨烯材料是由氟化石墨经有机溶剂热插层而后超声分散制备而成，按照下述步骤进行制备：