[发明专利]一种通过酚醛树脂前驱体一步法制备高比能量氟化碳的方法

说明书

本发明公开一种通过酚醛树脂前驱体一步法制备高比能量氟化碳的方法，将完全干燥的酚醛树脂置于反应釜中抽至真空并加热，通入氟气和氮气的混合气体进行反应，得到氟化碳。将制备的氟化碳作为正极材料，与炭黑、粘结剂进行混合，组装扣式锂电池，进行电化学性能测试，表现出较好的性能。制备的氟化碳材料具有部分sp²杂化结构，其放电电压和比能量高于商业化氟化石墨材料，本发明技术方案提供产量达到几克甚至百克级的氟化碳材料，以满足对锂原电池高比能量的需求。

技术领域

本发明涉及氟化碳材料用于锂原电池的技术领域，具体地说是一种通过酚醛树脂前驱体一步法制备高比能量氟化碳的方法。

背景技术

碳材料的氟化是通过打破碳层π键并和碳原子结合形成C-F键的一种过程，能够显著地改善碳材料的表面极性、电导性、吸附能力和电容性等性能。氟化碳材料因具有独特的物理、化学特性，而成为现今国际上高科技、高性能、高效益的新型碳基材料研究热点之一。特别是氟化碳在高能锂原电池正极领域具有重要的应用前景。相较于其他锂原电池，锂/氟化碳电池具有比容量大、电压稳定、工作温度范围宽和使用寿命长等优点。广泛应用于便携式电子设备，芯片存储电源，植入式医疗设备等高端民用仪器及军用移动电台，导弹点火系统等军用设备。目前商业化的氟化石墨材料放电电压一般为2.5～2.6V(vs.Li⁺/Li)，远低于理论计算值。这是由于sp³杂化构型的氟化石墨中氟碳键均表现出共价性，只能利用其～55％的化学能，剩余的能量以热能的形式释放，造成大量的热能释放。因此如何调控氟化碳材料的氟碳键的键型成为提高氟化碳材料放电电压的关键。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种通过酚醛树脂前驱体一步法制备高比能量氟化碳的方法，该方法操作简单有效，制备的氟化碳材料具有部分sp²杂化结构，其放电电压和比能量高于商业化氟化石墨材料，采用本发明技术方案能够提供产量达到几克甚至百克级的氟化碳材料，以满足对锂原电池高比能量的需求。

本发明的技术目的通过下述技术方案予以实现：

一种通过酚醛树脂前驱体一步法制备高比能量氟化碳的方法，按照下述步骤进行：将干燥的酚醛树脂置于反应装置中并抽至真空环境予以维持，加热至200—400摄氏度进行保温后，通入氟气或者氟气和惰性保护气体的混合气体作为反应气体进行反应，以得到氟化碳。

在上述技术方案中，在使用之前对酚醛树脂进行干燥处理，以去除水份，如在真空干燥箱100—120℃烘干6—10h。

在上述技术方案中，将干燥的酚醛树脂置于反应装置中抽至真空环境并在整个反应过程中予以维持，开始抽真空时，抽至表压-0.1MPa以下，如-0.1—-0.5MPa，再通入反应气体时，维持表压为0—-0.1MPa。

在上述技术方案中，加热至200—400摄氏度进行保温10—30min，优选200—300摄氏度。

在上述技术方案中，通入反应气体进行反应时，反应温度为200—400摄氏度，优选200—300摄氏度，反应时间为1—10小时，优选4—8小时。

在上述技术方案中，在氟气和惰性保护气体的混合气体中，氟气的体积百分数为1—30％，优选10—20％，惰性保护气体为氮气、氦气或者氩气。

在本发明技术方案中，酚醛树脂是由苯酚和甲醛在催化剂条件下缩聚，经中和、水洗而制成的树脂。因选用催化剂的不同，分为热固性和热塑性两类；一般来说，高温和氟化程度会导致原有材料的孔结构的塌陷，因此提出通过酚醛树脂作为前驱体一步法制备氟化碳正极材料，在制备过程中确保体系和原料无水，该方法操作简单有效，制备的氟化碳材料具有部分sp²杂化结构，其放电电压和比能量高于商业化氟化石墨材料，采用本发明技术方案能够提供产量达到几克甚至百克级的氟化碳材料，以满足对锂原电池高比能量的需求。

附图说明