[发明专利]一种氟化石墨烯胶囊的制备方法及在锂一次电池中的应用

说明书

一种氟化石墨烯胶囊的制备方法以及在锂一次电池中的应用，属于一次电池技术领域。包括以下步骤：首先，制备三维石墨烯胶囊；然后将制得的石墨烯胶囊作为前驱体碳源置于管式炉内，在惰性气体气氛下加热至400～600℃，在400～600℃下保温2～6h；然后将温度降低至200～350℃，以100～200mL/min的速率通入氟气，进行氟化反应2～6h，得到所述氟化石墨烯胶囊。本发明得到的氟化石墨烯胶囊作为正极材料应用于锂一次电池中，改善了电压滞后效应，促进了深度挂锂(Li₂F⁺)模式，有效提高了电池的比容量和能量密度，对锂/氟化碳电池的推广应用具有重要意义。

技术领域

本发明属于一次电池技术领域，具体涉及一种氟化石墨烯胶囊的制备方法以及在锂一次电池中的应用。

背景技术

锂/氟化碳电池是以高能电极材料氟化碳(CF_x)为正极活性材料，锂金属为负极材料组成的一次电池。目前，市面上常见的锂电池有锂/二氧化锰电池、锂/二氧化硫电池、锂/亚硫酰氯电池、锂/氟化碳电池等。相对于其他固体正极材料电池，锂/氟化碳电池理论能量密度最高(高达2180Wh/kg)，实用比能量可高达250～800Wh/kg，同时很容易实现小型化、轻型化，并且具有放电平台稳定、自放电小、贮存寿命长、温度范围广、安全绿色无污染等特点，可满足高端民用仪器、军用设备以及航空航天备用电源的应用要求，具有巨大的市场潜力，备受研究者的广泛关注。然而，目前仍然存在许多限制锂/氟化碳电池广泛应用的难题：其一，氟化碳材料因其氟化度导致导电性能差，影响其放电性能，特别是大电流下的输放电能力；其二，电压存在滞后效应，同时存在平台低、成本高等缺陷。而利用不同的碳源进行氟化，可以改善氟化碳的性能。中国专利201711435109.8公开了一种以科琴黑作为前驱体碳源氟化得到的氟化科琴黑材料，利用科琴黑良好的导电性，有效解决了氟化碳电压平台低和导电性能差的问题，但是其比容量没有得到提升，电压滞后效应仍然存在。

发明内容

本发明针对背景技术存在的缺陷，提出了一种氟化石墨烯胶囊的制备方法及在锂一次电池中的应用。本发明得到的氟化石墨烯胶囊作为正极材料应用于锂一次电池中，有效提高了电池的比容量和能量密度，改善了电压滞后效应。

本发明的技术方案如下：

一种氟化石墨烯胶囊的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、取10～20g纳米ZnO颗粒置于CVD旋转炉内，通入惰性气体作为保护气体，旋转炉转速为5～10转/min，然后将旋转炉升温至450～800℃后，保持惰性气体通入的同时通入催化碳源气体作为反应气体进行催化反应，反应温度为450～800℃，反应时间为5～60min，完成后自然冷却至室温，取出产物，即可在纳米ZnO颗粒表面生长包覆石墨烯纳米层，得到石墨烯/氧化锌的复合材料；

步骤2、将步骤1得到的产物在硝酸中浸泡12～48h，以除去纳米ZnO颗粒，分离，干燥后，在CVD炉中惰性气体气氛、900～1500℃下保温2～4h，得到石墨烯胶囊(GC)；

步骤3、将步骤2得到的石墨烯胶囊作为前驱体碳源置于管式炉内，在惰性气体气氛下加热至400～600℃，在400～600℃下保温2～6h；然后将温度降低至200～350℃，以100～200mL/min的速率通入氟气，进行氟化反应2～6h，即可得到所述氟化石墨烯胶囊。

进一步地，步骤1中催化碳源气体的流量为20～50mL/min，保护气体的流量为5～50mL/min。

进一步地，步骤1中所述催化碳源气体为乙炔；所述保护气体为氩气或氮气等。

进一步地，步骤2所述硝酸溶液中，浓硝酸与水的体积比为(1～3):1。

本发明还提供了上述氟化石墨烯胶囊作为锂一次电池正极材料的应用。

本发明的有益效果为：