[发明专利]一种锂一次电池用复合氟化碳正极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明属于锂一次电池正极材料的技术领域，尤其涉及氟碳电池正极材料制备领域，具体为一种锂一次电池用复合氟化碳正极材料及其制备方法和应用。该材料以高振实密度的多孔氟化碳材料及高石墨化度的氟化碳材料经球磨混合、再氟化后制得的复合材料，该复合材料碳元素含量38‑60%，氟元素含量40‑62%，振实密度＞0.8g/ml，混合质量比例范围为1:0.1‑1:10，该复合材料具有高比表面积、高振实密度和高石墨化度。由于材料整体振实密度高，保证了材料整体高体积比能量；多孔氟化碳构成的离子扩散通道，有效的改善了电池放电初期的电压滞后现象，提高了材料的整体放电性能。

技术领域

本发明属于锂一次电池正极材料的技术领域，尤其涉及氟碳电池正极材料制备领域，具体为一种锂一次电池用复合氟化碳正极材料及其制备方法和应用。

背景技术

锂一次电池在航空航天、医疗设备、军事装备和日常生活等方面仍具有不可替代的作用，其中锂/氟化碳电池作为目前理论比能量最高的锂一次电池，理论质量比能量可达2180Wh/kg（锂/亚硫酰氯电池：1470 Wh/Kg，锂/二氧化锰电池：1005 Wh/Kg），因此锂/氟化碳电池受到了极大的关注。其良好的高低温性能（-40℃-170℃）、10年以上的储存寿命（自放电率0.5%/年）、优越的安全和环保性能，使其能够满足各种恶劣环境下的工作条件，尤其在国防、军工、航空航天、航海等领域具有重要的用途。

氟化碳材料作为锂/氟化碳电池正极活性物质，对锂/氟化碳电池性能的优劣具有决定性的影响。氟化碳材料的制备方法有：高温氟化法、低温氟化法、等离子体法、电解法等多种方法，其中等离子体法和电解法其工艺要求高，工业化难度大，仅在实验室规模的制备中应用。

常见的为高温氟化法和低温氟化法：

（1）高温氟化法：高温法制备的氟化碳材料具有较高的比能量，但其导电性差，整体放电平台仅在2.5V左右，放电初期出现明显的电压滞后。但由于其制备工艺简单，目前市场上的氟化碳材料多为高温氟化法产品。

（2）低温氟化法：低温法制备的氟化碳材料，其石墨结构保持相对完整，导电性相对较好，放电电压高，但比能量相对于高温法制备的氟化碳偏低。

氟化碳材料用作锂一次电池正极材料，其高比容量与高放电电压难以兼具的问题，导致其超高的理论比能量难以充分释放。因此，制备兼具高比容量与高放电电压的氟化碳材料长期以来一直是该领域研究的重要课题。

氟化碳纳米管、氟化石墨烯等新型氟化碳材料，虽具有更高的放电平台和质量比能量，但由于材料本身振实密度低，使得其体积比能量较低。

如何获得一种无电压滞后、比能量高（质量比能量和体积比能量兼具）的氟化碳材料，成为氟化碳材料在电池应用中急需解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无电压滞后、比能量高、放电性能可调控的综合性能优异的氟化碳材料及其制备方法。

本发明的技术方案为：

一种锂一次电池用复合氟化碳正极材料，该材料以高振实密度的多孔氟化碳材料及高石墨化度的氟化碳材料经球磨混合、再氟化后制得的复合材料，该复合材料碳元素含量38-60%，氟元素含量40-62%，振实密度＞0.8g/ml，具有可调控的双放电平台，在0.1C下初始放电电压＞2.8V，体积比能量＞1500Wh/L。

本发明中高振实密度是指密度高于0.70g/ml；高石墨化度是指石墨化度高于80%（注：根据Mering–Maire公式计算）。

本发明的另一目的在于提供一种锂一次电池用复合氟化碳正极材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）选取多孔碳材料，采用低温气相氟化法制备多孔氟化碳材料；

（2）选取高石墨化度碳材料，采用高温气相氟化法制备高石墨化度氟化碳材料；