[发明专利]等离子体改性氟化碳正极材料及制备方法和用途

说明书

本发明提供一种等离子体改性氟化碳正极材料及其制备方法和用途，在真空腔体中放入氟化碳粉末，通入氮气、氢气至少一种，使用电感耦合等离子体发生装置产生氮、氢等离子体对氟化碳进行改性，得到改性后的氟化碳。本发明使用等离子体去除了氟化碳材料的部分氟原子，增强了材料的导电性，制备的等离子体改性氟化碳材料正极应用在锂氟化碳一次电池上，电池的容量及倍率性能较原材料有所提高。本发明工艺简单，易于实现大批量等离子体改性氟化碳材料的制备，有利于工程应用。

技术领域

本发明涉及等离子体改性氟化碳正极材料及其制备方法和用途，属于电池技术领域。

背景技术

自第一次工业革命以来，人们对能源的需求越来越大。随着现代科学技术的发展，传统可再生能源的储量越来越少，且会造成污染，因此人们开始探求可再生能源，如风能、太阳能、潮汐能等等。但这些自然资源的利用受季节、天气和地理位置影响较大，必须借助高效能量转化和储存装置，才能稳定输出能量。锂一次电池由于其优良的性能，已被应用到多种民用及军事领域。其中，理氟化碳电池拥有2180Wh/kg的超高理论比能量，是固体正极锂一次电池中最高的，且理氟化碳电池还具有放电平稳、储存安全、自放电率低等优点。但是氟化碳材料的导电性能较差，导致理氟化碳电池的高倍率性能表现欠佳，在多种领域的应用中受到限制。

发明内容

针对上述理氟化碳电池倍率性能欠佳的问题，本发明提供了一种锂氟化碳电池的等离子体改性氟化碳正极材料及其制备方法和用途，其目的是利用氮、氢等离子体处理氟化碳材料，使电池的容量和倍率性能得到明显提高。

为实现上述发明目的，本发明技术方案如下：

一种等离子体改性氟化碳正极材料的制备方法，在真空腔体中放入氟化碳粉末，通入氮气、氢气至少一种，使用电感耦合等离子体发生装置产生氮、氢等离子体对氟化碳进行改性，得到改性后的氟化碳。

作为优选方式，使用电感耦合等离子体发生装置产生氮、氢等离子体，电源输出功率1000-1400W，通入气体流量为20-40sccm，腔体真空度为4.5-5.5Pa。

作为优选方式，制备方法包括以下步骤：

(1)将氟化碳粉末铺开在样品台上，放入真空室，抽本底真空至4x10^-3Pa；

(2)向真空腔体通入氮气，氢气或氮氢混合气体，气体流量为20-40sccm，调节真空腔体抽气阀门，使腔体内压强值为4.5-5.5Pa；

(3)打开电感耦合等离子体装置电源，调节功率至1000-1400W电离气体，对氟化碳材料进行改性，电感耦合等离子体装置运行15-30分钟后关闭，取出样品。

本发明还提供一种锂氟化碳一次电池正极的制备方法，包括以下步骤：

(1)取氟化碳粉末于样品台上，将其完全铺开；

(2)将放有材料的样品台放入真空腔体，抽本底真空至4x10^-3Pa；

(3)向真空腔体通入氮气，氢气或氮氢混合气体，气体流量为20-40sccm，调节真空腔体抽气阀门，使腔体内压强值为4.5-5.5Pa；

(4)打开电感耦合等离子体装置电源，调节功率至1000-1400W电离气体，对氟化碳材料进行改性，电感耦合等离子体装置运行15-30分钟后关闭，取出样品，即得到等离子体改性氟化碳正极材料；

(5)将制备好的等离子体改性氟化碳正极材料置入氩气氛围的手套箱中；

(6)以聚丙烯为隔膜，四氟硼酸锂为电解液，金属锂片为对电极，在手套箱内组装成纽扣电池。

本发明还提供一种上述方法制备的等离子体改性氟化碳正极材料。