[发明专利]锂原电池用铬氧化物/氟化碳/高导电性物质复合材料

说明书

本发明属于电极材料制作技术领域，具体涉及锂原电池用铬氧化物/氟化碳/高导电性物质复合材料，所述电极材料是以三氧化铬为反应原料，以氟化碳、高导电性物质预混物为掺杂材料，将反应原料与掺杂材料依次经球磨、通氧烧结而成；本发明选择氟化碳、高导电性物质作为掺杂材料，以三氧化铬为制备铬氧化物的原料，在铬氧化物形成的全过程中引入掺杂材料，使得CrO₃在高温下经历液化、分解反应过程的同时氟化碳、高导电性物质能均匀地掺杂于铬氧化物表面或嵌入内部，有效的提高了铬氧化物的首次放电比容量和倍率性能。

技术领域

本发明属于电极材料制作技术领域，具体涉及锂原电池用铬氧化物/氟化碳/高导电性物质复合材料。

背景技术

随着小型电子装置和军事设备对锂电池比能量提出了更高的要求，具有高比能量特性的金属锂电池成为研究热点。锂原电池(锂一次电池)由于工作电压高，比能量高，贮存寿命长等一系列优点而备受研究人员青睐。锂原电池性能的优劣关键在于正极材料的选择，氟化碳、二氧化锰、二氧化硫、亚硫酰氯等是已经商用化的锂原电池正极材料。然而，受限于锂原电池本身体系的限制，电池比能量、比功率很难在进一步的提高。因此，多电子反应的铬氧化物(主要是Cr₈O₂₁)进入人们视野。Cr₈O₂₁具有高的理论能量密度(1210Wh/Kg)和储锂容量，作锂原电池正极材料时首次放电比容量高(390mAh/g)、工作电压高(3.0V)、成本低等优势。但Cr₈O₂₁材料导电性较差，使得材料的放电比容量与理论容量相差较多，并且极大地限制了其在大电流下的放电能力。因此，如何对Cr₈O₂₁材料改性，使其兼具高比能、高功率的“双高”特性是亟待研究的方向。

《氟化碳掺杂铬氧化物电池性能研究》(邓朝文，电源技术，2021,45(05))报道了用氟化碳和铬氧化物(CrO_X)简单的进行球磨混合，电池的放电容量是两者的容量之和，容量有一定的提升。但简单的物理混合存在混合不均匀问题，放电曲线不稳定，放电平台之间差值较大，不利于电池的稳定放电；

专利CN 112201773 A采用旋转喷涂法将金属铜包覆在Cr₂O₅表面，提升了Cr₂O₅材料的导电性，第二次放电比容量达到409.5mAh/g，放电电压平台也有显著的提高。但在包覆铜之后，由于铜占据着一定的极片质量，电极活性物质的量反而减少，对于锂原电池来说，首次放电容量反而降低。

专利CN 112194182 A制备了含锂化硫化聚丙烯腈的铬氧化物，提升了材料的首次库伦效率和二次放电比容量。但材料的首次放电比容量仍然较低，仅为326.5mAh/g，对锂原电池来说比容量较低；

专利CN 111146412 A将高充电容量的储锂材料Li₅FeO₄、高放电容量的Cr₈O₂₁、导电剂三者以一定的比例混合制得复合相正极材料。复合相正极材料具有255mAh/g可逆放电容量，放电电压平台3.0V，首次放电情况专利未给出，因此无法判断其是否运用在锂原电池上也有好的效果；

专利CN 102339994 A将铬氧化物与石墨烯通过物理或者化学方式相结合，有效的提升了复合材料的导电性，循环性能也有大幅提升。但铬氧化物与石墨烯要通过化学方式结合极为困难，简单的物理混合对材料导电性改善效果有限，并且铬氧化物对溶剂极其敏感，尤其是在高温高压环境中，极容易生成铬酐(H₂CrO₄)，因此采用水热法制备铬氧化物/石墨烯复合材料十分困难。