[发明专利]一种多孔氟化碳材料的制备方法

说明书

本发明涉及一种多孔氟化碳材料的制备方法，包括：（1）以碳化物或者碳氮化物为原料，通入惰性气体钝化反应体系，升温至700～900℃；（2）持续通入氟气进行高温氟化刻蚀处理1～5小时，关闭氟气；（3）保温并持续通入惰性气体带走反应形成的气相氟化物，冷却得到多孔碳材料；（4）通入惰性气体再次钝化反应体系，升温至300～600℃；（5）持续通入氟气进行氟化处理1～10小时，关闭氟气，并通入惰性气体，冷却得到所述多孔氟化碳材料。采用碳化物或者碳氮化物作为原料，相对直接以多孔碳为原料的方法，可以制备出孔径分布较均匀的氟化碳材料。

技术领域

本发明涉及一种氟化碳材料的制备方法，尤其是多孔氟化碳的制备方法，属于氟化碳材料的制备领域。

背景技术

氟化碳材料是一种由碳、氟两种元素组成的共价型层间化合物，化学式为CF_x。氟化碳可以作为锂一次电池的正极材料，锂氟化碳电池有许多优点：比容量大、使用温度范围广、安全性好、使用寿命长、稳定性好等。但是氟化碳材料具有导电性差、锂离子在层间扩散速度慢、极化严重等问题，因此极大的限制了其应用范围。近年来，许多研究人员对氟化碳储能的进行研究，主要通过对氟化碳材料进行改性。

目前常见的改性方式主要是控制氟碳比(例如CN108928809A)、表面包覆(例如CN105336928A)、控制热裂解等方法。但这些方法并没有改变氟化碳材料本身的结构，不能提高锂离子在氟化碳内部层间的扩散速率。因此，氟碳电池在中低倍率放电时电池的电化学性能并未见明显的改善。

氟化碳材料目前常用的制备方法有高温氟化法、低温氟化法等。高温氟化法制备的氟化碳具有较高的比能量，但其导电性较差。但是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。CN103332669A公开一种高温氟化法制备氟化碳的方法，其中采用氮气和氟气混合气体作为氟化剂。CN109461923A公开一种直接采用多孔碳材料(例如活性炭、介孔碳等)为原料通过气相氟化法制备多孔氟化碳材料。但是由于原材料孔径分布不均匀，不利于离子输运。

发明内容

针对上述问题，本发明提供以碳化物或碳氮化物为原料制备多孔氟化碳材料的方法。

本发明提供一种多孔氟化碳材料的制备方法，包括：

(1)以碳化物或者碳氮化物为原料，通入惰性气体钝化反应体系，升温至700～900℃；

(2)持续通入氟气进行高温氟化刻蚀处理1～5小时，关闭氟气；

(3)持续通入惰性气体带走形成的气相氟化物，反应形成的气相氟化物在高温时由惰性气体流带走，冷却得到多孔碳材料；

(4)通入惰性气体再次钝化反应体系，升温至300～600℃；

(5)持续通入氟气进行氟化处理0.5～10小时，关闭氟气，并通入惰性气体，冷却得到所述多孔氟化碳材料。

本发明的方法，利用氟气蚀刻碳化物或者碳氮化物中的非碳元素(例如B、金属元素或者硅元素)，留下包含大量孔隙的多孔碳，然后原位氟化，制得的氟化碳能够达到高氟碳比(0.9～1.2)，且具有多级孔结构，孔径为2～10nm，比表面积为50～400m²/g孔隙率为10～40％，具有优异的电化学性能：在1C下放电比容量为850～950mAh/g。采用碳化物或者碳氮化物作为原料，相对直接以多孔碳为原料的方法，可以制备出孔径分布较均匀的氟化碳材料。而且，本发明原料多样化，可以制得不同孔径分布的多孔氟化碳。除了多孔氟化碳，本发明方法的中间产物，多孔碳、氟化物也是是重要的工业原料。本发明方法工艺简单，可以大规模工业化。