[发明专利]一种改性氟化炭材料的制备方法及其应用

说明书

本申请公开了一种改性氟化炭材料的制备方法，将氟化炭和氮化锂在有机溶剂中反应一定时间，去除溶剂后得到所述改性氟化炭材料。与改性前的相比，该材料表面的氟含量减少，表面氟含量的降低能够在一定程度上避免锂/氟化炭电池的自放电行为，其自放电得到有效降低，可以有效提高锂/氟化炭电池的高温搁置稳定性，这对其实际应用具有重要意义。

技术领域

本申请涉及一种用于锂/氟化炭电池的正极材料的改性方法，属于电化学储能技术领域。

背景技术

随着移动通信、航空航天、交通运输及军事装备等领域的技术进步，开发各种高比能动力电池已成为国民经济发展的迫切需求。由于金属锂具有质量轻、电极电位负的特点，以锂为负极的锂原电池的开发受到了极大的关注。锂原电池主要包括锂-二氧化锰(Li/MnO₂)、锂-二氧化硫(Li/SO₂)、锂-亚硫酰氯(Li/SOCl₂)和锂-氟化炭(Li/CF_x)等电池体系。同其它原电池相比，Li/CF_x电池的理论比能量值最高(2180Wh/kg)，同时Li/CF_x电池还具有安全性高、放电电压平稳、对环境友好等优点，特别适合作为无人或封闭环境中使用的仪表装备的动力电源。如心脏起搏器、导弹点火系统、无线电发报机、水下电子探测仪等，尤其是作为军事远程侦查及士兵随身携带的通讯电源，应用潜力巨大。

Li/CFx电池的放电机理如下：

阳极反应：xLi+xS→xLi⁺·S+xe

阴极反应：CF_x+xLi⁺·S+xe→C(Li⁺·S-F^-)x

总反应：xLi+xS+CF_x→C(Li⁺·S-F^-)x→C+xLiF+xS

其中，反应式中的S代表电解液中与锂离子配位聚集的溶剂分子。

此外，Li/CF_x电池的放电过程，还可以用一个由CF_x内核和放电产物层(LiF+C)所构成的“核-壳”模型来加以粗略地描述：随着放电过程的连续进行，CF_x内核的半径也在不断地减小，而由LiF晶粒和无定形碳所组成的放电产物层的厚度，则会不断地增大。

作为理论比能量最高的一次化学电源，Li/CF_x电池在实际使用过程中不可避免地需要储存和搁置，特别是在航空和军事等应用领域中。在储存过程中，特别是高温条件下，Li/CF_x电池的容量会发生不同程度的衰减，而且会随着外界温度的升高而进一步加剧。因此，深入探索Li/CF_x电池在高温条件下的储存性能，对高性能Li/CF_x电池的设计和开发具有重要的意义。研究发现：Li/CF_x电池经过高温储存后，CF_x阴极表面会形成一层自放电产物层，而CF_x阴极的电荷转移电阻会随着自放电的加剧而不断增大，导致Li/CF_x电池的放电容量和放电的电压平台下降，电压滞后现象也愈发明显。但到目前为止，尚没有发现有关改善Li/CF_x电池的高温储存性能及自放电行为的文献报道。

发明内容

本发明旨在改性氟化炭材料，改性后的氟化炭表面氟含量得到有效降低。将改性后的氟化炭材料用于锂/氟化炭(Li/CF_x)电池，可以有效降低Li/CF_x在高温储存过程中的自放电行为。本发明提出的基本技术方案是：将氟化炭材料分散于有机溶剂中，加入一定质量的氮化锂粉，同时搅拌，一定时间后，去除溶剂，即得到经过改性的氟化炭材料，氮化锂作为“去氟剂”，其可以与氟化炭材料表面的氟发生反应，生成氟化锂。。