[发明专利]一种氟化碳材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种氟化碳材料及其制备方法和应用，属于化学电源技术领域，具体步骤包括：将碳材料与氟源研磨，混合均匀后封管，接着放在管式炉中处理，随后降温处理，得到氟化碳材料。制备得到的氟化碳材料涂覆在铝箔表面作为钾电池正极材料，负极使用金属钾，组装成钾‑氟化碳二次电池。在充放电过程中钾离子可逆嵌入与脱出在氟化碳中，从而保证了本发明在钾‑氟化碳二次电池体系中的实际应用。本发明氟化碳材料在钾二次电池中的应用，制得循环性能稳定且良好的二次电池，且不需添加任何额外工艺，方法简单易行，工业可行性强，极具工业化应用价值和潜力。

技术领域

本发明属于化学电源技术领域，具体涉及一种氟化碳材料及其制备方法和应用。

背景技术

锂离子电池是一种二次电池(充电电池)，它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中，Li⁺在两个电极之间往返嵌入和脱嵌：充电时，Li⁺从正极脱出，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态；放电时则相反。锂离子电池具有高比能量、高充放电效率和长寿命等优点，是目前最具有应用前景的化学电源之一。

目前，商业上普遍使用的锂离子电池正极材料,例如磷酸铁锂，锰酸锂，三元正极，能量密度低于1000Wh/kg。氟化碳正极材料比能量达到2180Wh/kg，是目前锂电池中理论比能量最高的体系。此外，氟化碳正极材料化学和物理性质稳定，使得电池具有长的贮存寿命和较好的高温性能。

但是对于氟化碳正极而言，锂氟化碳电池在放电后，生成的氟化锂在电解液中溶解再结晶，在电极材料表面生成大颗粒LiF，电化学分解电位高(～4.3V)，使其很难作为二次电池，极大限制了锂氟化碳电池的应用。

发明内容

本发明的目的在于：为解决锂氟化碳电池在液态体系下放电产物氟化锂颗粒过大而分解电位高导致的电池无法循环充放的问题，提供一种氟化碳材料的制备方法及其在钾二次电池中的应用，该钾二次电池放电产物为KF，在电解液中溶解度小，沉积在电极材料内部颗粒均匀且细小，且KF分解电位低(～3.7V)更易分解，电池能够实现二次可充放。

本发明采用的技术方案如下：

一种氟化碳材料的制备方法，包括以下步骤：

将碳材料与氟源研磨混合均匀，在保护气体环境下于900-1200℃保温处理2-3h，随后降温至300-500℃保温处理5-7h，得到氟化碳材料；其中碳源与氟源的质量比为0.01-1：1。

进一步地，包括以下步骤：

将碳材料与氟源研磨混合均匀，在保护气体环境下于1000℃保温处理2h，随后降温至400℃保温处理5h，得到氟化碳材料；其中碳源与氟源的质量比为0.01-1：1。

进一步地，碳源为石墨、软碳、碳纳米管、石墨烯、碳纳米笼和碳微球中的至少一种；所述氟源为聚偏氟乙烯(PVDF)。

进一步地，保护气体为惰性气体，包括氮气、氩气等。

采用上述的方法制备得到的氟化碳材料。

上述的氟化碳材料在钾二次电池中的应用。

进一步地，具体为：将氟化碳材料、Super P和聚偏氟乙烯分散在N-甲基吡咯烷酮(NMP)溶剂中，其中，氟化碳材料、Super P和聚偏氟乙烯的质量比为60-99：0.01-40：0.01-10，混合均匀研磨成浆料，涂在铝箔上真空烘干作为正极，以金属钾为负极，使用钾电池电解液和PP隔膜组装成电池；真空烘干具体为：在30-160℃的温度下烘干0.5-48h。