[发明专利]一种高比能量锂电池的制备方法

说明书

本发明提供一种高比能量锂电池的制备方法，所述方法包括：将N层氧化石墨烯与聚乙烯醇的混合液经过剪切乳化、均化、雾化干燥和退火热还原，得到花团状石墨烯，后对所述花团状石墨烯搅拌桨辅助进行高温氟化，制备得到一种花团状氟化石墨烯材料，之后将其与导电剂及粘结剂经调浆、涂布和干燥得到正极，以锂金属作为负极，装配成锂/氟化石墨烯电池；所述3≤N≤10，N为正整数；所述N层氧化石墨烯尺寸为1‑50μm，所述N层氧化石墨烯与所述聚乙烯醇的质量比为1:1‑1:2；所述花团状氟化石墨烯表面的C＝C键含量为10％‑15％；如此，可以提供更大的反应面积和活性位点，提高了材料的电导率，能有效降低材料在放电过程中的阻抗及极化，显著提高了电池在大倍率放电时的比能量。

技术领域

本发明涉及锂电池领域，尤其涉及一种高比能量锂电池的制备方法。

背景技术

锂一次电池是一种高能量密度的化学原电池，也是锂电池的一个分类，其以金属锂为负极，固体盐类或溶于有机溶剂的盐类为电解质，金属氧化物或其他固体、液体氧化剂为正极活性物，广泛应用于各类电子仪器和通信设备等民用领域，其中，锂-氟化碳(Li/CFx)电池是目前比能量最高的一种锂/固体正极体系，也是最早进入市场使用的锂一次电池之一，其理论质量比能量可达2180Wh/kg，工作温度范围宽，可在-40～170℃范围工作，自放电小，储存寿命达10年以上。

目前，锂-氟化碳(Li/CFx)电池使用的正极材料主要是氟化石墨、氟化石墨烯等氟化碳(CFx)类材料，虽然其理论质量比能量可达2180Wh/kg，但由于普通氟化碳材料导电性较差，严重影响了锂-氟化碳电池(Li/CFx)的实际性能发挥，制约了其在各个领域的发展和应用。

发明内容

本发明提供了一种高比能量锂电池的制备方法，其能够在高倍率(30C)下放电，具有高的比能量。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

该种高比能量锂电池的制备方法，所述方法具体包括：

首先制备得到了一种花团状氟化石墨烯作为正极活性材料，然后将其与导电剂、粘结剂等按照一定比例经调浆、涂布、干燥等得到正极，后以锂金属作为负极，装配成氟化石墨烯电池。所制备得到的氟化石墨烯电池具有高放电倍率(30C)、高比能量等优点，同时具有安全性能好，储存寿命自放电率极低、高低温性能优良等特点，在航空航天、特种电源等诸多领域具有广阔的应用前景，尤其在高倍率放电需求的设备领域具有显著优势。

其中，该种高比能量锂电池的制备方法，所述方法具体步骤如下：

(1)选用尺寸为1-50μm，层数3-10层的片层状氧化石墨烯，稳固剂选用聚乙烯醇，将二者以1:0.5-1:2的质量比混合在去离子水中，并以2000-3000r/min的速度，高速剪切乳化30-90min，之后通过高压均化器将石墨烯均质溶液在1000-1500Pa的压力下保持30-60min；

(2)将(1)中均质溶液通过喷头雾化，形成的微小液滴在120-170℃的密封仓内迅速干燥成混合粉体，然后收集粉体，将其置于氧化锆瓷舟中放入管式炉进行热处理还原：还原在氩气气氛下进行，先以5℃/min的升温速度升温至300℃，保温1h后，再10℃/min的升温速度，升温至800℃，保温1h，期间控制氩气流量为100sccm，待热处理结束后得到一种花团状石墨烯；

(3)将(2)中得到的石墨烯放入带有搅拌桨的氟化炉中，密封后抽真空，在惰性气体气氛中于100℃移除仓内氧气和水分，重复操作3次后开启搅拌桨，转速为100-200r/min，对材料进行翻动，并切换通入气体为20％的氟/氮混合气，对材料表面进行吹扫，控制压强在80-90KPa，运行30min；