[发明专利]一种精准氟化碳纳米管阵列的制备方法及锂原电池应用

说明书

一种氟化碳纳米管阵列的制备方法，属于氟化碳材料制备、一次电池技术领域。本发明通过调控氟化条件，调控氟化碳纳米管阵列的形貌、结构和F/C比。碳纳米管阵列由于高度的阵列取向结构，具有阵列排布的传输通道，有利于氟化后形成阵列型的氟化碳纳米管，从而加快电荷传输，有望制备高比容量的锂/氟化碳电池。除此之外，这种高度取向的阵列结构易于分散，使得放电初期的电压滞后现象得到改善。

技术领域

本发明属于锂一次电池技术领域，具体涉及一种精准氟化碳纳米管阵列的制备方法及锂原电池应用。

背景技术

锂/氟化碳电池是以氟化碳(CF_x)作为正极材料，金属锂作为负极材料组成的锂一次电池。目前已经实现大规模生产并运用的锂一次电池主要有锂/二氧化锰、锂/二氧化硫电池、锂/亚硫酰氯电池、锂/氟化碳电池等。相对于其他固体材料正极电池，锂/氟化碳(Li/CF_x)电池具有最高的理论能量密度(2180Wh/kg)，实用比能量可到250～800Wh/kg。除此之外，Li/CF_x电池还具有以下优势:(1)适用温度范围广:CF_x性质稳定，可在-20～80℃宽的温区范围中使用，低温下不会发生副反应；(2)放电平台稳定:CF_x被反应为LiF和C，正极活性物质使用率几乎可以达到100％，直到放电结束，电压都可以维持稳定；(3)自放电率低：锂/氟化碳电池的自放电率很低(1％/年)，因此有十年以上的储存寿命。目前，Li/CF_x电池已广泛应用于军事、医疗，如军人便携式电源，心脏起搏器等植入式医学装置，同时它能够应用于电子计算机、钟表、照相机以及集成电路存储器等领域，具有很广阔的发展前景。但由于氟化碳材料的导电性差、反应产物LiF的电子绝缘性和较强的共价C-F键键能等原因使得锂/氟化碳一次电池呈现活性物质利用率低、高倍率放电容量衰减较大，约为理论容量的30％，在放电开始时出现电压滞后现象，表现出较大的极化等缺陷而限制了锂/氟化碳一次电池更深入的开发利用。利用新型的碳源进行氟化，可以改善锂/氟化碳一次电池的性能。中国专利201711435109.8公开了一种以氟化科琴黑为正极材料的锂/氟化碳电池，利用氟化科琴黑自身优异的导电性，有效改善氟化碳的放电平台和倍率性能。但上述专利的新型碳源并没有提高电池的比容量，且同时存在电压滞后的现象。如何调控氟化工艺对碳材料进行氟化进而改善锂/氟化碳电池的性能仍是未来的研究方向。

发明内容

本发明的目的在于，针对背景技术存在的缺陷，提出了一种精准氟化碳纳米管阵列的制备方法及锂原电池应用。本发明得到的氟化碳纳米管阵列作为正极材料应用于锂一次电池中，有效提高了电池的比容量,改善放电初期电压滞后的现象。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种精准氟化碳纳米管阵列的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、将碳纳米管阵列置于旋转管式炉内，将氟化温度控制在350～550℃，并在该温度下保温1～2h，然后以100～200mL/min的速率通入氟化气体，进行氟化反应1～2h，即可得到所述氟化碳纳米管阵列。

步骤2、将步骤1得到的氟化碳纳米管阵列置于真空干燥箱中干燥12h，以减少氟化碳中游离氟的含量。

进一步地，步骤1所述的氟化气体为纯氟气。

进一步地，步骤1所述的氟化气体浓度为1％～5％。

进一步地，步骤2所述的真空干燥箱温度为80～200℃。

本发明还提供了一种氟化碳纳米管阵列作为锂氟化碳一次电池的正极材料的应用。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：