CN115010112A - 一种超高比能量氟化软碳的制备方法及锂一次电池应用 - Google Patents
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Abstract
本发明介绍了一种超高比能量氟化软碳制备方法，并将其应用在锂一次电池中。本发明通过在高温退火调控软碳，达到调节软碳结晶度和界面的目的；并通过精准氟化手段实现超高比容量的氟化软碳的制备。退火处理的软碳，能够拥有更加丰富的界面，且能够达到调节软碳结晶度的目的，能够在氟化时形成更多的C‑F2键，再通过精准氟化后，将其作为锂一次电池正极材料，能在低倍率放电下释放出更多能量。在0.01C下拥有着925mAh/g和2319.7Wh/kg的超高比容量和能量密度。因此，本发明通过退火的方法，达到调控软碳结晶度和界面的目的，为制备长续航的超高比能量锂/氟化碳一次电池正极材料奠定了基础。
Description
技术领域
本发明属于新材料、功能性材料技术领域，具体涉及一种超高比能量氟化软碳的制备方法，并以制备得到的氟化碳材料作为锂/氟化碳电池的正极材料，得到超高比能量的锂一次电池。
背景技术
锂/氟化碳电池因其具有超高的理论能量密度(2180Wh/kg)，而备受学界关注。此外，锂/氟化碳电池还有着自放电率低、工作温度范围宽、放电平台稳定等优点，在不可拆卸的特种设备、医疗设备器件以及民用小型仪器等方面有着广泛应用。氟化碳(CFx)作为锂/氟化碳电池中的关键材料，对锂/氟化碳电池的电化学性能有着极大的影响。CFx中的x表示F和C的原子配比，代表CFx材料的氟化程度，取决于氟化的方式以及氟化的条件(如氟化温度、氟化时间等)。当x＝1是，Li/CFx电池的理论比容量为865mAh/g。由于F的超强电负性，使得F元素在与C元素成键时，电子密度会集中F元素周围，导致CFx有着很强的极性，这也是CFx的本征导电性低的根本原因。面对应用领域的迭代升级，发展出与之相匹配的超高比能量的氟化碳材料是十分必要的。这个问题的解决也需要通过碳源和氟化方式出发，例如中国专利CN202111149980.8，制备了一种具有多层的复合结构的氟化碳材料，提升了电池的性能。
发明内容
本发明目的在于，针对背景技术存在的问题，提供了一种超高比能量氟化软碳的制备方法，并将其应用于锂一次电池中。本发明利用高温退火处理软碳，调控软碳的结晶度和界面，能够在精准氟化过程中形成更过有利于低倍率放电的C-F2键，制备得到超高比能量氟化软碳，将这种氟化碳材料应用在锂一次电池中，能够为特种设备或是医疗器械等提高超长的续航时间。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种超高比能量氟化软碳的制备方法及锂一次电池应用，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、软碳高温退火调控精细结构。将软碳装在石墨罐中，放置在高温碳管炉中，将炉子空气排尽，并向炉内通入保护气体，调节气体流量，保证高温碳管炉出气口气体均匀连续。设置高温碳管炉程序升温至900～1800℃，并在退火温度下保温2～8h，待退火结束后，取出样品，得到不同温度和时间下退火的软碳。
步骤2、精准氟化。将退火处理后的软碳，放置在蒙奈尔合金容器中，设置程序升温至300～500℃，当达到氟化反应温度后，通入F2气进行精准氟化，氟化反应时间为2～10h。降温后取出样品，得到具有超高比能量的氟化软碳。
进一步地，步骤1、2所述的惰性气体为氮气、氩气等，作为保护气体，从开始加热持续通入到反应结束冷却至室温。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明提供了一种超高比能量氟化软碳制备方法，并将其应用于锂一次电池中。本发明通过退火处理软碳，达到调控软碳结晶度和界面的目的，使得其在精准氟化过程中，能够形成更多有利于低倍率放电的C-F2键，在实际应用过程中，使用密度大的软碳也能够增加实效电池的体积/质量能量密度，为特种设备或医疗器械提供超长续航的能量供给。因此，本发明通过可控的高温退火处理，达到对软碳的结晶度和界面调控目的，本发明中所用的工艺方法简单，为大批量实效电池氟化碳正极材料的生产制备奠定了重要的应用基础。
附图说明
图1为所改性软碳的SEM图(a)-(c)及粒径统计分布柱状图(d)；
图2为实施例1、实施例2和实施例3在不同温度下退火处理软碳后的Raman对比图；
图3为实施例4得到的退火处理后的氟化软碳的SEM形貌图(a)(b)、粒径分布统计柱状图(c)以及Mapping元素分布统计(d)-(e)；
图4为实施例4得到的退火处理后的氟化软碳的XRD图谱；
图5为实施例4得到的退火处理后的氟化软碳的TG曲线；
图6为实施例4得到的退火处理后的氟化软碳的XPS曲线，(a)C 1s高分辨谱，(b)F1s高分辨谱；
图7为实施例1得到的退火处理后的氟化软碳在0.01C下的恒流放电曲线；
图8为实施例2得到的退火处理后的氟化软碳在0.01C下的恒流放电曲线；
图9为实施例3得到的退火处理后的氟化软碳在0.01C下的恒流放电曲线；
图10为实施例4得到的退火处理后的氟化软碳在0.01C下的恒流放电曲线；
具体实施方式
下面结合附图及具体实例，进一步详述本发明的技术方案。
实施例1
一种超高比能量氟化软碳制备方法及其应用，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、软碳高温退火调控精细结构。将软碳装在石墨罐中，放置在高温碳管炉中，将炉子空气排尽，并向炉内通入保护气体，调节气体流量，保证高温碳管炉出气口气体均匀连续。设置高温碳管炉程序升温至1350℃，并在退火温度下保温4h，待退火结束后，取出样品，得到不同温度和时间下退火的软碳。
步骤2、精准氟化。将退火处理后的软碳，放置在蒙奈尔合金容器中，设置程序升温至400℃、450℃、500℃，当达到氟化反应温度后，通入F2气进行精准氟化，氟化反应时间为4h。降温后取出样品，得到具有超高比能量的氟化软碳FSC-1350-400、FSC-1350-450和FSC-1350-500。
实施例2
本实施例与实施例1相比，区别在于：步骤1的过程调整为：软碳退火。
将软碳装在石墨罐中，放置在高温碳管炉中，将炉子空气排尽，并向炉内通入保护气体，调节气体流量，保证高温碳管炉出气口气体均匀连续。设置高温碳管炉程序升温至1550℃，并在退火温度下保温4h，待退火结束后，取出样品，得到不同温度和时间下退火的软碳。
实施例3
本实施例与实施例1相比，区别在于：步骤1的过程调整为：软碳退火。将软碳装在石墨罐中，放置在高温碳管炉中，将炉子空气排尽，并向炉内通入保护气体，调节气体流量，保证高温碳管炉出气口气体均匀连续。设置高温碳管炉程序升温至1750℃，并在退火温度下保温4h，待退火结束后，取出样品，得到不同温度和时间下退火的软碳。
实施例4
本实施例与实施例2相比，区别在于：步骤2的过程调整为：精准氟化。将退火处理后的软碳，放置在蒙奈尔合金容器中，设置程序升温至440℃、450℃、460℃，当达到氟化反应温度后，通入F2气进行精准氟化，氟化反应时间为4h。降温后取出样品，得到具有超高比能量的氟化软碳FSC-1550-440、FSC-1550-450和FSC-1550-460。
实施例5
本实施例与实施例1相比，区别在于：步骤1的过程调整为：软碳退火。
将软碳装在石墨罐中，放置在高温碳管炉中，将炉子空气排尽，并向炉内通入保护气体，调节气体流量，保证高温碳管炉出气口气体均匀连续。设置高温碳管炉程序升温至900℃，并在退火温度下保温4h，待退火结束后，取出样品，得到不同温度和时间下退火的软碳。
实施例6
本实施例与实施例1相比，区别在于：步骤1的过程调整为：软碳退火。将软碳装在石墨罐中，放置在高温碳管炉中，将炉子空气排尽，并向炉内通入保护气体，调节气体流量，保证高温碳管炉出气口气体均匀连续。设置高温碳管炉程序升温至1200℃，并在退火温度下保温4h，待退火结束后，取出样品，得到不同温度和时间下退火的软碳。
实施例7
本实施例与实施例1相比，区别在于：步骤2的过程调整为：精准氟化。将退火处理后的软碳，放置在蒙奈尔合金容器中，设置程序升温至300℃、340℃、380℃，当达到氟化反应温度后，通入F2气进行精准氟化，氟化反应时间为4h。降温后取出样品，得到具有超高比能量的氟化软碳FSC-1350-300、FSC-1350-340和FSC-1350-380。
图1是改性处理前软碳的SEM图(a)-(c)及粒径统计分布柱状图(d)；在低放大倍数下(a)可以观察到，SC是不规则的块体；通过在更大的放大倍数下(b)和(c)的SEM图片可以发现，单个的SC是具有片层堆叠状的形貌。通过对粒径分析测试计算得到SC的平均粒径为15.1μm。SC这种层状的微观结构具有更加丰富的边缘结构，在高温气相氟化的过程中，氟气会穿插进入到片层之间，进行更加深入和完全的氟化，有利于提高氟化碳的F/C比值。此外，这种多层状的形貌边缘也有利于在氟化过程中与氟气反应形成更多的C-F2键，已经证实了部分C-F2键在低倍率放电的情况下是存在电化学活性的。
图2为实施例1、实施例2和实施例3在不同温度下退火处理软碳后的Raman对比图。从图中可以看到，在拉曼位移为1351cm-1和1590cm-1附近处存在着D峰和G峰。通过LabSpec软件计算得到SC-1350、SC-1550和SC-1750的ID/IG比值分别为1.02、0.94和0.83。ID/IG比值随着退火温度的升高而呈现出逐渐变小的趋势，这是因为退火热处理的温度越高，SC的石墨化程度就越高，G峰的相对强度就越高，ID/IG比值就越小。
图3为实施例4得到的退火处理后的氟化软碳的SEM形貌图(a)(b)、粒径分布统计柱状图(c)以及Mapping元素分布统计(d)-(e)。(a)是FSC-1550-460低放大倍数下的SEM形貌图，在高温气相氟化法氟化之后，FSC-1550-460仍然维持着与SC类似的不规则块状形貌，氟化并没有改变原始碳源整体的形貌。但从图(b)的高放大倍数下的SEM图中可以看到，FSC-1550-460虽然同样SC一样是层状的结构，但是由于在氟化过程中F2插入石墨层间与C反应成键，导致了层与层之间的间隙变宽。此外，通过对FSC-1550-460做粒径分布统计，发现在氟化后样品的平均粒径减小至8.31μm，造成这种现象的原因同样归于氟化过程中F2在高温下对SC结构的破坏。EDS的结果表明，FSC-1550-460含有C和F两种元素，元素的分布都较为均匀。
图4为实施例4得到的退火处理后的氟化软碳的XRD图谱。在图谱中存在着三个明显的衍射峰，位于12.78°和40.77°出的衍射峰属于氟化碳材料的特征衍射峰，前一个特征衍射峰对应于F/C比值高的氟化碳材料的(001)面；而40.77°的特征峰对应于CFx的(100)面；在27.91°处存在着一个宽的衍射峰，这归属CFx材料内石墨结构的(002)面。
图5为实施例4得到的退火处理后的氟化软碳的TG曲线。从TG曲线中可以看到，FSC-1550-460具有较好的热稳定性，在470C之前都十分稳定，没有质量损失，当温度超过470 C后才存在一个质量损失的过程。
图6为实施例4得到的退火处理后的氟化软碳的XPS曲线，(a)C 1s高分辨谱，(b)F1s高分辨谱。(a)是FSC-1550-460的高分辨C1s谱中，在结合能为284.7eV、286.57eV、289.97eV、290.02eV、291.1eV和291.74eV的峰，分别归属于sp3 C-C、sp2 C＝C、半离子C-F(Simi-ionic C-F)、共价C-F、C-F2和C-F3键。
图7为实施例1得到的退火处理后的氟化软碳在0.01C下的恒流放电曲线。当截止电压为1.5V时，FSC-1350-400、FSC-1350-450和FSC-1350-500的比容量分别是688.3mAh/g、708.7mAh/g和737mAh/g，能量密度分别是1768.5Wh/kg、1832.6Wh/kg、1649.3Wh/kg，可以看到当氟化升高到500℃时，虽然比容量增大了，但却由于电压平台的下降而导致能量密度的降低。
图8为实施例2得到的退火处理后的氟化软碳在0.01C下的恒流放电曲线。FSC-1550-400、FSC-1550-450和FSC-1550-500分别具有517.5mAh/g、763.6mAh/g和779.8mAh/g的比容量，以及1339Wh/kg、1889.6Wh/kg和1784.7Wh/kg的能量密度。
图9为实施例3得到的退火处理后的氟化软碳在0.01C下的恒流放电曲线。FSC-1750-400、FSC-1750-450和FSC-1750-500的比容量分别是173.9mAh/g、710.8mAh/g和748.7mAh/g，能量密度分别是499.1Wh/kg、1778.2Wh/kg和1735.9Wh/kg。
图10为实施例4得到的退火处理后的氟化软碳在0.01C下的恒流放电曲线。FSC-1550-440、FSC-1550-450和FSC-1550-460的电压平台都在2.5V以上，放电曲线平稳，比容量分别是649.3mAh/g、763.6mAh/g和925mAh/g，能量密度分别是1657.3Wh/kg、1889.6Wh/kg和2319.7Wh/kg。
表1总结了一些实施例中氟化软碳的电化学性能。
表1电化学性能汇总表。
Claims (2)
1.一种超高比能量氟化软碳制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、软碳高温退火调控精细结构。将软碳装在石墨罐中，放置在高温碳管炉中，将炉子空气排尽，并向炉内通入保护气体，调节气体流量，保证高温碳管炉出气口气体均匀连续。设置高温碳管炉程序升温至900～1800℃，在退火温度下保温2～8h，待退火结束后，取出样品，得到不同温度和时间下退火软碳。
步骤2、精准氟化。将退火处理后的软碳，放置在蒙奈尔合金容器中，设置程序升温至300～500℃，当达到氟化反应温度后，通入F2气进行精准氟化，氟化反应时间为2～10h。降温后取出样品，得到具有超高比能量的氟化软碳。
2.根据权利要求1中所述的超高比能量氟化软碳制备方法，其特征在于，步骤1、2所述的惰性气体为氮气、氩气等，作为保护气体，从开始加热持续通入到反应结束冷却至室温。
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|---|---|---|---|---|
| GB2618637A (en) * | 2022-05-12 | 2023-11-15 | Yangtze Delta Region Institute Of Univ Of Electronic Science And Technology Of China Huzhou | Preparation method of fluorinated soft carbon with ultra-high specific energy, and use of primary lithium battery |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007001779A (ja) * | 2005-06-21 | 2007-01-11 | Tokuyama Corp | フッ化金属単結晶のアニール方法 |
| WO2007126436A2 (en) * | 2005-11-16 | 2007-11-08 | California Institute Of Technology | Fluorination of multi-layered carbon nanomaterials |
| JP2015128045A (ja) * | 2013-12-27 | 2015-07-09 | 深▲セン▼市貝特瑞新能源材料股▲ふん▼有限公司 | リチウムイオン二次電池ソフトカーボン負極材、その製造方法及びリチウムイオン二次電池 |
| CN114335455A (zh) * | 2021-12-06 | 2022-04-12 | 电子科技大学长三角研究院(湖州) | 一种精准氟化结晶度可调软碳的方法及一次电池性能研究 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS53102893A (en) * | 1977-02-22 | 1978-09-07 | Ouyou Kagaku Kenkiyuushiyo | Graphite fluoride having new structure and method of making same |
| CN115053372B (zh) * | 2020-01-31 | 2023-09-15 | 松下知识产权经营株式会社 | 水系二次电池用负极活性物质、水系二次电池用负极及水系二次电池 |
| CN115010112A (zh) * | 2022-05-12 | 2022-09-06 | 电子科技大学长三角研究院(湖州) | 一种超高比能量氟化软碳的制备方法及锂一次电池应用 |
-
2022
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Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007001779A (ja) * | 2005-06-21 | 2007-01-11 | Tokuyama Corp | フッ化金属単結晶のアニール方法 |
| WO2007126436A2 (en) * | 2005-11-16 | 2007-11-08 | California Institute Of Technology | Fluorination of multi-layered carbon nanomaterials |
| JP2015128045A (ja) * | 2013-12-27 | 2015-07-09 | 深▲セン▼市貝特瑞新能源材料股▲ふん▼有限公司 | リチウムイオン二次電池ソフトカーボン負極材、その製造方法及びリチウムイオン二次電池 |
| CN114335455A (zh) * | 2021-12-06 | 2022-04-12 | 电子科技大学长三角研究院(湖州) | 一种精准氟化结晶度可调软碳的方法及一次电池性能研究 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2618637A (en) * | 2022-05-12 | 2023-11-15 | Yangtze Delta Region Institute Of Univ Of Electronic Science And Technology Of China Huzhou | Preparation method of fluorinated soft carbon with ultra-high specific energy, and use of primary lithium battery |
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