一种铟镍合金/碳纳米管改性锂氟化碳电池正极片及其制备方法和锂氟化碳电池

1.本发明涉及锂氟化碳电池，具体涉及一种铟镍合金/碳纳米管改性锂氟化碳电池正极片及其制备方法和锂氟化碳电池。


背景技术：

2.随着社会经济的发展，人们对电池的性能，尤其是锂电池性能的要求越来越高。锂一次电池由于具有优异的性能，被广泛应用于传感器、照相机、心脏起器、飞机等多种民用及军事领域。氟化碳是一次锂电池容量最高的正极材料之一。因此，li/cfx一次电池明显优于其他竞争一次锂电池，具有超长的保质期、宽的工作温度范围和平坦的放电电压。然而，li/cfx电池的倍率性能较差，过量氟原子引入的cfx中使得电池反应动力学较低，影响电池在大电流工作条件下的容量性能，使其在高能电池技术领域的发展受限。
3.因此，基于这些问题，提供一种能够提高锂氟化碳电池比能量，改进正极导电性、倍率性能的正极片及其制备方法具有重要的现实意义。


技术实现要素：

4.针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种可改进正极导电性和倍率性能的铟镍合金/碳纳米管改性锂氟化碳电池正极片及其制备方法，以及具体较高的电池比能量的锂氟化碳电池。
5.为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
6.一种铟镍合金/碳纳米管改性锂氟化碳电池正极片的制备方法，包括如下步骤：
7.步骤1，制备铟镍合金/碳纳米管复合材料，具体方法为：
8.步骤1.1，按铟、镍和碳原子的摩尔比为1:(5-20):(20-50)将铟源、镍源和碳源混合均匀，得混合物a；
9.步骤1.2，将混合物a置于高温管式炉中，在惰性气氛下以15-30℃/min的升温速率自室温升至150-200℃，并保温1-2h；
10.步骤1.3，保温结束后，关闭高温管式炉，待混合物a降至室温后取出，得产物a；
11.步骤1.4，将产物a放入研钵中充分研磨，待其混合均匀后放入高温管式炉中，在惰性气氛下以10-30℃/min的升温速率自室温升至600-800℃；
12.步骤1.5，升温结束后，关闭高温管式炉，待其降至室温后取出，得铟镍合金/碳纳米管复合材料；
13.步骤2，按质量百分数称取70％-90％的氟化碳、5％-20％的铟镍合金/碳纳米管复合材料和5％-10％的粘结剂研磨混合均匀，然后加入溶剂搅拌均匀得到具有流动性的正极浆料；
14.步骤3，用涂膜器均匀地将正极浆料涂于铝箔或涂碳铝箔上，真空干燥烘除溶剂，得到铟镍合金/碳纳米管改性锂氟化碳电池正极片。
15.进一步地，所述步骤1.1中的铟源为硝酸铟或硫酸铟或硝酸铟与硫酸铟的组合；
16.镍源为硫酸镍、硝酸镍、氯化镍、氨基磺酸镍、溴化镍或氢氧化亚镍中的一种或任意几种的组合；
17.碳源为尿素、三聚氰胺或葡萄糖中的一种或任意几种的组合。
18.进一步地，所述步骤2中的粘结剂为聚偏氟乙烯、羟甲基纤维素、聚丙烯酸或羟甲基纤维素与聚丙烯酸的混合物。
19.进一步地，所述步骤3真空干燥采用真空干燥箱在70-90℃下干燥10-14h。
20.进一步地，当所述步骤2中的粘结剂为聚偏氟乙烯时，所述溶剂为n-甲基吡咯烷酮或n,n-二甲基甲酰胺；当所述步骤2中的粘结剂为羟甲基纤维素、聚丙烯酸或羟甲基纤维素与聚丙烯酸的混合物时，所述溶剂为去离子水。
21.本发明还涉及一种由上述方法制备的铟镍合金/碳纳米管改性锂氟化碳电池正极片，包括正极集流体和涂覆于所述正极集流体上的活性涂层；
22.所述正极集流体为铝箔或涂碳铝箔；
23.所述活性涂层包括质量百分数为70％-90％的氟化碳、5％-20％的铟镍合金/碳纳米管复合材料和5％-10％的粘结剂。
24.本发明还提供一种由上述的铟镍合金/碳纳米管改性锂氟化碳电池正极片制备的锂氟化碳电池，包括电解液、隔膜、负极片和铟镍合金/碳纳米管改性锂氟化碳电池正极片。
25.进一步地，所述隔膜为聚乙烯片、聚丙烯片或多层复合隔膜。
26.进一步地，所述电解液的电解质为litfsi、liclo4或lipf6中的一种或任意几种的组合，所述电解液的溶剂为pc、ec、dec、dmc或emc中的一种或任意几种的组合。
27.本发明与现有技术相比，具有如下技术效果：
28.本发明所涉及的铟镍合金/碳纳米管改性锂氟化碳电池正极片，由于富含活性位点的铟镍合金/碳纳米管复合材料的加入，在提供良好的导电性的同时，也为正极片提供了众多活性位点，起到催化作用，提高电化学反应活性，并且可增加活性物质间的导电接触，提高电子电导率，降低极化，从而提高电极的放电效率；由该正极片制备的锂氟化碳电池具有较高的电压平台和平台稳定性，同时可提高电池的倍率性能。
附图说明
29.图1为本发明实施例1所制备的铟镍合金/碳纳米管复合材料的xrd图；
30.图2为本发明实施例7所提供的锂氟化碳电池在0.1c测试条件下的电化学性能图。
具体实施方式
31.以下结合实施例对本发明的具体内容做进一步详细解释说明。
32.本实施例提供一种铟镍合金/碳纳米管改性锂氟化碳电池正极片的制备方法，包括如下步骤：
33.步骤1，制备铟镍合金/碳纳米管复合材料，具体方法为：
34.步骤1.1，按铟、镍和碳原子的摩尔比为1:(5-20):(20-50)将铟源、镍源和碳源混合均匀，得混合物a；
35.步骤1.2，将混合物a置于高温管式炉中，在惰性气氛下以15-30℃/min的升温速率
自室温升至150-200℃，并保温1-2h；
36.步骤1.3，保温结束后，关闭高温管式炉，待混合物a降至室温后取出，得产物a；
37.步骤1.4，将产物a放入研钵中充分研磨，待其混合均匀后放入高温管式炉中，在惰性气氛下以10-30℃/min的升温速率自室温升至600-800℃；
38.步骤1.5，升温结束后，关闭高温管式炉，待其降至室温后取出，得铟镍合金/碳纳米管复合材料；
39.步骤2，按质量百分数称取70％-90％的氟化碳、5％-20％的铟镍合金/碳纳米管复合材料和5％-10％的粘结剂研磨混合均匀，然后加入溶剂搅拌均匀得到具有流动性的正极浆料；
40.步骤3，用涂膜器均匀地将正极浆料涂于铝箔或涂碳铝箔上，真空干燥烘除溶剂，得到铟镍合金/碳纳米管改性锂氟化碳电池正极片。
41.本实施例还涉及一种由上述方法制备的铟镍合金/碳纳米管改性锂氟化碳电池正极片，包括正极集流体和涂覆于所述正极集流体上的活性涂层；
42.所述正极集流体为铝箔或涂碳铝箔；
43.所述活性涂层包括质量百分数为70％-90％的氟化碳、5％-20％的铟镍合金/碳纳米管复合材料和5％-10％的粘结剂。
44.本实施例还提供一种由上述铟镍合金/碳纳米管改性锂氟化碳电池正极片制备的锂氟化碳电池，包括电解液、隔膜、负极片和铟镍合金/碳纳米管改性锂氟化碳电池正极片。
45.为进一步说明本发明的技术方案，以下结合具体实施例进行详细说明。
46.实施例1
47.一种铟镍合金/碳纳米管改性锂氟化碳电池正极片的制备方法，包括如下步骤：
48.步骤1，制备铟镍合金/碳纳米管复合材料，具体方法为：
49.步骤1.1，按铟、镍和碳原子的摩尔比为1：9：40将硝酸铟、六水合硝酸镍和三聚氰胺混合，然后加入到高速离心分散罐中以1500r/min的转速分散10min，取出得到混合物a；
50.步骤1.2，将混合物a置于高温管式炉中，在惰性气氛下，以30℃/min的升温速率快速升到200℃，保温1h；
51.步骤1.3，保温结束后，关闭高温管式炉，待混合物a降至室温后取出，得产物a；
52.步骤1.4，将产物a放入研钵中研磨使其充分混合，待其混合均匀后放入高温管式炉中，在惰性气氛下以10℃/min的升温速率升至700℃；
53.步骤1.5，升温结束后，关闭高温管式炉，待其降至室温后取出，得铟镍合金/碳纳米管复合材料。
54.步骤2，按质量百分数称取70％的氟化碳、20％的铟镍合金/碳纳米管复合材料和10％的聚偏氟乙烯研磨均匀，然后加入n-甲基吡咯烷酮搅拌均匀得到正极浆料；
55.步骤3，用涂膜器均匀地将正极浆料涂于铝箔上，在真空干燥箱80℃干燥12h，即得铟镍合金/碳纳米管改性锂氟化碳电池正极片。
56.图1为本实施例制备的铟镍合金/碳纳米管复合材料的xrd图；如图所示在2θ为25.75
°
存在碳峰，在44.5
°
、51.75
°
时存在明显的衍射峰为铟镍合金，并且结晶性较好，证明成功合成了铟镍合金/碳纳米管复合材料。
57.实施例2
58.一种铟镍合金/碳纳米管改性锂氟化碳电池正极片的制备方法，包括如下步骤：
59.步骤1，制备铟镍合金/碳纳米管复合材料，具体方法为：
60.步骤1.1，按铟、镍和碳原子的摩尔比为1:5:20将硫酸铟、硫酸镍和尿素混合，然后加入到高速离心分散罐中以2000r/min的转速分散5min，取出得到混合物a；
61.步骤1.2，将混合物a置于高温管式炉中，在氮气气氛下，以15℃/min的升温速率快速升到150℃，保温2h；
62.步骤1.3，保温结束后，关闭高温管式炉，待混合物a降至室温后取出，得产物a；
63.步骤1.4，将产物a放入研钵中研磨使其充分混合，待其混合均匀后放入高温管式炉中，在氮气气氛下以20℃/min的升温速率升至800℃；
64.步骤1.5，升温结束后，关闭高温管式炉，待其降至室温后取出，得铟镍合金/碳纳米管复合材料；
65.步骤2，按质量百分数称取90％的氟化碳、5％的铟镍合金/碳纳米管复合材料和5％的羟甲基纤维素(cmc)研磨均匀，然后加入去离子水搅拌均匀得到正极浆料；
66.步骤3，用涂膜器均匀地将正极浆料涂于涂碳铝箔上，在真空干燥箱70℃干燥14h，即得铟镍合金/碳纳米管改性锂氟化碳电池正极片。
67.实施例3
68.一种铟镍合金/碳纳米管改性锂氟化碳电池正极片的制备方法，包括如下步骤：
69.步骤1，制备铟镍合金/碳纳米管复合材料，具体方法为：
70.步骤1.1，按铟、镍和碳原子的摩尔比为1:20:50将铟源、镍源和碳源混合通过研钵研磨20min使其混合均匀，其中，铟源为铟原子摩尔比为1：1的硝酸铟与硫酸铟，镍源为镍原子摩尔比为1:1:2的硫酸镍、硝酸镍和氯化镍，碳源为碳原子摩尔比为1:1的尿素和三聚氰胺，得到混合物a；
71.步骤1.2，将混合物a置于高温管式炉中，在120sccm的氮气气氛下，以20℃/min的升温速率快速升到200℃，保温1h；
72.步骤1.3，保温结束后，关闭高温管式炉，待混合物a降至室温后取出，得产物a；
73.步骤1.4，将产物a放入研钵中研磨使其充分混合，待其混合均匀后放入高温管式炉中，在120sccm的氮气气氛下以30℃/min的升温速率升至600℃；
74.步骤1.5，升温结束后，关闭高温管式炉，待其降至室温后取出，得铟镍合金/碳纳米管复合材料；
75.步骤2，按质量百分数称取80％的氟化碳、10％的铟镍合金/碳纳米管复合材料和10％的聚丙烯酸(paa)研磨均匀，然后加入去离子水搅拌均匀得到正极浆料；
76.步骤3，用涂膜器均匀地将正极浆料涂于涂碳铝箔上，在真空干燥箱90℃干燥10h，即得铟镍合金/碳纳米管改性锂氟化碳电池正极片。
77.实施例4
78.实施例1制备的铟镍合金/碳纳米管改性锂氟化碳电池正极片，包括正极集流体和涂覆于正极集流体上的活性涂层；其中，正极集流体为铝箔，活性涂层包括质量百分数为70％的氟化碳、20％的铟镍合金/碳纳米管复合材料和10％聚偏氟乙烯(pvdf)。
79.实施例5
80.实施例2制备的铟镍合金/碳纳米管改性锂氟化碳电池正极片，包括正极集流体和
涂覆于正极集流体上的活性涂层；其中，正极集流体为涂碳铝箔，活性涂层包括质量百分数为90％氟化碳、5％的铟镍合金/碳纳米管复合材料和5％羟甲基纤维素(cmc)。
81.实施例6
82.实施例3制备的铟镍合金/碳纳米管改性锂氟化碳电池正极片，包括正极集流体和涂覆于正极集流体上的活性涂层；其中，正极集流体为涂碳铝箔，活性涂层包括质量百分数为80％氟化碳、10％的铟镍合金/碳纳米管复合材料和10％聚丙烯酸(paa)。
83.实施例7
84.一种锂氟化碳电池，包括电解液、隔膜、负极片和实施例1所制备的铟镍合金/碳纳米管改性锂氟化碳电池正极片，其中，电解液的电解质为liclo4，电解液的溶剂为体积比为1:2的dec和dmc，隔膜为聚丙烯片，负极片为金属锂。
85.图2为本实施例所提供的锂氟化碳电池在0.1c测试条件下的电化学性能图，由图可见高电压平台处于2.4v，在0.1c条件下平台很平稳，并且有684mah/g的高容量。
86.实施例8
87.一种锂氟化碳电池，包括电解液、隔膜、负极片和实施例2所制备的铟镍合金/碳纳米管改性锂氟化碳电池正极片，其中，电解液的电解质为质量比为1:1的lipf6和liclo4，电解液的溶剂为ec，隔膜为聚乙烯片，负极片为金属锂。
88.实施例9
89.一种锂氟化碳电池，包括电解液、隔膜、负极片和实施例3所制备的铟镍合金/碳纳米管改性锂氟化碳电池正极片，其中，电解液的电解质为lipf6，电解液的溶剂为pc，隔膜为多层复合隔膜，负极片为金属锂。
90.本发明未指出的部分均按照现有技术进行操作或设置。