本发明涉及锂电池正极材料
技术领域：
，具体涉及一种氟化碳材料的表面改性方法及其产品与应用。
背景技术：
：锂电池种类繁多，主要有锂-二氧化锰电池、锂-亚硫酰氯电池、锂-二氧化硫电池等，能量密度一般能达到250-350Wh/kg，具有较高的比能量和工作电压。近年来，锂-氟化碳电池因具有700-800Wh/kg的能量密度而备受关注，但由于氟化碳材料存在初始电压滞后严重、大倍率放电性能欠佳、放热及膨胀等问题，最终降低了电池低温大电流放电的效果，严重影响了电池大倍率放电性能，在很大程度上制约了锂-氟化碳电池的技术发展和应用。目前公开了一种采用氟化碳材料作为正极的锂电池，其中氟化碳为氟化石墨CFX与氟化碳纳米管CFX的混合物，氟化石墨CFX与氟化碳纳米管CFX的质量比例范围为6:4至9.5:0.5。采用氟化石墨与氟化碳纳米管的混合物作为电池正极材料，可以将氟化碳纳米管材料分散在氟化石墨颗粒周围，消除氟化碳纳米管材料的高团聚性，在一定程度上改善了电池放电初期出现明显电压滞后的现象，对锂-氟化碳电池体系的倍率放电性能有所提高，但由于氟化石墨和氟化碳纳米管均为氟化系列材料，无法克服氟化系列材料本身具有的初始电压滞后的缺陷，难以大幅提高锂-氟化碳电池的放电倍率，影响氟化碳材料的广泛应用。技术实现要素：针对现有技术中的缺陷，本发明目的在于提供一种氟化碳材料的表面改性方法及其产品与应用，以有效减少氟化碳的电压滞后，提高氟化碳的大倍率放电性能。为实现上述目的，本发明提供的技术方案为：第一方面，本发明提供了一种氟化碳材料的表面改性方法，包括如下步骤：将氟化碳放入纯肼或含有肼的溶液中，在25℃～100℃下反应5h～24h，所述氟化碳和肼的质量比为1:1.55～1:5；将所述反应得到的产物过滤，收集滤渣；将所述滤渣用溶剂进行洗涤；将所述洗涤后的产物在惰性气氛下烘干，烘干后的物质即为表面改性后的氟化碳材料。在本发明的进一步实施方式中，所述含有肼的溶液的溶剂为乙醇、乙二醇、异丙醇和水中的一种或几种，其中肼的质量百分比为2％～100％但不包括100％。在本发明的进一步实施方式中，所述含有肼的溶液的溶剂为水，其中肼的质量百分比为11％～31％。在本发明的进一步实施方式中，在所述反应的过程中持续搅拌，搅拌速率为10～60转/分。在本发明的进一步实施方式中，所述滤渣和所述溶剂的质量比为3～20:100。在本发明的进一步实施方式中，所述溶剂为水、乙醇和丙酮中的一种或几种。在本发明的进一步实施方式中，所述惰性气氛为氮气或氩气。在本发明的进一步实施方式中，所述烘干的温度为60℃～120℃。本发明提供的氟化碳材料的表面改性方法，通过在氟化碳表面与肼反应，原位生成导电相，可以有效减少氟化碳的电压滞后，提高氟化碳的大倍率放电性能。经过表面改性氟化碳材料组装得到的电池，在0.1C倍率下，平台电压和容量比未进行表面改性的纯氟化碳材料组装得到的电池都有显著的提高。第二方面，本发明提供了根据上述表面改性氟化碳材料的方法制备得到的表面改性氟化碳材料。第三方面，本发明提供了表面改性氟化碳材料在制备锂电池中的应用。本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。附图说明图1为本发明实施例中的氟化碳材料的表面改性方法的流程图。图2为对比例和本发明实施例一的表面改性氟化碳材料分别组装得到的电池的放电曲线图。图3为本发明实施例一制备得到的表面改性氟化碳材料的透射电镜图。附图标记：1-未进行表面改性的纯氟化碳材料组装得到的电池的放电曲线；2-本发明实施例一制备得到的表面改性氟化碳材料组装得到的电池的放电曲线。具体实施方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。如图1所示，本发明提供一种氟化碳材料的表面改性方法，包括如下步骤：S1：将氟化碳放入纯肼或含有肼的溶液中，在25℃～100℃下反应5h～24h，氟化碳和含有肼的溶液的质量比为1:1.55～1:5，含有肼的溶液的溶剂优选为乙醇、乙二醇、异丙醇和水中的一种或几种，进一步优选为水，其中肼的质量百分比优选为2％～100％，进一步优选为11％～31％，在反应的过程中持续搅拌，搅拌速率优选为10～60转/分；S2：将反应得到的产物过滤，收集滤渣；S3：将滤渣用溶剂进行洗涤，滤渣和溶剂的质量比优选为3～20:100，溶剂优选为水、乙醇和丙酮中的一种或几种；S4：将洗涤后的产物在惰性气氛下烘干，烘干后的物质即为表面改性后的氟化碳材料，惰性气氛优选为氮气或氩气，烘干温度优选为60℃～120℃。下面结合具体实施例对本发明提供的表面改性氟化碳材料的方法作进一步说明。实施例一本实施例提供了一种氟化碳材料的表面改性方法，包括如下步骤：将0.2g氟化碳放入20g含有肼的乙醇溶液中，其中肼的质量百分比为2％，在25℃下反应24h，在反应的过程中持续以10转/分的速率搅拌；将反应得到的产物过滤，收集滤渣；将滤渣用乙醇进行洗涤，其中滤渣和溶剂的质量比为3:100；将洗涤后的产物在60℃的氮气气氛下烘干，烘干后的物质即为表面改性后的氟化碳材料。实施例二本实施例提供了一种氟化碳材料的表面改性方法，包括如下步骤：将0.2g氟化碳放入1g纯肼溶液中，在100℃下反应5h，在反应的过程中持续以60转/分的速率搅拌；将反应得到的产物过滤，收集滤渣；将滤渣用丙酮进行洗涤，滤渣和溶剂的质量比为20:100；将洗涤后的产物在120℃的氩气气氛下烘干，烘干后的物质即为表面改性后的氟化碳材料。实施例三本实施例提供了一种氟化碳材料的表面改性方法，包括如下步骤：将0.2g氟化碳放入4g含有肼的水溶液中，其中肼的质量百分比为11％，在60℃下反应12h，在反应的过程中持续以30转/分的速率搅拌；将反应得到的产物过滤，收集滤渣；将滤渣用水进行洗涤，滤渣和溶剂的质量比为10:100；将洗涤后的产物在90℃的氮气气氛下烘干，烘干后的物质即为表面改性后的氟化碳材料。实施例四本实施例提供了一种氟化碳材料的表面改性方法，包括如下步骤：将0.2g氟化碳放入1g含有肼的水溶液中，其中肼的质量百分比为31％，在60℃下反应12h，在反应的过程中持续以30转/分的速率搅拌；将反应得到的产物过滤，收集滤渣；将滤渣用水进行洗涤，滤渣和溶剂的质量比为10:100；将洗涤后的产物在90℃的氮气气氛下烘干，烘干后的物质即为表面改性后的氟化碳材料。实施例五本实施例提供了一种氟化碳材料的表面改性方法，包括如下步骤：将0.2g氟化碳放入2g含有肼的水溶液中，其中肼的质量百分比为20％，在60℃下反应12h，在反应的过程中持续以30转/分的速率搅拌；将反应得到的产物过滤，收集滤渣；将滤渣用水进行洗涤，滤渣和溶剂的质量比为10:100；将洗涤后的产物在90℃的氮气气氛下烘干，烘干后的物质即为表面改性后的氟化碳材料。将上述实施例一制备得到的表面改性氟化碳材料作为正极材料，导电炭黑SP作为导电剂、聚偏氟乙烯PVDF作为粘结剂，其中正极材料、导电剂、粘结剂以质量比为80：10：10加入球磨机中，均匀混合成正极浆料，然后涂在铝箔上，在120℃条件下干燥；将金属锂作为负电极，在手套箱中进行锂电池的组装，然后在25℃下进行性能测试，运用的是0.1C倍率。运用同样的方法将上述实施例二至实施例五制备得到的表面改性氟化碳材料和对比例中未进行表面改性的纯氟化碳材料分别处理，进行锂电池的组装和相同条件下的性能测试。图2为对比例和本发明实施例一的表面改性氟化碳材料分别组装得到的电池的放电曲线图，其中下面的曲线1是未进行表面改性的纯氟化碳材料组装得到的电池的放电曲线，上面的曲线2是本发明实施例一制备得到的表面改性氟化碳材料组装得到的电池的放电曲线。从图2中可以看到，经过表面改性氟化碳材料组装得到的电池，在0.1C倍率下，平台电压和容量比未进行表面改性的纯氟化碳材料组装得到的电池都有显著的提高。图3为本发明实施例一制备得到的表面改性氟化碳材料的透射电镜图，从图3中可以看出，在氟化碳表面生成5nm左右的层状石墨烯层，其具有良好的导电性。对比例和实施例一至实施例五的氟化碳材料组装得到的电池在测试中得到的平台电压和容量具体数值如下表1所示：表1对比例和实施例一至实施例五氟化碳材料组装得到的电池的放电性能平台电压(V)容量(mAh/g)对比例2.30620实施例一2.52680实施例二2.60695实施例三2.65710实施例四2.63700实施例五2.66715需要说明的是，除了实施例一至实施例五列举的情况，选用其它的氯化铁和含有肼的溶液的质量比，含有肼的溶液的溶剂种类，肼的质量百分比，搅拌速率，滤渣和溶剂的质量比，洗涤溶剂的种类，惰性气氛种类和烘干温度也是可行的，只是在实施例一至实施例五列举的情况下，制备得到的表面改性氟化碳材料组装得到的平台电压和电池的容量更高，更有效的减少了氟化碳的电压滞后，提高了氟化碳的大倍率放电性能。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型，而并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。当前第1页1 2 3