一种复合型高比容材料及其制备方法、电池与流程

本发明属于电化学电池领域，涉及一种复合型高比容材料及其制备方法、电池。

背景技术：

1、随着电子技术的迅猛发展，便携式电子设备已经广泛应用于生活的各个领域。便携式设备小、轻、薄的特性对化学电源能量密度方面提出了更高的要求。单质硫(理论比容量是1672mah/g)以其高能量密度、低成本的优势成为近年来倍受关注和投入较多研究的高比能电池正极材料。

2、氟化碳材料是一种由碳、氟2种元素组成的共价型层间化合物，其化学式为(cfx)n，以氟化碳为正极的电池具有比容量大(理论值865mah/g)、使用温度范围宽、稳定性好、安全性高等优点。发明专利zl201310666223.7提出一种新型含硫正极的制备方法，将具有电化学活性的氟化碳加入硫正极的制备过程中，利用氟化碳放电之后的碳材料改善硫电极的导电性，且有助于提高锂硫电池的首次放电比能量。但是该电极中氟化碳与硫材料只是通过机械混合来完成分散，硫材料与氟化碳材料的分散不均匀，接触也不紧密，导致氟化碳放电后形成的碳材料与硫材料难以充分接触。

技术实现思路

1、为了克服上述缺点，本发明提出一种复合型高比容材料，包含氟化碳、硫和碳，硫均匀分散于碳中，碳和硫包覆于氟化碳外层。

2、上述复合型高比容材料，其中，1＜硫与碳的摩尔比≤4，氟化碳含量任意。

3、上述复合型高比容材料，其中，还包含氟盐，氟盐和硫紧密接触，共同分布于碳中，包覆于氟化碳外层。

4、上述复合型高比容材料，其中，氟盐与碳的摩尔比≤1。

5、上述复合型高比容材料，其中，所述氟化碳为氟化石墨、氟化石墨烯、氟化碳纳米管、氟化乙炔黑、氟化科琴黑、氟化super p、氟化super s、氟化350g、氟化活性炭、氟化空心碳球、氟化富勒烯、氟化碳纤维、氟化孔碳中的一种或多种。

6、上述复合型高比容材料，其中，所述碳为石墨、石墨烯、碳纳米管、乙炔黑、科琴黑、super p、super s、350g、活性炭、空心碳球、富勒烯、碳纤维、孔碳中的一种或多种。

7、上述复合型高比容材料，其中，所述氟盐为氟化锂、氟化钠、氟化钾、多硫化镁、多硫化钙中的一种或多种。

8、本发明还提供一种复合型高比容材料的制备方法，包括如下步骤：(1)将单质硫加入硫化物mys溶液中反应形成多硫化物溶液，1＜单质硫与硫化物的摩尔比≤7；(2)将过量氟化碳加入多硫化物溶液中反应，氟化碳与多硫化物的摩尔比＞2；(3)将反应后的混合液过滤、烘干，获得硫/碳/氟盐/氟化碳复合材料；(4)将硫/碳/氟盐/氟化碳复合材料经酸洗除去全部或部分氟盐，获得硫/碳/氟化碳复合材料或者硫/碳/氟盐/氟化碳复合材料。

9、上述复合型高比容材料的制备方法，其中，多硫化物为多硫化锂、多硫化钠、多硫化钾、多硫化镁、多硫化钙中的一种或多种。

10、本发明另外还提供一种电池，该电池正极材料为上述复合高比容材料，负极为金属锂、金属铝、金属镁、金属钠中的一种或多种。

11、本发明提供的复合型高比容材料的制备方法操作简单，所得复合材料中硫分散于碳本体中，从而保证碳的导电性及碳对硫及其放电产物的支撑作用得以充分发挥，保证硫在放电过程中得到充分利用，循环过程中材料结构保持稳定，提升电池放电比能量及循环稳定性；硫/碳/氟化碳复合材料中，氟化碳和碳硫层分布均匀、接触紧密，硫/碳/氟盐/氟化碳复合材料中，氟盐和硫接触紧密，使氟化碳的放电产物对单质硫放电的促进与吸附作用得到充分发挥，提升电池放电比能量、循环稳定性；

12、本发明提供的含氟盐的复合材料中氟盐和硫紧密接触，共同分布在碳的本体内，提升材料整体的耐热性，进而提升电池的耐热性。

技术特征：

1.一种复合型高比容材料，其特征在于，包含氟化碳、硫和碳，硫均匀分散于碳中，碳和硫包覆于氟化碳外层。

2.如权利要求1所述的复合型高比容材料，其特征在于，还包含氟盐，氟盐和硫紧密接触，共同分布于碳中，包覆于氟化碳外层。

3.如权利要求1所述的复合型高比容材料，其特征在于，所述氟化碳为氟化石墨、氟化石墨烯、氟化碳纳米管、氟化乙炔黑、氟化科琴黑、氟化super p、氟化super s、氟化350g、氟化活性炭、氟化空心碳球、氟化富勒烯、氟化碳纤维、氟化孔碳中的一种或多种。

4.如权利要求1所述的复合型高比容材料，其特征在于，所述碳为石墨、石墨烯、碳纳米管、乙炔黑、科琴黑、super p、super s、350g、活性炭、空心碳球、富勒烯、碳纤维、孔碳中的一种或多种。

5.如权利要求2所述的复合型高比容材料，其特征在于，所述氟盐为氟化锂、氟化钠、氟化钾、多硫化镁、多硫化钙中的一种或多种。

6.一种复合型高比容材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

7.如权利要求6所述的复合型高比容材料的制备方法，其特征在于，多硫化物为多硫化锂、多硫化钠、多硫化钾、多硫化镁、多硫化钙中的一种或多种。

8.一种电池，其特征在于，该电池正极材料为权利要求1至5中任一权利要求所述的复合高比容材料，负极为金属锂、金属铝、金属镁、金属钠中的一种或多种。

技术总结
本发明涉及复合型高比容材料及其制备方法、电池，复合型高比容材料包含氟化碳、硫和碳，硫均匀分散于碳中，碳和硫包覆于氟化碳外层。本发明提出上述复合型高比容材料的制备方法，采用多硫化物与过量氟化碳反应，获得硫/碳/氟盐/氟化碳复合材料，通过化学反应除去全部或部分氟盐，获得单质硫/单质碳/氟化碳复合材料或者单质硫/单质碳/氟盐/氟化碳复合材料。

技术研发人员：裴海娟,郭瑞,李永,刘雯,解晶莹,杨丞,刘静
受保护的技术使用者：上海空间电源研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/4/7