[发明专利]聚合物包覆碳纳米管/氟化亚铁复合材料的制备及其应用

说明书

本发明涉及一种聚合物包覆碳纳米管/氟化亚铁复合材料的制备方法，按照下述步骤进行：(1)将六氟硅酸亚铁水溶液滴加在用Triton X‑100修饰过的碳纳米管上，干燥后，在管式炉中氩气流下退火，得到碳纳米管/氟化亚铁材料。(2)制备锂化全氟磺酸聚合物溶液，将全氟磺酸聚合物浸泡在氢氧化锂溶液中，把锂原子置换磺酸根中的氢原子，得到锂化全氟磺酸聚合物，然后将锂化全氟磺酸聚合物溶解在二甲基亚砜中，搅拌加热溶解。(3)将锂化全氟磺酸聚合物溶液滴加在碳纳米管/氟化亚铁材料上制得锂化全氟磺酸聚合物包覆碳纳米管/氟化亚铁复合材料。本发明同时给出其在锂金属电池正极材料中的应用。

技术领域

本发明属于金属氟化物材料技术领域，更加具体地说，涉及制备聚合物包覆碳纳米管/氟化亚铁用于锂金属电池正极材料，具体地说是利用锂化全氟磺酸聚合物包覆碳纳米管/氟化亚铁提高电极材料的循环稳定性能。

背景技术

为了满足电子产品和电动汽车对储能的需求，需要更进一步提高电池的储能能力。基于转换类型的正极材料能够进行多电子转移反应，比插层类型的正极材料(0.5-1个电子反应)能够释放出更多的电容量。转换类型的电极材料中金属氟化物由于氟离子的较强的电负性，使得金属氟化物具有较高的放电平台。但是由于电负性大也导致金属氟化物的电绝缘性和金属-氟的离子键在一定电压范围内有微量的溶解性。这些都致使金属氟化物在充放电过程中活性物质不断地流失，电极材料的循环性能不断下降。

为了解决金属氟化物导电性能差和微量溶解等问题，本发明提出利用碳纳米管作为导电网络，锂化的全氟磺酸聚合物包覆在氟化亚铁表面保护金属离子的流失，起到提高其循环稳定性作用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，针对现有技术中氟化亚铁的电导性差和金属离子溶解等问题，提供制备聚合物包覆碳纳米管/氟化亚铁复合材料用于锂金属电池正极材料，其中碳纳米管有利于氟化亚铁的电子传输，提高其电化学反应活性，锂化的全氟磺酸聚合物起到抑制氟化亚铁在充放电过程中金属离子流失问题。本发明的技术目的通过下述技术方案予以实现：

一种聚合物包覆碳纳米管/氟化亚铁复合材料的制备方法，按照下述步骤进行：

(1)将六氟硅酸亚铁水溶液滴加在用Triton X-100修饰过的碳纳米管上，干燥后，在管式炉中氩气流下退火，得到碳纳米管/氟化亚铁材料。

(2)制备锂化全氟磺酸聚合物溶液，将全氟磺酸聚合物浸泡在氢氧化锂溶液中，把锂原子置换磺酸根中的氢原子，得到锂化全氟磺酸聚合物，然后将锂化全氟磺酸聚合物溶解在二甲基亚砜中，搅拌加热溶解。

(3)将锂化全氟磺酸聚合物溶液滴加在碳纳米管/氟化亚铁材料上制得锂化全氟磺酸聚合物包覆碳纳米管/氟化亚铁复合材料。

优选地，步骤(1)中，六氟硅酸亚铁水溶液为10-30wt％。管式炉的退火温度为200-300℃，退火时间为2-4h。

步骤(2)中，将全氟磺酸聚合物，浸泡在1mol/L氢氧化锂溶液12-18小时。锂化全氟磺酸聚合物溶解在二甲基亚砜溶液中形成10-20wt％的溶液。

将所制备的锂化全氟磺酸聚合物包覆碳纳米管/氟化亚铁复合材料在锂金属电池正极材料中的应用，按照质量比碳纳米管/氟化亚铁：炭黑：粘结剂(PVDF)＝8：1：1的比例研磨，将研磨好的浆料均匀涂布于附碳铝箔上，放置于鼓风烘箱中2-8h烘干，将烘好的料置于真空干燥箱中，真空干燥8-24h，根据需要进行裁剪称重得到相应的正极材料。

本发明技术方案方便易行，且可通过六氟硅酸亚铁水溶液的加入量进而控制碳纳米管上氟化亚铁的负载量。也可通过控制锂化全氟磺酸聚合物溶液的加入量控制聚合物包覆量。通过控制碳纳米管与氟化亚铁的比例和聚合物的包覆量来提高复合材料整体的电化学性能。锂化全氟磺酸聚合物包覆碳纳米管/氟化亚铁复合材料的扫描电镜图和透射电镜图如附图1-4所示，且通过XRD表征说明氟化亚铁与碳纳米管复合材料成功制备。

附图说明