[发明专利]一种混合等离子体和原位复合的联合改性氟化碳的方法

说明书

本发明属于新材料、锂一次电池技术领域，提供一种混合等离子体和原位复合的联合改性氟化碳的方法，并以改性后的氟化碳作为正极材料制备锂一次电池。本发明利用混合等离子体对氟化碳进行C‑F键型调控，氟碳键选择性断裂原位形成“无定形碳”包覆于氟化碳表面；并且，以高锰酸钾为锰源，与表层碳和有机源反应原位生成超细二氧化锰颗粒，形成CFsubgt;x/subgt;/C/MnOsubgt;2/subgt;复合材料，并将其用作锂/氟化碳一次电池的正极材料。在氟化碳表面残余的碳层以及复合的二氧化锰颗粒能有效提高氟化碳的导电性，减缓一次电池放电过程中的电化学极化，同时减小放电初期的电压滞后效应，进而提高锂/氟化碳电池的倍率性能，对促进锂/氟化碳电池的应用推广具有重要意义。

技术领域

本发明属于新材料、锂一次电池技术领域，涉及氟化碳材料的联合改性方法，具体提供一种混合等离子体和原位复合的联合改性氟化碳的方法，并以改性后的氟化碳作为正极材料制备锂一次电池。

背景技术

常见的锂一次电池主要有锂/二氧化锰电池、锂/二氧化硫电池、锂/亚硫酰氯电池及锂/氟化碳电池等，其中，锂/氟化碳电池(Li/CF_x)相对于其他固体材料正极电池，具有最高的理论能量密度(2180Wh/kg)，且实用比能量可到250～800Wh/kg。同时，Li/CF_x电池还具有诸多优势：1)较宽的工作温域：氟化碳材料性质稳定，可在-20～80℃宽的温温范围中使用；2)稳定的工作电压：正极中氟化碳反应完后变为LiF和C，活性物质使用率几乎可以达到100％，直到放电结束，工作电压都基本稳定；3)自放电率低：锂/氟化碳电池的自放电率很低(年自放电率1％)，因此有十年以上的超长储存寿命。

目前，锂/氟化碳电池已广泛应用于航天航空、深海探测、军事、医疗等领域，具有很广阔的发展前景；然而，因其正极材料氟化碳(CF_x)的本征导电性差、共价C-F键键能较强等原因使得锂/氟化碳电池放电初期极化严重，有着严重的电压滞后、且高倍率放电容量衰减较大，约为理论容量的30％，大大限制了锂/氟化碳一次电池更深入的开发与利用。为了弥补锂/氟化碳电池的电压滞后、倍率性能差等缺点，公开号为CN110707313A的专利文献中公开了一种V₂O₅-氟化碳复合正极材料，利用V₂O₅材料较高的电压平台及良好的倍率性能弥补了锂/氟化碳倍率性能差的问题，但是其电压滞后效应依旧存在。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中锂/氟化碳电池(Li/CF_x)存在的缺陷，提出一种混合等离子体和原位复合的联合改性氟化碳的方法，首先利用混合等离子体技术对氟化碳材料进行表面碳包覆，再复合超细二氧化锰颗粒，制备得到一种高倍率性能的CF_x/C/MnO₂复合正极材料，用以应用于锂一次电池中，有效提高锂/氟化碳电池的比容量，同时改善放电初期电压滞后的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种混合等离子体和原位复合的联合改性氟化碳的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、将氟化碳放置于等离子体增强化学气相沉积(PECVD)设备的管式炉腔体中，并排出管式炉腔体中全部空气与水分；

步骤2、对腔体进行抽真空处理，并按照总流量为100～200ml/min的速率通入诱导气体，并在腔体压强在20～100Pa范围内维持15～30min，然后启动等离子体激发源，在50～400W的功率下进行等离子体处理，处理时间为5～60min，得到碳包覆的氟化碳；

步骤3、将碳包覆的氟化碳分散在乙醇与去离子水的混合液中，并加入高锰酸钾溶液，在室温下反应30～120min，最后经过离心、干燥后得到氟化碳复合正极材料。

进一步的，步骤1中，氟化碳的使用量为1g～200g。