等离子体改性氟化碳正极材料及制备方法和用途
阅读说明：本技术 等离子体改性氟化碳正极材料及制备方法和用途 (Plasma modified carbon fluoride anode material, preparation method and application ) 是由 周海平 陈国涛 吴孟强 张庶 杨俭 于 2020-12-30 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种等离子体改性氟化碳正极材料及其制备方法和用途,在真空腔体中放入氟化碳粉末,通入氮气、氢气至少一种,使用电感耦合等离子体发生装置产生氮、氢等离子体对氟化碳进行改性,得到改性后的氟化碳。本发明使用等离子体去除了氟化碳材料的部分氟原子,增强了材料的导电性,制备的等离子体改性氟化碳材料正极应用在锂氟化碳一次电池上,电池的容量及倍率性能较原材料有所提高。本发明工艺简单,易于实现大批量等离子体改性氟化碳材料的制备,有利于工程应用。(The invention provides a plasma modified carbon fluoride anode material and a preparation method and application thereof. According to the invention, partial fluorine atoms of the carbon fluoride material are removed by using the plasma, the conductivity of the material is enhanced, and the prepared plasma modified carbon fluoride material anode is applied to the lithium carbon fluoride primary battery, so that the capacity and rate performance of the battery are improved compared with those of the raw materials. The method has simple process, is easy to realize the preparation of the large-scale plasma modified carbon fluoride material, and is beneficial to engineering application.)
技术领域
本发明涉及等离子体改性氟化碳正极材料及其制备方法和用途，属于电池技术领域。
背景技术
自第一次工业革命以来，人们对能源的需求越来越大。随着现代科学技术的发展，传统可再生能源的储量越来越少，且会造成污染，因此人们开始探求可再生能源，如风能、太阳能、潮汐能等等。但这些自然资源的利用受季节、天气和地理位置影响较大，必须借助高效能量转化和储存装置，才能稳定输出能量。锂一次电池由于其优良的性能，已被应用到多种民用及军事领域。其中，理氟化碳电池拥有2180Wh/kg的超高理论比能量，是固体正极锂一次电池中最高的，且理氟化碳电池还具有放电平稳、储存安全、自放电率低等优点。但是氟化碳材料的导电性能较差，导致理氟化碳电池的高倍率性能表现欠佳，在多种领域的应用中受到限制。
发明内容
针对上述理氟化碳电池倍率性能欠佳的问题，本发明提供了一种锂氟化碳电池的等离子体改性氟化碳正极材料及其制备方法和用途，其目的是利用氮、氢等离子体处理氟化碳材料，使电池的容量和倍率性能得到明显提高。
为实现上述发明目的，本发明技术方案如下：
一种等离子体改性氟化碳正极材料的制备方法，在真空腔体中放入氟化碳粉末，通入氮气、氢气至少一种，使用电感耦合等离子体发生装置产生氮、氢等离子体对氟化碳进行改性，得到改性后的氟化碳。
作为优选方式，使用电感耦合等离子体发生装置产生氮、氢等离子体，电源输出功率1000-1400W，通入气体流量为20-40sccm，腔体真空度为4.5-5.5Pa。
作为优选方式，制备方法包括以下步骤：
(1)将氟化碳粉末铺开在样品台上，放入真空室，抽本底真空至4x10-3Pa；
(2)向真空腔体通入氮气，氢气或氮氢混合气体，气体流量为20-40sccm，调节真空腔体抽气阀门，使腔体内压强值为4.5-5.5Pa；
(3)打开电感耦合等离子体装置电源，调节功率至1000-1400W电离气体，对氟化碳材料进行改性，电感耦合等离子体装置运行15-30分钟后关闭，取出样品。
本发明还提供一种锂氟化碳一次电池正极的制备方法，包括以下步骤：
(1)取氟化碳粉末于样品台上，将其完全铺开；
(2)将放有材料的样品台放入真空腔体，抽本底真空至4x10-3Pa；
(3)向真空腔体通入氮气，氢气或氮氢混合气体，气体流量为20-40sccm，调节真空腔体抽气阀门，使腔体内压强值为4.5-5.5Pa；
(4)打开电感耦合等离子体装置电源，调节功率至1000-1400W电离气体，对氟化碳材料进行改性，电感耦合等离子体装置运行15-30分钟后关闭，取出样品，即得到等离子体改性氟化碳正极材料；
(5)将制备好的等离子体改性氟化碳正极材料置入氩气氛围的手套箱中；
(6)以聚丙烯为隔膜，四氟硼酸锂为电解液，金属锂片为对电极，在手套箱内组装成纽扣电池。
本发明还提供一种上述方法制备的等离子体改性氟化碳正极材料。
本发明还提供一种上述等离子体改性氟化碳正极材料用于锂氟化碳一次电池正极的用途。
本发明的有益效果为：
(1)本发明使用等离子体去除了氟化碳材料的部分氟原子，增强了材料的导电性，制备的等离子体改性氟化碳材料正极应用在锂氟化碳一次电池上，电池的容量及倍率性能较原材料有所提高。
(2)本发明工艺简单，易于实现大批量等离子体改性氟化碳材料的制备，有利于工程应用。
附图说明
图1为本发明实施例3和实施例4中的等离子体改性氟化碳材料与现有技术中未处理的氟化碳材料在0.1C电流密度下放电的比容量对比图。
图2为本发明实施例4中的等离子体改性氟化碳材料与未处理的氟化碳材料的倍率性能对比图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
实施例1
本实施例提供一种等离子体改性氟化碳正极材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将氟化碳粉末铺开在样品台上，放入真空室，抽本底真空至4x10-3Pa；
(2)向真空腔体通入氮气或氢气，气体流量为20sccm，调节真空腔体抽气阀门，使腔体内压强值为4.5Pa；
(3)打开电感耦合等离子体装置电源，调节功率至1400W电离气体，对氟化碳材料进行改性，电感耦合等离子体装置运行15分钟后关闭，取出样品。
实施例2
本实施例提供一种等离子体改性氟化碳正极材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将氟化碳粉末铺开在样品台上，放入真空室，抽本底真空至4x10-3Pa；
(2)向真空腔体通入氮氢混合气体，气体流量为：氮气20sccm，氢气20sccm，调节真空腔体抽气阀门，使腔体内压强值为5.5Pa；
(3)打开电感耦合等离子体装置电源，调节功率至1000W电离气体，对氟化碳材料进行改性，电感耦合等离子体装置运行30分钟后关闭，取出样品。
实施例3
本实施例提供一种锂氟化碳一次电池正极的制备方法，包括以下步骤：
(1)取氟化碳粉末于样品台上，将其完全铺开；
(2)将放有材料的样品台放入真空腔体，抽本底真空至4x10-3Pa；
(3)向真空腔体通入氮气或氢气，气体流量为20sccm，调节真空腔体抽气阀门，使腔体内压强值为4.5Pa；
(4)打开电感耦合等离子体装置电源，调节功率至1400W电离气体，对氟化碳材料进行改性，电感耦合等离子体装置运行15分钟后关闭，取出样品，即得到等离子体改性氟化碳正极材料；
(5)将制备好的等离子体改性氟化碳正极材料置入氩气氛围的手套箱中；
(6)以聚丙烯为隔膜，1M四氟硼酸锂溶于体积比为1：1的碳酸丙烯酯:二甲醚混合溶液中得到的混合液为电解液，金属锂片为对电极，在手套箱内组装成纽扣电池。
实施例4
本实施例提供一种锂氟化碳一次电池正极的制备方法，包括以下步骤：
(1)取氟化碳粉末于样品台上，将其完全铺开；
(2)将放有材料的样品台放入真空腔体，抽本底真空至4x10-3Pa；
(3)向真空腔体通入氮氢混合气体，气体流量为：氮气30sccm，氢气10sccm，调节真空腔体抽气阀门，使腔体内压强值为5.5Pa；
(4)打开电感耦合等离子体装置电源，调节功率至1000W电离气体，对氟化碳材料进行改性，电感耦合等离子体装置运行30分钟后关闭，取出样品，即得到等离子体改性氟化碳正极材料；
(5)将制备好的等离子体改性氟化碳正极材料置入氩气氛围的手套箱中；
(6)以聚丙烯为隔膜，1M四氟硼酸锂溶于体积比为1：1的碳酸丙烯酯:二甲醚混合溶液中得到的混合液为电解液，金属锂片为对电极，在手套箱内组装成纽扣电池。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。