本發(fā)明是一種用于鋰氟化碳電池的復(fù)合正極材料及其制備方法，屬于儲(chǔ)能復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，各種可穿戴便攜式電子產(chǎn)品對(duì)配套電源的要求向著輕量化、高能化、超長(zhǎng)續(xù)航和高安全性的方向迅速發(fā)展。人們對(duì)電池的性能，尤其是鋰電池性能的要求越來(lái)越高。鋰一次電池由于具有優(yōu)異的性能，被廣泛應(yīng)用于傳感器、照相機(jī)、心臟起搏器、飛機(jī)等多種民用及軍事領(lǐng)域。目前常見(jiàn)的鋰一次電池包括，鋰二氧化錳電池、鋰亞硫酰氯電池、鋰二氧化硫電池、鋰氟電池、鋰鐵電池等。其中，鋰氟化碳電池是固體正極鋰一次電池中理論質(zhì)量比能量最高的，實(shí)用比能量可高達(dá)250～800wh/kg。但是由于正極氟化碳材料的電子電導(dǎo)率較差，制約了電池高倍率放電性能，使鋰氟化碳電池在許多領(lǐng)域應(yīng)用性受限。
石墨烯是一種新型二維納米材料，具有超強(qiáng)的導(dǎo)電性能，是目前導(dǎo)電性最好的材料。單層石墨烯具有高比表面積(2630m2/g)、超高的電子遷移率(200000cm2/v·s)和熱導(dǎo)率(5000w/m·k)。氟化石墨烯作為石墨烯的新型功能化材料，既保持了石墨烯的大比表面積，又因氟原子的引入帶來(lái)了表面能降低、疏水性增強(qiáng)等新穎的界面和物理化學(xué)性能。通過(guò)金屬氧化物改性和導(dǎo)電聚合物包覆修飾，可進(jìn)一步提高材料的電子電導(dǎo)率，降低極化電阻。應(yīng)用于鋰氟化碳電池正極材料，有利于提高電解液的浸潤(rùn)性并增大正極材料反應(yīng)活性面積，提高材料導(dǎo)電性，從而有效提升正極材料利用率，這對(duì)于提高電池的比能量和比功率具有重要意義。因此基于以上原因，我們提出了以下發(fā)明。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明正是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)狀況而設(shè)計(jì)提供了一種用于鋰氟化碳電池的復(fù)合正極材料及其制備方法，其目的是利用氟化石墨烯獨(dú)特的二維結(jié)構(gòu)及優(yōu)異的表界面性質(zhì)，并通過(guò)二氧化錳金屬氧化物改性和導(dǎo)電聚合物修飾，使復(fù)合正極材料的容量利用率和電池倍率性能得到明顯提高。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案：
本發(fā)明技術(shù)方案提出了一種用于鋰氟化碳電池的復(fù)合正極材料，其特征在于：該復(fù)合正極材料的組成及重量百分比為：二氧化錳0.1％～10％，導(dǎo)電聚合物10％～25％，余量為氟化石墨烯。
導(dǎo)電聚合物為聚乙炔、聚噻吩、聚吡咯、聚苯胺、聚并苯中的一種。
本發(fā)明技術(shù)方案還提出制備所述的用于鋰氟化碳電池的復(fù)合正極材料的方法，其特征在于：該方法的步驟為：
步驟一、單分散氟化石墨烯溶液的制備
將氟化石墨烯加入到無(wú)水酒精溶液中，利用超聲振蕩方式制備出均勻的單分散氟化石墨烯溶液；
步驟二、將單分散氟化石墨烯溶液移至高速剪切乳化均質(zhì)機(jī)中進(jìn)行剪切分散，剪切頻率為20～60hz，剪切時(shí)間為10min～60min。；
步驟三、將二氧化錳粉末及導(dǎo)電聚合物按配比添加到經(jīng)剪切分散后的單分散氟化石墨烯溶液中，裝進(jìn)氧化鋯球磨罐中通過(guò)球磨機(jī)械混合，混合時(shí)間為10h～24h；
步驟四、將球磨混合后的漿料取出，放入烘箱中烘干，烘箱溫度為50℃～100℃；
步驟五、烘干后的混合物經(jīng)過(guò)粉碎、過(guò)篩即得到氟化石墨烯/二氧化錳/導(dǎo)電聚合物的復(fù)合正極材料。
氟化石墨烯為氟化石墨烯納米片，其最大外徑尺寸為5～20μm，氟碳原子比為0.6～1.1。
二氧化錳粉體的粒徑為20～40μm，使用前在烘箱內(nèi)經(jīng)340～360℃恒溫預(yù)處理18～24小時(shí)。
本發(fā)明方案首先通過(guò)超聲振蕩的方式制備出單分散氟化石墨烯溶液，然后將氟化石墨烯溶液轉(zhuǎn)移到高速剪切乳化均質(zhì)機(jī)中進(jìn)行剪切分散，剪切后的氟化石墨烯溶液與二氧化錳粉體、導(dǎo)電聚合物一同裝進(jìn)氧化鋯球磨罐中進(jìn)行球磨混合，最后將球磨后的復(fù)合正極漿料干燥、粉碎、過(guò)篩得到復(fù)合正極材料粉末。
本發(fā)明技術(shù)方案的特點(diǎn)如下：
a.通過(guò)超聲波振蕩與剪切分散的方式，使氟化石墨烯充分分散，同時(shí)將氟化石墨烯片徑剪切，利于實(shí)現(xiàn)氟化石墨烯的金屬氧化物改性和導(dǎo)電聚合物修飾；
b.將經(jīng)熱處理的二氧化錳粉末和導(dǎo)電聚合物材料與氟化石墨烯溶液一同裝入氧化鋯球磨罐中進(jìn)行機(jī)械球磨，能實(shí)現(xiàn)氟化石墨烯、二氧化錳材料及導(dǎo)電聚合物的良好復(fù)合，同時(shí)材料顆粒細(xì)化，混合更均勻，提高了材料的倍率性和一致性。
通過(guò)上述技術(shù)方案獲得的氟化石墨烯/二氧化錳/導(dǎo)電聚合物復(fù)合材料具有明顯的優(yōu)點(diǎn)。首先通過(guò)超聲波振蕩與剪切分散的方式，能獲得片徑尺寸一致、分散良好的氟化石墨烯溶液。其次，通過(guò)機(jī)械球磨的方式將氟化石墨烯溶液與二氧化錳材料及導(dǎo)電聚合物材料混合，能使氟化石墨烯與二氧化錳和導(dǎo)電聚合物之間形成良好的結(jié)合界面，同時(shí)細(xì)化了正極材料顆粒，使材料更均勻，提高了材料的倍率性和一致性。
通過(guò)上述方法，同步實(shí)現(xiàn)了氟化石墨烯的金屬氧化物改性和導(dǎo)電聚合物修飾，本工藝簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)大批量氟化石墨烯/二氧化錳/導(dǎo)電聚合物復(fù)合材料的制備，有利于工程應(yīng)用。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的說(shuō)明。
實(shí)施例1
制備用于鋰氟化碳電池的復(fù)合正極材料的方法步驟如下：
步驟一、單分散氟化石墨烯溶液的制備
將最大外徑尺寸為20μm，氟碳原子比為0.8的10g氟化石墨烯納米片加入到500ml無(wú)水酒精溶液中，玻璃棒攪勻后利用超聲振蕩方式制備出均勻的單分散氟化石墨烯溶液。氟化石墨烯為氟化石墨烯，其；
步驟二、將單分散氟化石墨烯溶液移至高速剪切乳化均質(zhì)機(jī)中進(jìn)行剪切分散，頻率設(shè)為30hz，剪切時(shí)間為30min；
步驟三、將1g粒徑為30μm的二氧化錳粉末置于烘箱內(nèi)升溫至340℃恒溫20小時(shí)進(jìn)行熱處理。將經(jīng)熱處理后的二氧化錳粉末與2.2g聚苯胺材料添加到經(jīng)剪切分散后的單分散氟化石墨烯溶液中，裝進(jìn)氧化鋯球磨罐中通過(guò)球磨機(jī)械混合，混合時(shí)間為24h；
步驟四、將球磨混合后的漿料取出，放入烘箱中烘干，烘箱溫度為80℃；
步驟五、烘干后的混合物經(jīng)過(guò)粉碎、過(guò)篩即得到氟化石墨烯/二氧化錳/導(dǎo)電聚合物的復(fù)合正極材料。