【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于鈉/鉀原電池領域，特別涉及一種鈉/鉀原電池氟化碳正極材料及其制備方法。
技術介紹
1、li/cfx電池在一系列鋰原電池中有最高的理論比能量(2180wh?kg-1)，服役溫域寬(-60至180℃)，安全性能優異。被廣泛應用于航空航天和醫療領域高端儀器電源中。然而隨著二次鋰離子電池在全球電動汽車和移動便攜設備領域的大規模應用，鋰資源短缺和分布不均等問題，必將限制所有鋰基電池領域的發展。na/cfx和k/cfx電池憑借鈉鉀資源儲量豐富、分布均勻和可借鑒li/cfx電池成果等優勢，極具發展潛力。但是較大的離子半徑使鈉離子/鉀離子在電池材料中的擴散與嵌入都更加困難。
2、氟化碳材料作為正極材料的容量主要來自于氟與堿金屬離子形成氟化物，較高的氟化程度有利于實現較高的理論比容量。然而電極材料離子擴散性、離子及電子電導率都對電極材料性能的發揮影響顯著。中間產物堿金屬二元氟化物是電子絕緣體，與此同時，過度氟化會大幅度降低碳材料電子導電性，因此氟化碳材料的制備方法，對于協同實現高比容量na/cfx和k/cfx電池的開發至關重要。
3、目前商業用氟化碳材料采用高溫氣相氟源(氟氣等)直接氟化石墨的方式得到，氟源反應活性高，對設備要求苛刻，且合成成本較高。
技術實現思路
1、針對鈉/鉀原電池正極材料存在的問題，本專利技術的一個目的是在于提出一種電子導電性優異、堿金屬離子擴散性好、氟元素含量適中的鈉/鉀原電池氟化碳正極材料及其制備方法，該方法重復性好、原料易得、易于實現
2、本專利技術的另一個目的是在于提供所述氟化碳電池材料在鈉/鉀原電池中的應用，所組裝的鈉/鉀電池電壓平臺高、放電比容量高。
3、為了實現上述技術目的，本專利技術提供了一種鈉/鉀原電池氟化碳正極材料，所述氟化碳材料層間距為0.345-0.50nm，氟碳原子比值為0.05-1，其中，氟化碳材料由鋁電解伴生的廢舊陰極炭塊與氟化鈉和氫氧化鈉進行混合，經過高溫處理和水洗處理獲得。氫氧化鈉主要用來凈化掉含鋁含硅雜質，氟化鈉實現碳材料氟化。
4、為了實現上述技術目的，本專利技術提供了一種上述鈉/鉀原電池氟化碳正極材料的制備方法，包括以下步驟：
5、稱取氟化鈉和氫氧化鈉，得到氟化鈉和氫氧化鈉復合無機鹽；
6、將鋁電解伴生的廢舊陰極炭塊與草酸鈉和氫氧化鈉復合無機鹽進行球磨混合；
7、將球磨后的混合物在惰性氣氛下300～1600℃進行高溫處理；
8、將高溫處理后的固體材料經過水洗、過濾干燥處理，得到氟化碳材料，所述氟化碳材料用于鈉/鉀原電池氟化碳正極材料。
9、優選地，所述氟化鈉與氫氧化鈉質量比值為1-100。
10、優選地，所述廢舊陰極炭塊與復合無機鹽質量比值為0.001-1。
11、優選地，所述球磨時間為1-48h。
12、優選地，所述高溫處理時間為0.5-20h。
13、優選地，所述惰性氣氛為氬氣。
14、優選地，所述水洗時間為1-48h，水洗溫度為大于0℃小于100℃。
15、本專利技術的技術構思如下：
16、鋁電解廢舊陰極碳中石墨質碳材料含量在40-70％左右，氟化物雜質含量在10-30％左右，氧化鋁和二氧化硅雜質含量在10％左右，這些雜質不導電，留在碳里會導致碳材料導電性很差；此外，碳質成分石墨化程度很高，層間距較低，大離子半徑堿金屬離子難以快速擴散、嵌入/脫出，致使廢舊陰極炭塊難以直接用作堿金屬離子電池電極材料，比容量很低。與此同時，在氟化碳電極材料中，氟摻雜量過高也會導致碳材料導電性變差，也就是過多的氟化試劑比例會導致高氟碳比，但是也會導致材料電子導電性差，導致電極放電極化電壓很大，性能不佳。因此必須開展理性設計實現廢舊陰極炭塊深度凈化和氟化，制備高性能氟化碳材料，實現優秀na/cfx和k/cfx電池性能。
17、本專利技術關鍵在于采用原鋁生產企業大批量存在的廢舊陰極炭塊為碳源，采用無機鹽輔助機械應力細小化、無機鹽熔體輔助高溫焙燒和水洗工藝，制備出氟化碳材料。避免常規氟化碳制備需要氟氣或氟化氫等高活性易泄露氟源的使用。變廢為寶，實現廢舊陰極炭塊的清潔化、高值化利用。
18、相對于現有技術，本專利技術的技術方案帶來的有益技術效果如下：
19、1、本專利技術采用廣泛易得的廢舊陰極炭塊為碳源，以氟化鈉為氟源，以氫氧化鈉為凈化劑，經過球磨即可大幅度減小顆粒尺寸，引入豐富的邊緣結構，提高廢舊陰極炭塊中石墨質材料的無定形度，減小微晶結構尺寸，增大碳層間距。克服了普通氟化碳材料制備中需要高活性的氣態氟源的弊端，該方法采用原料廉價易得，制備工藝簡單，復現性好，適合工業化生產。
20、2、本專利技術制備的氟化碳材料，氟碳原子比適中，層間距較大，顆粒尺寸較小，缺陷結構豐富，與電解液潤濕性好，電子導電率高，堿金屬離子擴散性好，就有良好的堿金屬離子快速嵌入的能力。
21、3、本專利技術制備的氟化碳正極材料，克服了普通氟化碳材料氟元素含量過高，電極阻抗大，層間距小，反應活性位點缺乏，離子擴散性差等問題，用作鈉/鉀原電池電極材料時，表現出高的比容量、低阻抗、放電平臺高等優點。
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1.一種鈉/鉀原電池氟化碳正極材料，其特征在于：所述氟化碳材料層間距為0.345-0.50nm，氟碳原子比值為0.05-1，其中，氟化碳材料由鋁電解伴生的廢舊陰極炭塊與氟化鈉和氫氧化鈉進行混合，經過高溫處理和水洗處理獲得。
2.一種權利要求1所述的鈉/鉀原電池氟化碳正極材料的制備方法，其特征在于：包括以下步驟：
3.根據權利要求2所述的氟化碳正極材料的制備方法，其特征在于：所述氟化鈉與氫氧化鈉質量比值為1-100。
4.根據權利要求2所述的氟化碳正極材料的制備方法，其特征在于：所述廢舊陰極炭塊與復合無機鹽質量比值為0.001-1。
5.根據權利要求2所述的氟化碳正極材料的制備方法，其特征在于：所述球磨時間為1-48h。
6.根據權利要求2所述的氟化碳正極材料的制備方法，其特征在于：所述高溫處理時間為0.5-20h。
7.根據權利要求2所述的氟化碳正極材料的制備方法，其特征在于：所述惰性氣氛為氬氣。
8.根據權利要求2所述的氟化碳正極材料的制備方法，其特征在于：所述水洗時間為1-48h，水洗溫度為大
...【技術特征摘要】
1.一種鈉/鉀原電池氟化碳正極材料，其特征在于：所述氟化碳材料層間距為0.345-0.50nm，氟碳原子比值為0.05-1，其中，氟化碳材料由鋁電解伴生的廢舊陰極炭塊與氟化鈉和氫氧化鈉進行混合，經過高溫處理和水洗處理獲得。
2.一種權利要求1所述的鈉/鉀原電池氟化碳正極材料的制備方法，其特征在于：包括以下步驟：
3.根據權利要求2所述的氟化碳正極材料的制備方法，其特征在于：所述氟化鈉與氫氧化鈉質量比值為1-100。
4.根據權利要求2所述的氟化碳正極材料的制備方法，其...
【專利技術屬性】
技術研發人員：陳玉祥，李雪梅，張英杰，董鵬，
申請(專利權)人：昆明理工大學，
類型：發明
國別省市：
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