一种高氟碳比氟化碳材料制备方法与应用

本发明属于氟化碳材料制备领域，尤其涉及一种高氟碳比氟化碳材料制备方法与应用。

背景技术：

1、氟化碳是由碳质材料和氟化试剂在一定条件下发生氟化反应而形成的具有c―f键的碳衍生物。氟化碳的化学式为cfx，其中x为氟碳原子比，一般在0～1之间。氟化碳材料是现今国际上高科技、高性能、高效益的新型碳基材料研究热点之一，其性能卓越、品质独特，具有许多与众不同的性能。氟化碳材料最初广泛应用于固体润滑剂领域，近年来作为锂原电池的应用得到进一步发展。

2、碳源以及氟化工艺是影响氟化碳性能的两个重要因素，因此碳源的选择、生物质碳材料结构设计和氟化工艺技术的结合是制备高性能生物质碳基氟化碳正极材料的关键，缺一不可。目前采用的生物质碳材料结构形貌千差万别，性能良莠不齐，氟化工艺也存在氟化效果差、氟化产物氟化度不均匀等不足，因此当前技术所开发的氟化生物质碳材料难以达到性能优异且稳定制备。例如专利cn 110875475 a公开了一种利用果壳制备生物质碳，再进行氟化工艺进行氟化，制备的材料产量低，无法满足公斤级的要求，这与其使用的生物质碳材料和氟化工艺有关。

3、茶梗是茶树上的叶梗。现如今，我国还不具备有竞争力的氟化碳正极材料产品，主要是所制备的氟化碳的氟化度低，比能量小。目前许多制备的生物质硬碳性能较差，没有较高的比表面积和合适的孔径，以至于无法适应现在高氟化度氟化碳材料的需求；传统的低温低压氟化工艺无法也难以制备出高氟化度的氟化碳材料，一般认为氟化度(cfx)x≥1.0是较高的氟化度。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提出一种高氟碳比氟化碳材料制备方法与应用，以克服现有技术中的上述至少一种缺陷。

2、为达此目的，本发明采用以下技术方案：

3、本发明提供的一种高氟碳比氟化碳材料制备方法，包括以下步骤：s1：将茶梗粉碎，然后过滤分离出茶梗碎，进行清洗和烘干，s2：将烘干后的茶梗碎与酸液于100℃-130℃下搅拌2-4h，然后清洗茶梗碎至水溶液ph为6-8，s3：将步骤s2清洗后的茶梗碎在惰性气体气氛下升温至140℃-160℃，并在该温度保持1.5-2.5h，然后于1100℃-1400℃下碳化2-4h，冷却得热解碳材料，s4：将步骤s3得到的热解碳材料水洗至中性，干燥后研磨成粉末，s5：将步骤s4得到的粉末放入容器并抽真空后，通入含氟气体，保持压强0.3-0.7mpa，在280℃-360℃条件下反应12-72h，反应结束后降温至室温，得高氟碳比氟化碳材料。

4、优选地，步骤s1中：采用破壁机进行粉碎，采用筛孔为0.2-0.5mm的筛网进行过滤，采用去离子水和乙醇进行清洗。

5、优选地，步骤s2中：酸液为0.8-1.2mol/l盐酸，采用去离子水清洗茶梗碎。

6、优选地，步骤s3中：惰性气体为氮气、氩气、氖气、氦气中的一种或多种的组合。

7、优选地，步骤s3中：茶梗碎在流动的惰性气体气氛下以4-6℃/min的升温速率升温至140℃-160℃。

8、优选地，步骤s4中：干燥温度为70℃-90℃，干燥时间为2-4h，采用去离子水进行水洗。

9、优选地，步骤s5中：粉末与含氟气体在氟化炉中反应，含氟气体为二氟化氙、三氟化氮、氟气、三氟化硼、氟气氩气混合气体中的一种或多种的组合。

10、优选地，还包括s6：将步骤s5得到的高氟碳比氟化碳材料研磨至粒径为30-250目。

11、本发明还提供一种上述的高氟碳比氟化碳材料制备方法制得的高氟碳比氟化碳材料在电池正极材料中的应用。

12、本发明的有益效果为：

13、1、以茶梗作为原料，再利用高压低温的新型氟化工艺，制得高氟碳比氟化碳材料，氟碳比≥1.0，放电比能量可达到2298wh/kg(以0.01c电流密度放电至1.5v)。

14、2、以茶梗为原料制备的生物质碳材料具有丰富的孔径，适当的活性位点，可以有效提高氟化度，从而提升氟化碳的电化学性能。

15、3、将茶梗作为生物质碳材料的原料，是一种可再生资源的有效利用，成本低廉且操作简单，有利于大批量低成本生产，能够达到公斤级制备，为氟化碳行业提供了一种可再生的生物质碳材料，解决了氟化碳的原材料问题。

16、4、高压低温氟化技术解决了高氟碳比氟化碳材料制备难题，制备出突破f/c原子比极限的氟化碳材料产品，具有很强的竞争力。

技术特征：

1.一种高氟碳比氟化碳材料制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的高氟碳比氟化碳材料制备方法，其特征在于，步骤s1中：

3.根据权利要求1所述的高氟碳比氟化碳材料制备方法，其特征在于，步骤s2中：

4.根据权利要求1所述的高氟碳比氟化碳材料制备方法，其特征在于，步骤s3中：

5.根据权利要求1所述的高氟碳比氟化碳材料制备方法，其特征在于，步骤s3中：

6.根据权利要求1所述的高氟碳比氟化碳材料制备方法，其特征在于，步骤s4中：

7.根据权利要求1所述的高氟碳比氟化碳材料制备方法，其特征在于，步骤s5中：

8.根据权利要求1所述的高氟碳比氟化碳材料制备方法，其特征在于：

9.一种权利要求1-8任一项所述的高氟碳比氟化碳材料制备方法制得的高氟碳比氟化碳材料在电池正极材料中的应用。

技术总结本发明公开了一种高氟碳比氟化碳材料制备方法与应用，属于氟化碳材料制备领域，一种高氟碳比氟化碳材料制备方法，包括以下步骤：S1：将茶梗粉碎，过滤分离出茶梗碎，S2：将烘干后的茶梗碎与酸液于100℃‑130℃下搅拌2‑4h，清洗茶梗碎至水溶液pH为6‑8，S3：将茶梗碎在惰性气体气氛下升温至140℃‑160℃，并在该温度保持1.5‑2.5h，于1100℃‑1400℃下碳化2‑4h，冷却得热解碳材料，S4：将热解碳材料水洗至中性，干燥后研磨成粉末，S5：将粉末放入容器并抽真空后，通入含氟气体，保持压强0.3‑0.7MPa，在280℃‑360℃条件下反应12‑72h，反应结束后降温至室温，得高氟碳比氟化碳材料。本发明以茶梗作为原料，再利用高压低温的氟化工艺，制得高氟碳比氟化碳材料，氟碳比≥1.0。技术研发人员：陈慧鑫,岳红军,闫柯,邹岩受保护的技术使用者：中国科学院福建物质结构研究所技术研发日：技术公布日：2024/6/11