Способ получения батарейного фторуглерода

Изобретение относится к химическим источникам тока и касается получения батарейного фторированного углеродного материала, который находит применение в качестве катодного материала литиевых химических источников тока, а также в качестве компонента смазывающих веществ и наполнителя полимерных материалов. Согласно изобретению способ получения батарейного фторуглерода путем термической обработки исходного углеродного материала газовой смесью, содержащей 5-10 об.% фторирующего газа и 90-95 об.% инертного газа при температуре 470-520°С, при этом в качестве исходного углеродного материала используют тканый углеграфитовый волокнистый материал (УВМ) однонаправленной текстуры, имеющей продольно ориентированные нити основы, переплетенные уточными нитями с шагом 2-4 утка/см. Соотношение масс основных нитей к уточным нитям УВМ может находиться в интервале 0.75-0.9. Техническим результатом изобретения является увеличение выхода готового продукта. 1 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к химическим источникам тока и касается получения батарейного фторированного углеродного материала, который находит применение в качестве катодного материала литиевых химических источников тока, а также в качестве компонента смазывающих веществ и наполнителя полимерных материалов.

Известен способ получения фторированного углеродного материала, включающий обработку углеродного волокна газообразной смесью фтора и азота с парциальным давлением 0,5 атм каждого компонента при температуре 340°С в течение 36 часов и при температуре 320°С в течение 72 часов (заявка Японии № 59-184716, кл. С01В 31/00, 1983).

Недостатком известного способа является значительное выгорание исходного материала из-за плохого теплоотвода в процессе фторирования, что отрицательно сказывается на выходе конечного продукта, при этом из-за его охрупчивания происходит разрушение исходной волокнистой формы материала. Другим недостатком способа является большая длительность фторирования.

Известен способ получения фторированного углеродного материала, включающий термическую обработку углеродного материала реакционным газом, содержащим фтор и фтористый водород, в смеси с инертным газом (заявка ФРГ № 2306737, кл. С01В 31/10, 1973). В качестве углеродного материала в данном способе используют древесный уголь, нефтяной пек, обуглероженный сахар.

Недостатками указанного известного способа является невозможность получения компактного фторированного углеродного материала заданных размеров, нужной геометрической формы и необходимого состава фторированного материала.

Из известных способов наиболее близким по совокупности существенных признаков и достигаемому техническому результату является способ получения фторуглерода, при котором ведут термическую обработку углеродного материала газовой смесью, содержащей 2÷15 об.% фторирующего газа и 85÷98 об.% инертного газа при температуре 350÷520°С (патент РФ № 2175156 С1, кл. Н01М 4/58, 2001).

Недостатками указанного способа являются низкий выход годного продукта и недостаточная степень фторирования.

Техническим результатом изобретения является увеличение выхода годного продукта требуемого качества и повышение степени фторирования. Указанный технический результат достигается тем, что в способе получения батарейного фторуглерода, при котором ведут термическую обработку углеродного материала газовой смесью, содержащей 5÷10 об.% фторирующего газа и 90÷95 об.% инертного газа при температуре 470÷520°С, при этом согласно изобретению в качестве углеродного материала используют тканый углеграфитовый волокнистый материал (УВМ) однонаправленной текстуры, имеющей продольно ориентированные нити основы, переплетенные уточными нитями с шагом 2÷4 утка /см. Основные нити УВМ в процессе фторирования дают меньший угар и большую степень фторирования, чем уточные нити. УВМ перед фторированием не требует дополнительной термообработки в инертной среде при температуре 2500°С. Катоды из батарейного фторуглерода, изготовленного по данному способу, имеют высокие удельные характеристики. Однонаправленная текстура УВМ улучшает процесс взаимодействия газовой смеси с углеродным материалом, способствует эффективному отводу тепла с одновременным понижением угара, что позволяет увеличить толщину пакета УВМ при обработке и обеспечивает повышение производительности способа.

Соотношение масс основных нитей к уточным нитям УВМ находится в интервале 0,75-0,9.

Целесообразно, чтобы соотношение масс основных нитей к уточным нитям УВМ находилось в интервале 0.75÷0.9. Указанное соотношение масс основных нитей к уточным нитям УВМ позволяет получить более однородный по химическому составу и по электрохимическим свойствам батарейный фторуглерод.

Проведенный анализ уровня техники показал, что заявленная совокупность существенных признаков, изложенная в формуле изобретения, неизвестна. Это позволяет сделать вывод о ее соответствии критерию "новизна".

Для проверки соответствия заявленного изобретения критерию "изобретательский уровень" проведен дополнительный поиск известных технических решений с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного технического решения. Установлено, что заявленное техническое решение не следует явным образом из известного уровня техники. Следовательно, заявленное изобретение соответствует критерию "изобретательский уровень".

Сущность изобретения поясняется примером практической реализации.

Пример реализации. Способ получения батарейного фторуглерода путем термической обработки исходного углеродного материала газовой смесью, содержащей 7 об.% фторирующего газа (смеси HF и F с массовой долей 7% и 90% соответственно), 93 об.% инертного газа при температуре 470°С. Предлагаемое техническое решение является промышленно применимым. Полученный по предлагаемому изобретению фторированный углеродный материал с содержанием фтора 59-64% используется в качестве активного материала катода литиевых химических источников тока с неводным электролитом. Полученный материал также используется как химически и износостойкий компонент в смазочных материалах с улучшенными свойствами, а также как наполнитель полимерных материалов, придающий последним химическую коррозионную стойкость, водо- и маслоотталкивающие свойства.

1. Способ получения батарейного фторуглерода путем термической обработки исходного углеродного материала газовой смесью, содержащей 5-10 об.% фторирующего газа и 90-95 об.% инертного газа при температуре 470-520°С, отличающийся тем, что в качестве исходного углеродного материала используют тканый углеграфитовый волокнистый материал (УВМ) однонаправленной текстуры, имеющей продольно ориентированные нити основы, переплетенные уточными нитями с шагом 2-4 утка/см.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что соотношение масс основных нитей к уточным нитям УВМ находится в интервале 0,75-0,9.