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锂电材料新突破---氟化石墨
来源:全球电池网 日期:2011-11-28 点击:

江西东乡高信化工有限公司由原江西东乡化肥厂于2005年改制设立,隶属于武汉桂香源集团有限公司。原厂始建于1958年,占地13.2万平米,是全国最早的十三套小氮肥企业之一。

公司生产区一角夕照下的高信化工高信公司自成立以来,累计投入资金8000余万元,对原厂生产系统进行了全面的节能技改和环保投入,产能比原东乡化肥厂翻了4倍。目前,高信公司拥有固定资产3.2亿元,员工1000余名,具备年产8万吨合成氨、3.5万吨甲醇和15万吨碳铵的生产能力,年产值3亿多元,利税4000多万元,生产和技术水准已跃居同行业前列,各项工艺指标和能耗指标已达到或超过国内同行业先进水平,已稳居江西省氮肥行业前三甲,成为当地县市的重点骨干企业。

 

为进一步提高企业科技含量,增强企业竞争力,公司在江西省东乡县境内征地600亩、一期投资8亿元、远期投资50亿元,上马具有世界级水平的氟化石墨和TMP等高科技项目,建成后公司的氨醇产能将是江西省第一,TMP产量将是全国第一,氟化石墨将是中国唯一。其中年产30吨氟化石墨项目,由公司组织专家组打破常规方法、采用特殊工艺,经过长达八年的艰苦努力,方始成功。前期中试工作已经顺利完成,经权威机构检验分析,氟碳比达到1.2,技术水平已经能与世界一流公司相媲美,并已具备批量生产的各项条件。

 

氟化石墨是碳和氟直接反应而制得的一种石墨层间化合物。其化学结构式可用(CFx)n来表示。其中X为不定值,大小为0<X<1.25。氟化石墨的性质随分子式中碳和氟的比值不同而不同。CF(1-1.25)称为高氟化度石墨,CF(0.5-0.99)被称之为低氟化度石墨,石墨颜色随着氟含量的增加,由灰黑色变为雪白色,氟化程度越高氟化石墨的润滑性能就越好。

 

氟化度石墨具有高优良的热稳定性,是电和热的绝缘体,不受强酸和强碱的腐蚀,润滑性能超过二硫化钼和鳞片石墨,试验证明,在任意温度下,其磨损寿命优于二硫化钼。高氟化度石墨作为润滑腊的添加剂,能显着提高部件的支承负荷和降低润滑部件的表面温度。

 

由于石墨呈层状结构,层面内碳原子间距1.4Å,通过共价键牢固地连结在一起,而层面间碳原子间距为3.35Å,其间仅有微弱的范德华力作用,因而石墨层间易插入异类物质而形成石墨层间化合物。当石墨层间插入物为氟时,可形成的石墨层间化合物即为氟化石墨。氟化石墨随其中氟碳比的差异而具有不同特性,但只有氟碳比不小于1的氟化石墨(CFx)n才具有良好的化学、热压稳定性。在这种氟化石墨中,氟与碳原子的2Pz电子形成共价键,层面内碳原子间距增至1.52?,并且层面发生弯曲,从而失去石墨的导电性,成为绝缘体;同时,由于氟原子的电负性,使层间碳原子间距由3.35Å伸展至7.O8Å,导致层间能大大降低,润滑性能显着提高。

 

自2002年以来,随着氟化石墨在固体润滑剂、高能密锂氟电池原料、核反应堆中子减速剂及反射材料等领域应用的不断推广,氟化石墨的产能稳定增长。2009年,全球氟化石墨的总产量达到160吨。氟化石墨(nCFx)(nC2Fx)是氟化工的高端产品,是国家863计划中的科学攻关项目,是当今无机非金属材料园地中的一朵奇葩,具有许多优异性能,应用领域非常广泛,是新型高科技材料。
固体润滑剂导弹二次爆炸涂敷材料分析材料反射材料涂料减速剂防水剂吸音材料散热材料电池电极氟化石墨(1)作为固体润滑剂,有润滑之王、减磨王之称。氟化石墨优于石墨和二硫化钼,特别是在高速、高温、高压及真空条件下使用效果更佳,且不对金属和其它材料产生任何腐蚀作用,故可以用在航空、航天、国防领域,专家认定其是划时代的新型固体润滑剂。

 

石墨和二硫化钼很久以来作为固体润滑剂,但缺点在于:石墨在真空中和还原性气氛中润滑性能显着降低,二硫化钼在空气中和氧化后表面变为三硫化钼,也使润滑性能降低。而氟化石墨表面为化学键(→F)组成的重叠结构,不但表面能小层间距大,而且化学性质及热稳定性好,在各种苛刻条件下,其润滑性能也不下降,特别是在高温、高压及高载荷(882Kg/cm2)条件下,仍然保持良好的润滑性能。有人曾将石墨,特弗纶,二硫化钼及氟化石墨在相同条件下作润滑试验,试验表明在相同的试验时间内,上述四种材料的温度、摩擦系数以及磨损量减少的顺序为:石墨>特弗纶>二硫化钼>氟化石墨。四项指标均以氟化石墨为优。氟化石墨的润滑性能大体上和氟化程度成正比,氟化程度越高,润滑性越好。

 

作为固体润滑剂,氟化石墨特别适合于在高温、高压、高速、高负荷和腐蚀性介质等苛刻条件下使用,可用作布精加工用烧毛机、采暖设备自动控制装置滑动部位,吊车起重机导轮和滑动部位、高精度坐标镗床轴承、机床离合器、轧钢厂输送机链条、回转窑窑车轴承,排气通风机轴承和高温轴承等。

 

在润滑油脂中添加氟化石墨,其润滑性能有较大的提高。研究表明,添加超细氟化石墨的植物油的承载能力、抗磨性能明显高于同类产品,同时在钢—铜摩擦中也具有优良的抗磨性能;添加超细氟化石墨的矿油,特别是精制白油,其抗磨和承载能力完全可以相当或超过天然植物油纸;添加纳米级氟化石墨的润滑油脂对钢—钢摩擦副表现出良好的抗磨性能,与未加添加剂的基础油脂相比,可使磨斑直径平均减少25%以上,摩擦因数降低35%左右,同时还具有较好的承载能力,与其它添加剂配伍后可具有明显的减摩作用添加氟化石墨的润滑油脂,摩擦系数小,并且对金属无腐蚀作用,适合在腐蚀性介质的苛刻条件下使用。同时改性氟化石墨的润滑油脂具有良好的润滑性能及优良的抗磨性,特别适合作为铜对钢摩擦件的抗磨剂。

 

(2)用作电池电极活性材料,与非水系电解质组合成的电池是一种高能量密度、高输出功率的新型电池,该电池能量为锌锰、碱性电池的6---9倍。美国、日本等国研究证明,CF0.5~0.99的氟化石墨最适合作高能电池阳极材料,含氟量高则有利于减少阳极体积,使电池小型化。1973年日本Matsuhita电气公司试制成功一种新型高能电池,该电池以氟化石墨作阳极,金属锂作阴极,中间为有机电解液,和碱性电池以及普通电池比较,其重量减轻20~30%,工作电压及容量高出一倍,相当于4~5节碱性电池和普通电池。

 

由松下电池制成的(CFx)n-Li电池,广泛应用于计算机、手机、钟表、照相机、摄录象机和集成电路储存器上,该电池具有以下特点:(A)电压及电流密度高;该电池具有较高的电压及电流密度。(B)利用率高,电位平坦性优异:该电池生成导电性高的碳,故其利用率为100%,由于内电阻不增加,因此放电电位可以稳定在放电末期。(C)贮存性能好,持续时间长,氟化石墨不论在电化学和热力学上都是稳定的,自发电率也非常小,每年为0.5%,能在很宽的温度范围内使用,一般使用温度范围为-20~700℃。氟化石墨的型式大体上和碳素材料的结晶度和晶体取向有关,这预示着生产高能电池之前景,目前氟化石墨电池在国外已得到普遍应用,有纽扣型、投币式、圆柱型、针型几种。

 

3)氟气与石墨纤维反应制成的氟化石墨纤维,可以用来制造电子测试仪器的散热材料,其导热率为铜的6倍。

4)氟化石墨涂于有机物的表面制得吸音材料,用于内燃机和其它尾气排放处,减少噪音污染等。

5)氟化石墨是最不可湿材料,可用来做防水剂。

6)用在核反应堆:可作为核反应堆的减速剂,反射材料和涂敷材料,其优点是透气率小,污染少和热中子截面小等优点。研究证明,采用氟化石墨作减速剂,聚变产物的污染现象显著降低。由于该物质表面能小,化学性质和热稳定性好,用其作为涂敷材料,防止了核裂变产物被吸附或吸收而污染的危险。

7)在军工领域,氟化石墨可用于导弹的二次爆炸,导弹爆炸释放出来的能量可以促成氟化石墨的分解从而释放出大量能量发生比导弹第一次爆炸更猛烈爆炸。

8)其它用途:加进涂料中可改善涂料的涂刷性能;胶合板生产时预先用其处理木材,可减少粘结剂对木材的渗透,节省原料;用于图象记录和复制,色谱分析材料等。

公司氟化石墨产品规格

锂氟电池形状分类

      牌号             

指标

CF60

CF70

CF80

CF90

CF100

1、颜色

灰黑色

灰白色

灰白色

乳白色

白色

2、氟含量(%)

44-49

50-53

54-56

57-59

>61.5

3、氟碳比(F/C

0.5-0.6

0.63-0.71

0.73-0.80

0.83-0.90

>1.0

4、真密度g/ml

1.90-2.10

2.10-2.20

2.30-2.40

2.50-2.60

2.50-2.70

5、堆积密度(g/ml

0.9-1.0

0.8-0.9

0.7-1.0

0.5-0.7

0.5-0.7

6、比电阻( Ω.Cm

<1.60

1.60-246

7.9 X 105

>1 X 109

>1 X 109

7、颗粒 (μm)

1-20

1-15

1-10

1-10

1-10

8、分解温度(℃)

>400

>400

>400

>400

>400

 

 

 

 

 

推广信息

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