[發(fā)明專利]一種鈉離子電池負極用泡沫鎳自支撐片狀Ni3P/C復合材料及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610186251.2
• 申請日: 2016-03-27
• 公開（公告）號: CN105720236B
• 公開（公告）日: 2018-06-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊成浩;鄭鋒華;熊訓輝;劉美林
• 申請（專利權(quán)）人: 華南理工大學
• 主分類號: H01M4/136
• 分類號: H01M4/136;H01M4/1397
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍

本發(fā)明公開了一種鈉離子電池負極用泡沫鎳自支撐片狀Ni₃P/C復合材料及其制備方法。在該復合材料中片狀Ni₃P均勻地生長在泡沫鎳上，C膜均勻地包裹在Ni₃P上。該復合材料的制備方法為：以鎳化合物為原料，利用水熱法在其表面均勻地長上一層片狀氫氧化鎳。然后以次亞磷酸鈉為磷源，在300℃下保溫2小時，制備出泡沫鎳自支撐片狀Ni₃P材料。最后對其進行碳包覆，制備出泡沫鎳自支撐片狀Ni₃P/C復合材料。本發(fā)明的Ni₃P/C復合材料制備的鈉離子電池負極具有優(yōu)異的比容量、倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性能。本發(fā)明方法簡單可行，原料來源廣，適宜工業(yè)化生產(chǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬能源材料的制備和應(yīng)用領(lǐng)域，具體涉及一種鈉離子電池負極用泡沫鎳自支撐片狀Ni₃P/C復合材料及其制備方法。

背景技術(shù)

鋰離子電池因其能量密度高和循環(huán)壽命長等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于手機、筆記本、移動電源、電動汽車和混合動力汽車等。但是，鋰資源儲量有限，隨著鋰離子電池的大規(guī)模應(yīng)用，鋰資源短缺和價格飛漲，將嚴重阻礙鋰離子電池進一步發(fā)展。由于鈉與鋰屬于同主族元素，它們具有相似物理和化學性質(zhì)，近年來鈉離子電池已引起越來越多的興趣。且相對于鋰資源，鈉資源儲存量很大，來源豐富，價格比較便宜，使得鈉離子電池有望在未來取代鋰離子電池而被廣泛應(yīng)用于移動電源和大規(guī)模儲能等領(lǐng)域。由于Na⁺的半徑較大，使其在層狀結(jié)構(gòu)石墨中不容易嵌入和脫出，具有很好的嵌鋰能力的石墨不適合作為鈉離子電池負極材料。因此，負極材料是鈉離子電池發(fā)展的關(guān)鍵。

鈉離子電池負極的一個替代方案是采用黑磷，生成磷化鈉時的理論放電容量為2596mAh/g。但是，鈉離子移動至磷負極時會發(fā)生較大的體積膨脹，導致系統(tǒng)不穩(wěn)定。相對于單質(zhì)磷，磷化鎳（Ni₃P）鈉離子電池負極材料也具有非常高的比容量。但是，磷化鎳電子導電率比較低，這嚴重影響其倍率性能。另外，由于鈉離子嵚入Ni₃P后造成的體積膨脹，也容易導致其結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定和比容量衰減。表面改性被認為是是克服上述問題的有效途徑之一。因此，本發(fā)明在磷化鎳表面包覆一層納米級導電性良好碳（C）膜，這不但可以提高材料的電子導電性，而且能夠緩沖循環(huán)過程中磷化鎳體積膨脹，從而提高Ni₃P鈉離子電池負極材料的倍率和循環(huán)穩(wěn)定性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種比容量高、倍率性能優(yōu)異、循環(huán)穩(wěn)定性好的鈉離子電池負極用泡沫鎳自支撐片狀Ni₃P/C復合材料及其制備方法。

本發(fā)明所述的鈉離子電池負極用泡沫鎳自支撐片狀Ni₃P/C復合材料的制備方法分為三個步驟：首先，利用水熱法制備泡沫鎳自支撐Ni(OH)₂。然后，利用次亞磷酸鈉為磷源將泡沫鎳自支撐Ni(OH)₂磷化，制備出泡沫鎳自支撐Ni₃P負極材料。最后，利用有機碳源對泡沫鎳自支撐Ni₃P進行碳包覆，制備出泡沫鎳自支撐Ni₃P/C負極材料。以質(zhì)量分數(shù)計: 鈉離子電池負極材料泡沫鎳自支撐Ni₃P/C復合材料中碳膜所占質(zhì)量分數(shù)為5-20%。

本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)。

一種鈉離子電池負極用泡沫鎳自支撐片狀Ni₃P/C復合材料的制備方法，包括以下步驟：

1）將泡沫鎳依次在0.5-2mol/L的氫氧化鈉水溶液、無水乙醇和去離子水中超聲0.5-1小時；

2）稱取鎳鹽溶解在去離子水中，配制成濃度為0.5-2mol/L的鎳鹽溶液；

3）將表面活性劑加入步驟2）所得鎳鹽溶液中，在50-80℃下攪拌0.5-1小時，得混合溶液；