[發(fā)明專利]一種金屬磷化物/碳復(fù)合材料及其制備方法與應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010071242.5
• 申請日: 2020-01-21
• 公開（公告）號: CN111261859B
• 公開（公告）日: 2021-04-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬春榮;袁憲正;蔣家麗;祝凡平
• 申請（專利權(quán)）人: 山東大學(xué)
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/58;H01M4/62;H01M10/054
• 代理公司: 濟(jì)南圣達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37221
• 代理人: 王磊

本發(fā)明公開了一種金屬磷化物/碳復(fù)合材料及其制備方法與應(yīng)用，其結(jié)構(gòu)為三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，所述三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)由若干一維納米線相互交錯(cuò)形成，所述一維納米線由無定型碳包覆金屬磷化物形成，所述金屬磷化物為FeP和CoP的復(fù)合物。其制備方法為：向含有鐵鹽和鈷鹽的水溶液中滴加海藻酸鹽溶液，獲得凝膠，將凝膠冷凍干燥，然后在惰性氣氛下煅燒獲得金屬氧化物/碳復(fù)合材料，將金屬氧化物/碳復(fù)合材料進(jìn)行磷化獲得金屬磷化物/碳復(fù)合材料。本發(fā)明提供的復(fù)合材料采用無定型碳對金屬磷化物進(jìn)行包覆，能夠?qū)饘倭谆锏捏w積膨脹進(jìn)行緩沖，同時(shí)形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，能夠有效提高材料的導(dǎo)電性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電池領(lǐng)域，涉及鈉離子電池負(fù)極材料，具體涉及一種金屬磷化物/碳復(fù)合材料及其制備方法與應(yīng)用。

背景技術(shù)

公開該背景技術(shù)部分的信息僅僅旨在增加對本發(fā)明的總體背景的理解，而不必然被視為承認(rèn)或以任何形式暗示該信息構(gòu)成已經(jīng)成為本領(lǐng)域一般技術(shù)人員所公知的現(xiàn)有技術(shù)。

近年來，隨著電動市場的不斷繁榮和發(fā)展，人們對于儲能器件也提出了更高的要求。鋰離子電池由于良好的循環(huán)壽命、高能量密度、無記憶效應(yīng)等特點(diǎn)而人到人們的熱烈關(guān)注。但是，隨著人們需求的不斷增加，有限的鋰資源無法滿足人們?nèi)找嬖鲩L的需求。考慮到鋰與鈉屬于同一主族，具有相似的電化學(xué)反應(yīng)活性，并且鈉元素在地殼中的儲量是十分豐富的。基于此，鈉離子電池重新回到人們的視野。

與鋰離子相比，鈉離子的半徑較大，因此對于電極材料提出了更高的要求。目前鈉離子電池負(fù)極材料主要包括：碳材料、合金型材料或者轉(zhuǎn)化型材料。其中，金屬磷化物由于較高的理論比容量、較低的極化特性而收到廣泛關(guān)注。但是經(jīng)過本發(fā)明的發(fā)明人研究發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有金屬磷化物存在導(dǎo)電性差、體積膨脹嚴(yán)重等缺陷，不適合用作長循環(huán)和高倍率的鈉離子電池中。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種金屬磷化物/碳復(fù)合材料及其制備方法與應(yīng)用，本發(fā)明提供的金屬磷化物/碳復(fù)合材料適合用作長循環(huán)和高倍率的鈉離子電池。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：

一方面，一種金屬磷化物/碳復(fù)合材料，為三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，所述三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)由若干一維納米線相互交錯(cuò)形成，所述一維納米線由無定型碳包覆金屬磷化物形成，所述金屬磷化物為FeP和CoP的復(fù)合物。

本發(fā)明經(jīng)過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，采用無定型碳對金屬磷化物進(jìn)行包覆，能夠?qū)饘倭谆锏捏w積膨脹進(jìn)行緩沖，同時(shí)形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，能夠有效提高材料的導(dǎo)電性能。

另一方面，一種金屬磷化物/碳復(fù)合材料的制備方法，向含有鐵鹽和鈷鹽的水溶液中滴加海藻酸鹽溶液，獲得凝膠，將凝膠冷凍干燥，然后在惰性氣氛下煅燒獲得金屬氧化物/碳復(fù)合材料，將金屬氧化物/碳復(fù)合材料進(jìn)行磷化獲得金屬磷化物/碳復(fù)合材料。

本發(fā)明通過海藻酸鹽和金屬離子的螯合作用，通過一步法就可獲得具有良好界面穩(wěn)定性的兩種金屬氧化物復(fù)合材料。同時(shí)海藻酸鈉在高溫煅燒過程中會形成無定形碳，包裹在磷化物的表面，從而有效抑制活性顆粒在高溫煅燒過程中的二次生長，保持很好的納米尺度。

第三方面，一種上述金屬磷化物/碳復(fù)合材料在制備鈉離子電池中的應(yīng)用。

第四方面，一種鈉離子電池負(fù)極，材料采用上述金屬磷化物/碳復(fù)合材料。

第五方面，一種鈉離子電池，負(fù)極為上述鈉離子電池負(fù)極。

本發(fā)明的有益效果為：

本發(fā)明包括復(fù)合材料原位構(gòu)筑方法和無定形碳原位包覆技術(shù)，最外層的無定形碳可以為活性材料的體積膨脹提供有效的緩沖，同時(shí)能阻隔活性材料和電解液的直接接觸。并且無定形碳相互交錯(cuò)形成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，有利于提升材料的導(dǎo)電性能。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)表明，采用本發(fā)明制備的金屬磷化物/碳復(fù)合材料作為鈉離子電池負(fù)極材料制備鈉離子電池，在循環(huán)8500次后，鈉離子電池的庫倫效率和比容量基本不變。

附圖說明