[發(fā)明專利]一種導(dǎo)電聚合物包覆的紅磷/石墨復(fù)合結(jié)構(gòu)負(fù)極材料及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010073646.8
• 申請(qǐng)日: 2020-01-22
• 公開（公告）號(hào): CN111261860B
• 公開（公告）日: 2022-08-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙紅
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院
• 主分類號(hào): H01M4/36
• 分類號(hào): H01M4/36;H01M4/38;H01M4/587;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 廣州嘉權(quán)專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 44205
• 代理人: 朱繼超

本發(fā)公開了一種導(dǎo)電聚合物包覆的紅磷/石墨復(fù)合結(jié)構(gòu)負(fù)極材料及其制備方法，其中，導(dǎo)電聚合物包覆的紅磷從根本上有效避免了因紅磷吸水帶來的性能惡化；導(dǎo)電膠水起到了“粘合劑”作用，在微觀上將石墨粒子分散于紅磷粒子間，使得紅磷和石墨在微觀上進(jìn)行有效“粘合”，從而緩沖紅磷在充電/放電過程中的體積變化。本發(fā)明的制備方法簡(jiǎn)單、易操作，通過本發(fā)明制得的導(dǎo)電聚合物包覆的紅磷/石墨復(fù)合結(jié)構(gòu)負(fù)極材料材料的克容量為800mAh/g以上、嵌鋰/脫鋰電位為0.8V，能夠有效避免析鋰等安全事故的發(fā)生；且導(dǎo)電聚合物包覆的紅磷/石墨復(fù)合結(jié)構(gòu)負(fù)極材料的倍率性能優(yōu)異，可滿足鋰離子電池在短時(shí)間內(nèi)快速充電的需求。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電極材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種導(dǎo)電聚合物包覆的紅磷/石墨復(fù)合結(jié)構(gòu)負(fù)極材料及其制備方法。

背景技術(shù)

鋰離子電池驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)車替代燃油車是大勢(shì)所趨，但是電動(dòng)車的續(xù)航里程過低，充電時(shí)間長(zhǎng)，存在安全隱患都是阻礙消費(fèi)者接受和購(gòu)買主要原因。但鋰離子電池的主流負(fù)極材料是石墨，其過低的理論容量(375mAh/g)和較低鋰離子擴(kuò)散系數(shù)，大大限制電動(dòng)車?yán)m(xù)航旅程和充電時(shí)間，且其嵌鋰電壓值接近于零是導(dǎo)致鋰離子電池析鋰而引發(fā)安全問題的本質(zhì)原因。而紅磷單質(zhì)磷以其高比容量(2595mAh/g)、成本低廉、環(huán)境兼容性好等優(yōu)勢(shì)，有望成為成本較低的、可替代石墨的負(fù)極材料。但作為負(fù)極材時(shí)，紅磷容易吸水，導(dǎo)致很難直接作為伏負(fù)極制備的原料；同時(shí)，在充放電過程中，紅磷的體積膨脹也比較大，導(dǎo)電性差。因此，現(xiàn)有技術(shù)中采用固相法和液相法制備紅磷負(fù)極。

常見的固相法是將紅磷以球磨的方式碾壓到碳的結(jié)構(gòu)中，但得到的導(dǎo)電聚合物包覆的紅磷/石墨復(fù)合結(jié)構(gòu)負(fù)極材料因紅磷裸露而仍具有一定的吸水性，給后續(xù)的應(yīng)用，諸如涂電極，電極切割等帶來諸多不便，且因裸露部分紅磷的副反應(yīng)導(dǎo)致紅磷負(fù)極材料的電池性能惡化；另一種常見的固相法是將紅磷加熱至升華，再冷凝以達(dá)到與石墨復(fù)合的效果，但在加熱過程中紅磷先轉(zhuǎn)變成白磷，因此制備的紅磷負(fù)極產(chǎn)品中亦含有白磷，而白磷為有毒物質(zhì)，所以該方法得到的紅磷負(fù)極因有白磷污染而存在安全隱患，不能產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。液相法多為以石墨烯負(fù)載紅磷或者不完全包覆等的方法制備紅磷/石墨烯復(fù)合物，但仍不能避免復(fù)合物中紅磷吸水的特性，且該方法涉及石墨烯的制備或使用，過程繁瑣且價(jià)格昂貴，性價(jià)比低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題之一。為此，本發(fā)明提出一種導(dǎo)電聚合物包覆的紅磷/石墨復(fù)合結(jié)構(gòu)負(fù)極材料及其制備方法，制得的導(dǎo)電聚合物包覆的紅磷/石墨復(fù)合結(jié)構(gòu)負(fù)極材料材料，能夠有效避免析鋰等安全事故的發(fā)生，和滿足鋰離子電池在短時(shí)間內(nèi)快速充電的需求。

為了克服上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種導(dǎo)電聚合物包覆的紅磷/石墨復(fù)合結(jié)構(gòu)負(fù)極材料的制備方法，包括如下步驟：

1)紅磷包覆：取紅磷并向其中加入去離子水，形成懸浮液，劇烈攪拌并迅速加入PEDOT/PSS懸浮液，繼續(xù)攪拌，反應(yīng)1-24h至混合液的顏色均勻，經(jīng)干燥得導(dǎo)電聚合物包覆的紅磷；

2)取石墨、導(dǎo)電膠水和上述導(dǎo)電聚合物包覆的紅磷進(jìn)行混合加熱和造粒，即得導(dǎo)電聚合物包覆的紅磷/石墨復(fù)合結(jié)構(gòu)負(fù)極材料；

或

取石墨、導(dǎo)電膠水和上述導(dǎo)電聚合物包覆的紅磷進(jìn)行混合和造粒，并在造粒過程中進(jìn)行加熱，即得導(dǎo)電聚合物包覆的紅磷/石墨復(fù)合結(jié)構(gòu)負(fù)極材料。

其中，步驟1)的干燥條件為：50-120℃下，真空烘干1-24h，攪拌速率為1000-1500rpm。

將原料進(jìn)行混合可用的設(shè)備包括球磨機(jī)、VC高效混合機(jī)和融合機(jī)；混合時(shí)長(zhǎng)為0.5-24h，在混合加熱過程中，采用加熱設(shè)備包括VC高效混合機(jī)，加熱溫度為50-200℃；加熱的升溫速度1-50℃/min；造粒過程中進(jìn)行加熱時(shí)，采用的是管式爐、臥式回轉(zhuǎn)爐或立式回轉(zhuǎn)爐，加熱溫度為50-200℃，加熱時(shí)的轉(zhuǎn)速為0-100rpm，升溫速度1-50℃/min，保持0.5-4h。