[發明專利]一種磷化鎳/碳/磷化鎳復合材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202011110934.2
• 申請日: 2020-10-16
• 公開（公告）號: CN112201782B
• 公開（公告）日: 2022-09-30
• 發明（設計）人: 楊霞;張敏;胡紫娟
• 申請（專利權）人: 西南大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/58;H01M4/62;H01M10/0525;C01B25/08;C01B32/05
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司 11275
• 代理人: 趙榮之

本發明涉及一種磷化鎳/碳/磷化鎳復合材料及其制備方法和應用，屬于材料技術領域。該材料由空心介孔碳球及負載在其內、外表面的磷化鎳納米顆粒構成，其內部中空結構一方面使得電解液容易滲透到電極的內部區域，從而降低內阻，提高倍率性能，另一方面，磷化鎳納米顆粒可以同時分散于其內、外表面，減緩了磷化鎳納米粒子之間的團聚現象，使其對電解質具有更大的接觸面積，從而能夠提供更多鋰離子脫嵌和嵌入位置，更加有效地提高材料的可逆嵌鋰容量，且有利于緩解放電/充電過程中的體積膨脹，將該復合材料作為鋰離子電池負極材料，在電流密度100mA·g^?1下，循環200圈后，其容量保持在465mAh·g^?1。該復合材料制備方法簡單，易操作，且成本低，適合擴大化生產。

技術領域

本發明屬于材料技術領域，具體涉及一種磷化鎳/碳/磷化鎳復合材料及其制備方法和應用。

背景技術

人類需求不斷增加，傳統能源卻趨于枯竭，人類對能源的供求將不再平衡。且傳統能源的使用會造成環境污染，因此現階段亟需開發綠色可持續的新能源。曾有專家指出，電池工業會在能源產業中逐漸嶄露頭角并占據重要地位，鋰離子電池將成為21世紀最理想的綠色電源之一。因此研究開發鋰離子電池材料的意義不言而喻。

鋰離子電池(LIBs)主要用于電動工具、電子產品、智能電網儲能系統、移動通訊基站、便攜移動電源等多種領域。與傳統鎳氫、鎳鎘電池相比，鋰離子電池具有自放電小、循環壽命長、安全性能好等諸多優點。鋰離子電池被廣泛應用于各種便攜式電子設備中，雖性能已接近目前電極材料所能達到的極限，但仍不能滿足人們對高容量的需求。因而，開發高性能的鋰離子電極材料成為當務之急。自Nazar等人第一次將金屬磷化物用作鋰離子電池負極材料后，研究者們制備了各種高容量、低極化的金屬磷化物(FeP、Ni₃P、Ni₂P、Co₂P、CoP)。Ni₂P屬于富金屬磷化物，其金屬性較強，反應電位較低，是一種極具發展前景的鋰離子負極材料和催化劑。當Ni₂P被用作鋰離子電池負極材料時，其嵌鋰和脫鋰機理為：在循環過程中，金屬-磷(M-P)鍵斷裂，體積發生膨脹致使容量快速衰減。此外，Ni₂P電導率較低，不利于Li⁺和電子的運輸，從而導致其容量較低。但通過控制合成具有特殊結構的納米材料，一方面可以縮短Li⁺擴散路徑，增加電極材料與電解液的接觸面積；另一方面，其特殊結構可緩解體積膨脹，從而提高電極材料的循環性能。例如，Ni₂P納米顆粒、納米片等納米材料已經被制備出來，但是其性能仍有待改善。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的之一在于提供一種磷化鎳/碳/磷化鎳復合材料；目的之二在于提供一種磷化鎳/碳/磷化鎳復合材料的制備方法；目的之三在于提供該磷化鎳/碳/磷化鎳復合材料作為鋰離子電池負極材料的應用。

為達到上述目的，本發明提供如下技術方案：

1、一種磷化鎳/碳/磷化鎳復合材料，所述復合材料由空心介孔碳球及負載在所述空心介孔碳球內表面和外表面的磷化鎳納米顆粒構成。

2、所述的一種磷化鎳/碳/磷化鎳復合材料的制備方法，所述方法如下：

(1)將SiO₂微球分散于水中，然后加入甲醛和間苯二酚，攪拌反應，制得呈核殼結構的SiO₂/間苯二酚甲醛低聚物復合物，將所述SiO₂/間苯二酚甲醛低聚物復合物洗滌、干燥后進行碳化處理，制得呈核殼結構的SiO₂/C復合物，最后去除所述SiO₂/C復合物中SiO₂，制得空心介孔碳球；

(2)將尿素、硝酸鎳和聚乙烯吡咯烷酮溶于乙醇溶液中，然后加入步驟(1)中制備的空心介孔碳球，超聲分散后，移至反應釜中反應，所述反應結束后取固相，將所述固相洗滌、干燥，制得Ni(OH)₂/C/Ni(OH)₂；