[發明專利]自支撐磷/碳三維導電網絡復合電極材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202110514725.2
• 申請日: 2021-05-10
• 公開（公告）號: CN113363452B
• 公開（公告）日: 2023-08-01
• 發明（設計）人: 羅雯;封文聰;麥立強;陳偉
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: H01M4/38
• 分類號: H01M4/38;H01M4/62;H01M10/054
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 崔友明

本發明提供了自支撐磷/碳三維導電網絡復合電極材料及其制備方法和應用，所述制備方法包括步驟：將細菌纖維素膜浸泡于磷酸二氫銨水溶液中，將浸泡后的細菌纖維素膜進行冷凍、干燥；將冷凍干燥后的細菌纖維素膜于惰性氣氛下燒結；將燒結后的細菌纖維素膜與紅磷混合，真空燒結，得到磷碳復合材料；利用二硫化碳洗滌所述磷碳復合材料，真空干燥后，即得到所述自支撐磷/碳三維導電網絡復合電極材料。本發明通過冷凍干燥和蒸發冷凝辦法獲得自支撐磷/碳三維導電網絡復合電極材料，其制備過程操作簡單，原料廉價易得，所得自支撐磷/碳三維導電網絡復合電極材料具有優異的導電性、循環穩定性和倍率性能。

技術領域

本發明涉及納米材料與電化學技術領域，具體而言，涉及自支撐磷/碳三維導電網絡復合電極材料及其制備方法和應用。

背景技術

鉀具有豐富的儲量與廣泛的來源，而且具有與鋰、鈉相似的物理化學性質，鉀離子電池最近幾年受到了很多研究者的關注，但是由于鉀離子的尺寸較大，通常導致電極在脫嵌鉀過程中體積變化顯著，電化學反應遲緩，產生不利的倍率性能和容量快速衰減。因此，設計電極材料，特別是負極材料，設計快速離子反應動力學，高的結構穩定性和優化電化學性能是實現高性能鉀離子電池儲能的關鍵要求。

紅磷由于其低成本、高容量和低氧化還原電位成為突出的合金型負極材料之一。但是紅磷的電導率低，充放電過程體積變化大，限制了其K⁺擴散動力學和活性材料的利用，導致電化學極化大，容量衰減快。如何進一步設計紅磷復合電極材料，解決傳統磷基材料導電性差、循環穩定性差、倍率性能差等問題，是目前亟待解決的問題。

發明內容

有鑒于此，本發明旨在提出一種自支撐磷/碳三維導電網絡復合電極材料及其制備方法和應用，以解決現有磷基材料導電性差、循環穩定性差、倍率性能差等問題。

為達到上述目的，本發明的技術方案是這樣實現的:

自支撐磷/碳三維導電網絡復合電極材料的制備方法，包括步驟：

S1、將細菌纖維素膜浸泡于磷酸二氫銨水溶液中，將浸泡后的細菌纖維素膜進行冷凍、干燥；

S2、將冷凍干燥后的細菌纖維素膜于惰性氣氛下燒結；

S3、將燒結后的細菌纖維素膜與紅磷混合，真空燒結，得到磷碳復合材料；

S4、利用二硫化碳洗滌所述磷碳復合材料，真空干燥后，即得到所述自支撐磷/碳三維導電網絡復合電極材料。

可選地，S1中，所述將細菌纖維素膜浸泡于磷酸二氫銨水溶液中，將浸泡后的細菌纖維素膜進行冷凍、干燥，包括步驟：

將所述細菌纖維素膜浸泡于所述磷酸二氫銨水溶液中，在室溫下攪拌2-4天，然后將所述浸泡后的細菌纖維素膜在液氮下冷凍，隨后在升華溫度為-50℃、壓力為0.035mbar下干燥。

可選地，所述細菌纖維素膜的纖維含量為(0.5-1.5)％(vol/vol)。

可選地，所述磷酸二氫銨水溶液濃度為20-200mmol/L。

可選地，S2中，所述燒結溫度為800-1000℃，燒結時間為2-3h。

可選地，S3中，所述細菌纖維素膜與所述紅磷的質量比為1：(1-3)。

可選地，S3中，所述真空燒結的溫度為450-550℃，燒結時間為2-3h。

本發明另一目的在于提供自支撐磷/碳三維導電網絡復合電極材料，采用上述所述的自支撐磷/碳三維導電網絡復合電極材料的制備方法制得。

可選地，所述自支撐磷/碳三維導電網絡復合電極材料包括由一維多孔納米纖維形成的三維互聯導電網絡，紅磷限域在所述一維多孔納米纖維的介孔中。