[發明專利]一種黑磷基負極材料及其制備方法

在審

• 申請號: 202110605504.6
• 申請日: 2021-05-31
• 公開（公告）號: CN113437281A
• 公開（公告）日: 2021-09-24
• 發明（設計）人: 黨樂平;衛宏遠;何佳偉;張沛
• 申請（專利權）人: 天津市天大賽達協同創新科技研究院有限公司
• 主分類號: H01M4/38
• 分類號: H01M4/38;H01M4/62;H01M10/054;H01M4/04;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 天津企興智財知識產權代理有限公司 12226
• 代理人: 王艷華

本發明提供了一種黑磷基負極材料及其制備方法，所述負極材料由黑磷、納米石墨粉和氮摻雜碳納米管復合而成，所述納米石墨粉均勻分散在所述黑磷的表面，所述氮摻雜碳納米管包覆于黑磷的表面。本發明經過高能球磨，加入的納米石墨粉和氮摻雜碳納米管和黑磷粉體復合，提高了復合材料的比表面積和電子導電率，進而提高復合材料的電化學活性。

技術領域

本發明涉及化學材料和電化學技術領域，具體涉及一種黑磷基負極材料 及其制備方法。

背景技術

近年來，可充電鋰離子電池(LIBs)具有能量密度高，循環壽命長和污 染少的優點，在便攜式電子設備(筆記本電腦，移動電話)和電動汽車的儲 能系統中占據主導地位。然而，可以預見的是，由于鋰資源的短缺和其高昂 的價格，在可預見的將來鋰離子電池的大規模應用將受到限制。因此，由于 鈉資源的高自然豐度和低廉的價格，鈉離子電池(SIBs)被認為是鋰離子電 池的有前景的替代品。盡管鈉離子電池具有與鋰離子電池相似的工作原理， 但由于鈉離子的離子半徑比鋰離子的離子半徑大，所以鈉離子電池的電化學反應動力學過程更緩慢，且能量密度更低。

電池負極是鈉離子電池的重要組成部分，其電化學性能直接決定鈉離子 電池的性能。黑磷的高理論比容量以及優良的電子傳導性使其被認為是一種 極佳的鈉離子電池負極材料，通過摻雜改性，合成的新型黑磷活性材料，可 大幅提升電池體系的電化學性能。然而，在實際應用過程中發現，隨著鈉粒 子不斷地嵌入脫出，黑磷很容易出現體積膨脹的現象，造成容量衰減快，庫 倫效率低，可逆容量少等問題，因此，科研人員嘗試黑磷與其他材料復配， 以求解決循環過程中體積膨脹問題。

發明內容

有鑒于此，本發明旨在提出一種黑磷基負極材料及其制備方法，該材料 由黑磷、納米石墨粉和氮摻雜碳納米管經高能球磨復合而成。經過高能球磨， 加入的納米石墨和氮摻雜碳納米管和黑磷粉體復合，提高了復合材料的比表 面積和電子導電率，進而提高復合材料的電化學活性。

為達到上述目的，本發明的技術方案是這樣實現的：

一種黑磷基負極材料，所述負極材料由黑磷、納米石墨粉和氮摻雜碳納 米管復合而成，所述納米石墨粉均勻分散在所述黑磷的表面，所述氮摻雜碳 納米管包覆于黑磷的表面。

納米石墨粉的片徑為3-6微米，厚度小于40nm，是層狀的二維納米材料， 在價格便宜的同時，性能接近石墨烯。相比于普通的石墨粉，更蓬松，二維 材料也能為黑磷提供點對面的接觸，機械性能也要好于普通石墨。氮摻雜碳 納米管氮摻雜的量為1-5％質量分數，長度為10-30微米，管徑為30-80nm， 優選地，氮摻雜碳納米管氮摻雜的量為1.5-2.5％質量分數，更優選地，氮摻 雜碳納米管氮摻雜的量為2.5％質量分數。

進一步的，所述黑磷和納米石墨粉的質量比為5:1-10:1，優選地，所述 黑磷和納米石墨粉的質量比為6:1-7:1。

進一步的，所述氮摻雜碳納米管在所述負極材料中的質量百分比為20％。

所述氮摻雜碳納米管太多的話黑磷質量分數少，整體容量會下降，太少 的話碳基體無法包覆黑磷，無法構成完善的導電網絡，雖然前幾個循環的容 量會高，循環性能會下降。

本發明的第二目的在于提出黑磷基負極材料的制備方法，包括以下步驟：

步驟一，稱取適量的黑磷和不銹鋼材質的球磨珠，混合后，在氬氣氣氛 下進行第一次球磨，得到黑磷粉末；

步驟二，將一定量的納米石墨粉加入第一次球磨得到的黑磷粉末，充分 混合后，在氬氣氣氛下進行第二次球磨，得到黑磷/石墨復合負極材料；

步驟三，將一定量的氮摻雜納米管加入第二次球磨得到的粉末，充分混 合后，在氬氣氣氛下進行第三次球磨，得到黑磷基負極材料。