[发明专利]一种钠离子电池负极用泡沫镍自支撑片状Ni3P/C复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种钠离子电池负极用泡沫镍自支撑片状Ni₃P/C复合材料及其制备方法。在该复合材料中片状Ni₃P均匀地生长在泡沫镍上，C膜均匀地包裹在Ni₃P上。该复合材料的制备方法为：以镍化合物为原料，利用水热法在其表面均匀地长上一层片状氢氧化镍。然后以次亚磷酸钠为磷源，在300℃下保温2小时，制备出泡沫镍自支撑片状Ni₃P材料。最后对其进行碳包覆，制备出泡沫镍自支撑片状Ni₃P/C复合材料。本发明的Ni₃P/C复合材料制备的钠离子电池负极具有优异的比容量、倍率性能和循环稳定性能。本发明方法简单可行，原料来源广，适宜工业化生产。

技术领域

本发明属能源材料的制备和应用领域，具体涉及一种钠离子电池负极用泡沫镍自支撑片状Ni₃P/C复合材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池因其能量密度高和循环寿命长等优点，被广泛应用于手机、笔记本、移动电源、电动汽车和混合动力汽车等。但是，锂资源储量有限，随着锂离子电池的大规模应用，锂资源短缺和价格飞涨，将严重阻碍锂离子电池进一步发展。由于钠与锂属于同主族元素，它们具有相似物理和化学性质，近年来钠离子电池已引起越来越多的兴趣。且相对于锂资源，钠资源储存量很大，来源丰富，价格比较便宜，使得钠离子电池有望在未来取代锂离子电池而被广泛应用于移动电源和大规模储能等领域。由于Na⁺的半径较大，使其在层状结构石墨中不容易嵌入和脱出，具有很好的嵌锂能力的石墨不适合作为钠离子电池负极材料。因此，负极材料是钠离子电池发展的关键。

钠离子电池负极的一个替代方案是采用黑磷，生成磷化钠时的理论放电容量为2596mAh/g。但是，钠离子移动至磷负极时会发生较大的体积膨胀，导致系统不稳定。相对于单质磷，磷化镍（Ni₃P）钠离子电池负极材料也具有非常高的比容量。但是，磷化镍电子导电率比较低，这严重影响其倍率性能。另外，由于钠离子嵚入Ni₃P后造成的体积膨胀，也容易导致其结构不稳定和比容量衰减。表面改性被认为是是克服上述问题的有效途径之一。因此，本发明在磷化镍表面包覆一层纳米级导电性良好碳（C）膜，这不但可以提高材料的电子导电性，而且能够缓冲循环过程中磷化镍体积膨胀，从而提高Ni₃P钠离子电池负极材料的倍率和循环稳定性能。

发明内容

本发明提供一种比容量高、倍率性能优异、循环稳定性好的钠离子电池负极用泡沫镍自支撑片状Ni₃P/C复合材料及其制备方法。

本发明所述的钠离子电池负极用泡沫镍自支撑片状Ni₃P/C复合材料的制备方法分为三个步骤：首先，利用水热法制备泡沫镍自支撑Ni(OH)₂。然后，利用次亚磷酸钠为磷源将泡沫镍自支撑Ni(OH)₂磷化，制备出泡沫镍自支撑Ni₃P负极材料。最后，利用有机碳源对泡沫镍自支撑Ni₃P进行碳包覆，制备出泡沫镍自支撑Ni₃P/C负极材料。以质量分数计: 钠离子电池负极材料泡沫镍自支撑Ni₃P/C复合材料中碳膜所占质量分数为5-20%。

本发明的目的通过以下技术方案实现。

一种钠离子电池负极用泡沫镍自支撑片状Ni₃P/C复合材料的制备方法，包括以下步骤：

1）将泡沫镍依次在0.5-2mol/L的氢氧化钠水溶液、无水乙醇和去离子水中超声0.5-1小时；

2）称取镍盐溶解在去离子水中，配制成浓度为0.5-2mol/L的镍盐溶液；

3）将表面活性剂加入步骤2）所得镍盐溶液中，在50-80℃下搅拌0.5-1小时，得混合溶液；