[发明专利]一种高性能的锂/钠电池负极材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种高性能的锂/钠电池负极材料及其制备方法，采用水热法制备碳纳米管/多孔碳复合导电网络结构材料，采用升华‑凝华法制备红磷/碳纳米管/多孔碳复合材料。该复合材料结构的特点是：导电网络是多孔碳包裹碳纳米管，多孔碳由介孔和微孔组成。复合结构中多孔碳微孔孔道被红磷填充；介孔基本未被填充，通道保持通畅，但是延伸至复合结构表面的介孔孔口被红磷覆盖；复合结构表面没有红磷堆积。利用该材料组装的锂电池和钠电池同时具有高容量、高倍率、高首次库伦效率和高稳定性。

技术领域

本发明属于锂/钠离子电池技术领域，具体涉及一种高性能的锂/钠电池负极材料及其制备方法。

背景技术

随着便携式电子器件、电动汽车、微型机器人等高新技术的研究，高容量、长寿命、高稳定性的储能装置一直是当前研究的热点。可充电锂/钠离子电池无疑是目前最成功最先进的储能设备。锂离子电池因其能量密度高、循环寿命长等优点，目前在电力系统中占主导地位。同时，受益于钠土资源丰富，钠离子电池的高潜力、低成本引起了人们的广泛重视。如何制造高性能的锂/钠离子电池负极材料是关键。最近，红磷因其超高的理论容量2596mAhg^-1被认为是最有前途的锂/钠离子电池的负极材料。但是在电池实际应用中，红磷存在着低导电率和超大的体积膨胀等问题，严重阻碍了它的发展。为了解决这个问题，有一些关于红磷/碳复合材料的文献报道，虽然部分解决了其导电性和稳定性问题，但锂电池或钠电池的首次库伦充放效率低。针对目前红磷/碳复合材料无非同时满足高比容量、高倍率、高首次库伦效率、高稳定性的要求，本发明提出一种新型红磷/碳纳米管/多孔碳的负极材料，并利用升华-凝华法制备出该复合材料。利用该复合材料组装的锂电池和钠电池，同时实现了高比容量、高倍率、高首次库伦效率、高稳定性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服红磷作为负极材料在应用中存在的局限性的问题，提供一种基于红磷/碳纳米管/多孔碳的高性能的锂/钠电池负极材料及其制备方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种高性能的锂/钠电池负极材料，具有导电网络，所述导电网络包括多孔碳、红磷和碳纳米管，所述多孔碳包裹所述碳纳米管，所述多孔碳由多条介孔孔道和多条微孔孔道组成，所述多条介孔孔道和多条微孔孔道交错分布，所述红磷分布于所述多条介孔孔道和多条微孔孔道之中，所述红磷填充所述多条微孔孔道，所述红磷覆盖所述多条介孔孔道的孔口，所述介孔孔道的孔径大于所述微孔孔道的孔径。

作为本发明的一个优选的实施例，所述红磷与所述多孔碳包覆碳纳米管的质量比为3：1。

上述技术方案的制备方法，包括步骤：

(1)对水热反应釜衬底进行清洗并烘干；

(2)用浓硝酸与水体积比为1：2的水溶液对碳纳米管CNT进行24小时浸泡处理，然后用水和乙醇进行离心清洗至中性；

(3)将清洗完的碳纳米管CNT超声分散在水中，加入葡萄糖配置成水溶液；

(4)将所述葡萄糖水溶液置于水热反应釜中在190℃的水热反应条件下，反应12小时得到水热产物；

(5)将所述水热产物用水和乙醇离心洗涤，烘干后进行碳化得到碳化产物C@CNT；

(6)将所述碳化产物C@CNT进行KOH活化得到AC@CNT；

(7)将红磷P与所述AC@CNT按质量比3：1在氩气环境下置入高压反应釜中，密封后放入马弗炉中，采用升华-凝华法制备P@AC@CNT；

(8)将所述P@AC@CNT用二硫化碳和无水乙醇清洗得到高性能的锂/钠电池负极材料。

作为本发明的一个优选的实施例，步骤(1)中所述清洗方式为超声清洗，其材料为洗衣粉、去离子水、丙酮、乙醇中的一种或多种。