[发明专利]一种千层树皮生物质碳负载红磷钠离子电池负极材料及其制备方法

说明书

一种千层树皮生物质碳负载红磷钠离子电池负极材料及其制备方法，钠离子电池负极材料以红磷为负极活性材料，以千层树皮为生物质碳前驱体，制备方法包括以下步骤，(1)将干燥的千层树皮浸泡在丙酮溶液中2‑6h；(2)采用鼓风干燥机干燥步骤(1)中所得的千层树皮生物质碳前驱体；(3)按质量比为1:1‑3:1称取干燥后的千层树皮生物质碳前驱体与红磷粉末；(4)将步骤(3)中千层树皮生物质碳前驱体和红磷的混合物放入管式炉中通入氩气后进行高温煅烧；本发明提供的千层树皮生物质碳负载红磷钠离子电池负极材料能够有效缓解红磷在充放电过程中存在的体积膨胀问题，从而实现高比容量，长循环稳定性和优异的倍率性。

技术领域

本发明涉及一种钠离子电池负极材料，具体为千层树皮生物质碳负载红磷钠离子电池负极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子二次电池由于高能量密度﹑高工作电压﹑长循环稳定性﹑无记忆效应和高安全性等独特优势，被广泛应用在便携式电子产品﹑电动汽车甚至航空航天领域。但是随着社会的进一步发展，有限的锂资源及其分布不均匀导致了锂离子电池满足不了人民对二次电池的需求，因此我们需要开发可替代锂离子二次电池的储能技术。于是，类似锂离子电池反应机制的钠离子二次电池得到越来越高的重视，尤其是应用于大规模的储能领域。基于锂离子电池正极材料的已有知识，钠离子电池正极的研究也取得明显的进展，但是对于负极材料，由于商业化的石墨烯碳层间距小，导致容量太低而无法应用作为钠离子电池负极，需求合适的钠离子负极材料成为钠离子电池发展迫切需要解决的问题。

红磷(red P)应用于钠离子电池负极材料时，能够与钠形成Na₃P化合物，其理论容量高达2596mAh/g，另外，其资源丰富，价格低廉。但是，红磷存在导电性差，在充放电过程中存在较大的体积膨胀导致相应的电化学储钠性能较差，从而限制其作为钠离子电池负极材料的进一步发展。为解决此问题，通常以纳米晶体红磷作为研究对象，将其与导电性良好的碳材料进行复合后作为负极材料进行研究，如红磷-炭黑、红磷-石墨烯、纳米红磷-介孔碳等。但是这些碳黑，石墨烯，介孔碳等高导电性碳制备工艺复杂，成本较大，导致作为电极材料的成本较大，限制大规模使用此类复合材料应用于钠离子电池负极。

发明内容

本发明提供了一种千层树皮生物质碳负载红磷钠离子电池负极材料及其制备方法，以红磷与千层树树皮为原料，将千层树皮经过丙酮浸泡与超声洗涤前处理以后与红磷按照一定比例研磨混合均匀，惰性气氛下进行高温渗磷制备千层树皮生物质碳负载红磷钠离子电池负极材料。

本发明提供了一种千层树皮生物质碳负载红磷钠离子电池负极材料，其中钠离子电池负极材料以红磷为负极活性材料，以千层树皮为生物质碳前驱体。

优选地，上述钠离子电池负极材料为黑色粉末状。

优选地，上述千层树皮生物质碳为层状多孔结构，述红磷纳米粒子大小为100-300nm，均匀负载在层状多孔状千层树皮生物质碳前驱体上。

一种千层树皮生物质碳负载红磷钠离子电池负极材料的制备方法，其中制备方法包括以下步骤，

(1)将干燥的千层树皮浸泡在丙酮溶液中2-6h，制备出千层树皮生物质碳前驱体；

(2)采用鼓风干燥机干燥步骤(1)中所得的千层树皮生物质碳前驱体，干燥温度为60-100℃，干燥时间为10-24h；

(3)按质量比为1:1-3:1称取干燥后的千层树皮生物质碳前驱体与红磷粉末，混合均匀；

(4)将步骤(3)中千层树皮生物质碳前驱体和红磷的混合物放入管式炉中通入氩气后进行高温煅烧，得到千层树皮生物质碳负载红磷钠离子电池负极材料。

优选地，上述步骤(4)中高温煅烧包括两阶段，第一阶段煅烧温度为500-800℃，煅烧时间为15-30min，升温速率为5-10℃/min；第二阶段为自然降温到280-300℃，保温10-20h，然后自然降温到常温取出产物。