[发明专利]一种高能量密度负极材料的制备方法

说明书

本发明提供了一种高能量密度负极材料的制备方法，属于电化学储能技术领域，包括石墨、磷元素，磷元素与石墨复合形成磷‑石墨插层化合物；其中，磷元素嵌入石墨层间；石墨保持初始层状结构。本发明提供的一种高能量密度负极材料，具有独特的插层结构，磷元素嵌入到石墨层间的结构，磷纳米粒子高度均匀地分散在石墨层间，而石墨并未剥离成单层或多层石墨烯，仍完整保留了自身的层状结构，与传统石墨负极372 mAh gsupgt;‑1/supgt;比容量相比，磷‑石墨插层化合物比容量可达805 mAh gsupgt;‑1/supgt;，比容量可提升216%，是一种非常理想的电池材料。本发明还提供一种高能量密度负极材料的制备方法。本发明还提供高能量密度负极材料的应用。

技术领域

本发明属于电化学储能技术领域，更具体地说，是涉及一种高能量密度负极材料的制备方法。

背景技术

近年来在政府和汽车生产商的极力推广下，电动汽车得到了快速的应用与发展。电动汽车的续航里程是其普及发展的关键因素，而电池能量密度的提升是帮助其延长续航的必要条件。一个具体的提升对象是电池的负极材料，负极材料作为电动汽车动力电池组的最主要成分之一，其性能的好坏将直接影响到电池组能否正常的工作。

石墨由于具有诸多优点，是主流的锂离子电池负极材料。但石墨材料由于自身的比容量仅为372 mAh g

^-1，已无法满足迅速增长的便携式电子产品和电动车市场对电池大容量、高功率和小型化的需求，且现有的电池在能量密度和循环稳定性上存在难以得到很好的平衡的问题，因此开发性能更加优异的新型高密度负极材料就显得十分迫切。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高能量密度负极材料的制备方法，旨在解决现有的电池负极材料在能量密度和循环稳定性上存在难以得到很好的平衡的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种高能量密度负极材料，包括：

石墨、磷元素，磷元素与石墨复合形成磷-石墨插层化合物；其中，磷元素嵌入石墨层间；石墨保持初始层状结构。

优选地，所述磷元素均匀的分散在所述石墨层间。

优选地，所述磷元素以离子或/和纳米簇团的形式存在于所述石墨层间。

优选地，所述磷元素的质量分数为0.1～99％。

优选地，所述磷元素的直径大小为0.1～100nm。

优选地，所述石墨为天然鳞片石墨、人造石墨、高定向热解石墨、膨胀石墨、碳纤维、碳纳米管、软炭、硬碳、中间相炭微球中的一种或多种。

优选地，采用碱金属加热共融法将所述磷元素与所述石墨复合。

本发明还提供一种高能量密度负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、在水氧含量均低于0.1 ppm的手套箱中，按预设比例称取物料，然后将物料放入反应容器中，物料为石墨、磷、插层载体；

步骤二、然后将反应容器由手套箱内取出，并在真空条件下，以1-20 ℃ min^-1的升温速率升温至200 ℃-600 ℃，反应时间1-15天；

步骤三、反应结束后，将反应容器加热至60-80℃，然后打开取出块状产物；

步骤四、去除块状产物表面与内部的钾元素，再将块状产物依次放入无水乙醇、去离子水、丙酮中，直至无气泡产生；

步骤五、将步骤四得到的产物在50℃-100℃的条件下，干燥2 h-24 h，得到最终产物。

优选地，所述插层载体为钾。