[发明专利]多孔结构磷化镍@碳负极材料的制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种多孔结构磷化镍@碳负极材料的制备方法及其应用，包括将镍盐溶液与沉淀剂混合进行反应，通入二氧化碳气体反应得到沉淀物，将沉淀物置于管式炉的下风口处，取无水次亚磷酸钠置于管式炉的上风口处，管式炉加热，取出沉淀物并浸泡于氢氧化钠溶液中，得到多孔磷化镍，将多孔磷化镍与有机物混合进行碳化反应，即得多孔结构磷化镍@碳负极材料。本发明制得的负极材料具有多孔结构，在充放电过程中，其内部多孔结构既可以缓冲充放电过程中带来的体积变化又可以增大电极与电解液的接触面积，具有高的容量、优良的循环和倍率性能。

技术领域

本发明属于锂/钠离子电池负极材料技术领域，具体涉及一种多孔结构磷化镍@碳负极材料的制备方法及其应用。

背景技术

锂/钠离子电池得益于其高能量密度、高电压、高寿命等综合性能优势，已经作为一种新型的替代性能源。市场上目前应用的负极材料主要以石墨碳为主，可是由于其自身性质的缺陷，已经不能满足高效锂/钠离子电池不断增长的需求，亟需寻找容量更高稳定性更好的负极材料使锂/钠离子电池的性能进一步提升。过渡金属磷化物、硫化物具有远高于石墨碳的理论容量、合适的电压平台和环境友好性，是非常理想的锂/钠离子电池负极材料。

其中，过渡金属磷化物由于在磁制冷、石油催化脱硫加氢等工业领域的重要应用吸引了研究者的兴趣。又因稳定的循环可逆性、较高的充放电理论比容量、较好的安全性能，是新型锂/钠离子电池负极材料的理想之选。如磷源丰富的Ni₃P、NiP₂、NiP₃均已应用于锂离子电池负极材料。有学者使用水热-微乳液法得到了六方相Ni₂P和四方相Ni₁₂P₅，但此方法制备的颗粒分散性差，尺寸大、导电性差、形貌和结构不可控等因素，在充放电循环时会产生严重的体积膨胀，严重影响其电化学和循环性能。

作为新型高性能离子电池负极材料，过渡金属磷化物由于具有理论容量较高以及来源丰富的优点而受到广泛关注。然而，金属磷化物在作为离子二次电池的负极材料时，随着离子的嵌入和脱出会产生明显的体积膨胀收缩效应，引起较快的容量衰退和较差的倍率性能。

发明内容

本发明旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种多孔结构磷化镍@碳负极材料的制备方法及其应用。

根据本发明的一个方面，提出了一种多孔结构磷化镍@碳负极材料的制备方法，包括以下步骤：

S1：将镍盐溶液与沉淀剂混合进行反应，并通入二氧化碳气体控制反应pH为10.8-11.5，反应结束后进行陈化，固液分离得到沉淀物；所述沉淀剂为氢氧化钠、四羟基合铝酸钠和过硫酸钠的混合溶液；

S2：将所述沉淀物置于管式炉的下风口处，取无水次亚磷酸钠置于所述管式炉的上风口处，所述管式炉加热一段时间，取出所述沉淀物并浸泡于氢氧化钠溶液中，固液分离得到多孔磷化镍；

S3：将所述多孔磷化镍与有机物混合，在隔绝氧气下进行碳化反应，即得所述多孔结构磷化镍@碳负极材料。

在本发明的一些实施方式中，步骤S1中，所述镍盐溶液的浓度为1-2mol/L，所述沉淀剂中，四羟基合铝酸钠的浓度为0.05-0.2mol/L、氢氧化钠的浓度为3-6mol/L、过硫酸钠的浓度为1-2mol/L，所述混合的方式为并流加入，以镍和铝的摩尔比为10：(1-2)来控制所述镍盐溶液与所述沉淀剂的流量。

在本发明的一些实施方式中，步骤S1中，所述镍盐溶液为硫酸镍、氯化镍或硝酸镍的溶液中的至少一种。

在本发明的一些实施方式中，步骤S1中，固液分离得到所述沉淀物后，还包括将所述沉淀物进行洗涤和干燥。

在本发明的一些实施方式中，步骤S1中，所述陈化的时间为1-2h。