一种硬碳-磷复合负极材料及其制备方法与钠离子电池技术

本发明专利技术提供一种硬碳

【技术实现步骤摘要】
一种硬碳
‑
磷复合负极材料及其制备方法与钠离子电池


[0001]本专利技术涉及钠离子电池
，尤其涉及一种硬碳
‑
磷复合负极材料及其制备方法与钠离子电池。

技术介绍

[0002]硬碳是商品化的钠离子电池负极材料，具有充放电体积膨胀小、循环寿命长等优点。但是目前硬碳材料容量一般不高于350mh/g，制约了钠离子电池能量密度的提升。磷(P)作为钠离子电池负极材料，具有较高的比容量(2595mAh/g)，但是磷导电性差，而且和钠形成合金后，膨胀率过高，循环过程容易粉化，导致电池循环性能差。因此，使用碳材料与磷进行复合是改善钠离子电池循环性能的有效方法。
[0003]磷有白磷、红磷、黑磷三种同素异构体，其中白磷性质活泼，在空气中易自燃，若直接用于钠离子电池负极材料，存在较大的安全隐患；红磷与黑磷的化学性质均较稳定，但是黑磷的制备大多需要高温高压条件，因此，将碳材料与红磷进行复合是目前研究的重点。
[0004]为保证碳
‑
磷复合材料的电化学性能，缓解充放电过程中红磷的体积膨胀收缩，需要红磷纳米化；现有的硬碳
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磷复合负极材料制备过程中，通常直接以商业购买的红磷作为原料，将红磷与硬碳通过球磨法来得到纳米化的红磷与硬碳复合材料；但是这种方法制备的复合材料中，红磷颗粒因易于发生团聚而分散均匀性较差，导致复合负极材料的循环性能较差。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解决的技术问题是：为了解决现有技术中红磷颗粒分散均匀性差的问题，本专利技术提供一种硬碳
‑
磷复合负极材料的制备方法，该制备方法以白磷、碳源为原料，将白磷与碳源混合后，在催化剂作用下，使得白磷直接在与碳源的混合物中转化为纳米红磷颗粒，从而使得制备的纳米红磷颗粒均匀分散在碳源中，再经碳化即可得到纳米红磷颗粒均匀分布的硬碳
‑
磷复合负极材料，解决了现有技术中红磷颗粒分散均匀性差的问题。
[0006]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0007]一种硬碳
‑
磷复合负极材料的制备方法，包括如下步骤：
[0008]S1：于惰性气氛下，将白磷、碳源混合后，溶于溶剂中，得到混合液；
[0009]S2：在所述混合液中加入催化剂，得到反应液；
[0010]S3：于50℃对所述反应液进行加热，得到混合物；
[0011]S4：将所述混合物放置于密闭压力反应釜中，升温至500
‑
600℃反应1h，得到固体产物；
[0012]S5：将所述固体产物粉碎，得到硬碳
‑
磷复合负极材料。
[0013]可选地，所述催化剂为乙二胺。
[0014]可选地，所述碳源为树脂。
[0015]可选地，所述树脂选自酚醛树脂、环氧树脂、脲醛树脂中的至少一种。
[0016]可选地，所述溶剂为二硫化碳。
[0017]可选地，所述白磷、所述碳源、所述催化剂、所述溶剂的用量比为1g：(20
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50)g：(0.1
‑
0.8)mL：(50
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100)mL。
[0018]可选地，步骤S3中的加热方式为水浴加热。
[0019]可选地，步骤S4中的升温速率为(5
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10)℃/min。
[0020]本专利技术的另一目的在于提供一种硬碳
‑
磷复合负极材料，通过如上所述的硬碳
‑
磷复合负极材料的制备方法进行制备。
[0021]本专利技术的再一目的在于提供一种钠离子电池，包括如上所述的硬碳
‑
磷复合负极材料。
[0022]本专利技术的有益效果是：
[0023]本专利技术提供的硬碳
‑
磷复合负极材料的制备方法，以白磷、碳源为原料，在催化剂作用下，使得白磷在碳源中原位生成纳米红磷颗粒，从而能够在保证纳米红磷颗粒在碳源中分布的均匀性的同时，保证纳米红磷颗粒粒径分布的均匀性，进而保证制备的复合负极材料中纳米红磷颗粒粒径分布的均匀性以及纳米红磷颗粒在硬碳中分布的均匀性，保证复合负极材料性能的均一性，在提高复合负极材料比容量的同时，提高复合负极材料的循环性能。
附图说明
[0024]下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。
[0025]图1是本专利技术实施例1制备的硬碳
‑
磷复合负极材料的TEM照片。
具体实施方式
[0026]现在对本专利技术作进一步详细的说明。下面描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制，基于本专利技术的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0027]为解决现有技术中红磷颗粒分散均匀性差的问题，本专利技术提供一种硬碳
‑
磷复合负极材料的制备方法，该制备方法包括如下步骤：
[0028]S1：于惰性气氛下，将白磷、碳源混合后，溶于溶剂中，得到混合液；
[0029]S2：在混合液中加入催化剂，得到反应液；
[0030]S3：于50℃对反应液进行加热，得到混合物；
[0031]S4：将混合物放置于密闭压力反应釜中，升温至500
‑
600℃反应1h，得到固体产物；
[0032]S5：将固体产物粉碎，得到硬碳
‑
磷复合负极材料。
[0033]由于白磷性质活泼，本专利技术提供的制备方法需要在惰性气氛下进行，本专利技术优选在氮气气氛下进行；具体的，本专利技术首先将白磷、碳源混合，溶于溶剂中后，搅拌均匀，使得白磷与碳源充分均匀混合后，加入催化剂，并加热，除去溶剂，并使得白磷在催化剂作用下，于碳源中原位转化为纳米红磷颗粒，一方面使得纳米红磷颗粒能够均匀分散于碳源中，另一方面由于本专利技术中的红磷直接通过白磷转化而来，与传统球磨化方法得到的纳米化的红磷相比，纳米红磷颗粒的粒径分布更加均匀，且该纳米化红磷颗粒是直接在碳源中生成，因此不易于发生团聚，从而有助于进一步保证纳米红磷颗粒在碳源中分布的均匀性；将由碳
源以及均匀分布于其中的纳米红磷颗粒组成的混合物于密闭压力反应釜中，升温至500
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600℃反应1h后，碳源分解碳化，成为硬碳，得到固体产物；再将该固体产物粉碎、过筛后，即可得到纳米红磷颗粒粒径分布均匀、且纳米红磷颗粒均匀分布在硬碳中的硬碳
‑
磷复合负极材料，进而能够在提高负极材料比容量的同时，提高负极材料的循环性能。
[0034]本专利技术提供的硬碳
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磷复合负极材料的制备方法，以白磷、碳源为原料，在催化剂作用下，使得白磷在碳源中原位生成纳米红磷颗粒，从而能够在保证纳米红磷颗粒在碳源中分布的均匀性的同时，保证纳米红磷颗粒粒径分布的均匀性，进而保证制备的复合负极材料中纳米红磷颗粒粒径分布的均匀性以及纳米红磷颗粒在硬碳中分布的均匀性，保证复合本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种硬碳
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磷复合负极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：于惰性气氛下，将白磷、碳源混合后，溶于溶剂中，得到混合液；S2：在所述混合液中加入催化剂，得到反应液；S3：于50℃对所述反应液进行加热，得到混合物；S4：将所述中间产物放置于密闭压力反应釜中，升温至500
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600℃反应1h，得到固体产物；S5：将所述固体产物粉碎，得到硬碳
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磷复合负极材料。2.如权利要求1所述的硬碳
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磷复合负极材料的制备方法，其特征在于，所述催化剂为乙二胺。3.如权利要求2所述的硬碳
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磷复合负极材料的制备方法，其特征在于，所述碳源为树脂。4.如权利要求3所述的硬碳
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磷复合负极材料的制备方法，其特征在于，所述树脂选自酚醛树脂、环氧树脂、脲醛树脂中的至少一种。5.如权利要求1所述的硬碳
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磷复合负极材料的制备方法，其特征在于，所述溶剂为二硫化碳。6.如...

【专利技术属性】
技术研发人员：王瑨，谢皎，
申请(专利权)人：成都佰思格科技有限公司，
类型：发明
国别省市：