一种用于钠离子电池负极的黑磷复合材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术涉及一种用于钠离子电池负极的黑磷复合材料及其制备方法与应用，属于电化学材料制备与应用技术领域。所述黑磷复合材料由黑磷、Na

【技术实现步骤摘要】
一种用于钠离子电池负极的黑磷复合材料及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及电化学材料制备与应用
，尤其涉及一种用于钠离子电池负极的黑磷复合材料及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]锂离子电池是目前广泛使用的二次电池技术，但锂存在资源分布不均、储量较低等问题，导致其成本与日俱增，难以满足规模化应用的需求。钠离子电池具有与锂离子电池相媲美的性能，特别是其储量丰富、成本较低，其被认为是锂离子电池的有益补充或替代品，在规模储能方面展示出极佳应用前景。近年来，国内外研究者重点聚焦于高性能钠离子电池负极材料的研究开发，比如：碳素材料、金属化合物，金属/非金属单质等。在众多负极材料中，黑磷负极引起了极大的研究兴趣，由于黑磷是常温常压下最稳定的一种磷同素异形体，其具有和石墨类似的层状结构，且其理论比容量高，并具有较佳的电子电导率(102S/m)。
[0003]然而，黑磷负极的实际应用仍存在两个关键问题：(1)磷的电子/离子导电性差，导致储钠时氧化还原反应动力学迟缓，故而倍率性能较差；(2)磷负极是合金储钠机制材料，其储钠体积效应巨大，导致循环稳定性较差。目前公开的报道中，主要是将黑磷与碳材料复合或者将黑磷、碳和二氧化钛复合，这些方法一方面可提高电子电导率；另一方面可构筑P
‑
C键或Ti
‑
O
‑
P键一定程度缓解体积效应，提升储钠稳定性；但是上述方法均忽略了材料离子电导率问题，导致倍率性能改善效果欠佳。众所周知，电化学反应需要离子与电子共同参与，若仅改善电子电导率而忽略离子电导率，此亦不利于储钠反应动力学。因此，开发一种简单、有效、易拓展的方法构筑离子/电子一体化导电网络，提高黑磷倍率性能的同时抑制其体积效应，是亟待解决的技术问题。

技术实现思路

[0004](一)要解决的技术问题
[0005]鉴于现有技术的上述缺点、不足，本专利技术提供一种用于钠离子电池负极的黑磷复合材料及其制备方法与应用，其解决了黑磷负极材料的倍率性能差和循环稳定性差的技术问题。
[0006](二)技术方案
[0007]为了达到上述目的，本专利技术采用的主要技术方案包括：
[0008]第一方面，本专利技术实施例提供一种用于钠离子电池负极的黑磷复合材料，所述黑磷复合材料由黑磷、Na
‑
β(β
″
)
‑
Al2O3和导电剂碳组成，且通过机械化学反应使黑磷与导电剂碳和Na
‑
β(β
″
)
‑
Al2O3之间形成致密的接触，形成磷
‑
碳键(P
‑
C)、铝
‑
磷键(Al
‑
P)和磷
‑
氧
‑
碳键(P
‑
O
‑
C)，所述黑磷、Na
‑
β(β
″
)
‑
Al2O3和导电剂碳的质量比为6
‑
8：1
‑
3：1
‑
2。
[0009]可选地，所述黑磷和所述Na
‑
β(β
″
)
‑
Al2O3的尺寸为微米级以下。
的实际比容量近乎相等，明显优于现有技术。
[0024]本专利技术使用不同粒径的球磨珠对黑磷粉末、Na
‑
β(β
″
)
‑
Al2O3粉末和导电剂碳粉末进行球磨，球磨更加均匀，能避免使用单一粒径球磨产生空隙导致的研磨不均，更有利于形成致密的导电网络结构。
[0025]本专利技术的制备方法成本低廉、周期短、可操作性强，批次产量大、产物性能稳定、可重现性高。
附图说明
[0026]图1为实施例1中球磨过筛获得的微米级黑磷粉末(A)、市售Na
‑
β(β
″
)
‑
Al2O3(B)和商用导电剂乙炔黑(C)的扫描电子显微镜(SEM)图。标尺均为1μm。
[0027]图2为实施例1中制备黑磷(BP)
‑
Na
‑
β(β
″
)
‑
Al2O3‑
乙炔黑复合材料的扫描电子显微镜(SEM)图。
[0028]图3为实施例1中制备黑磷(BP)
‑
Na
‑
β(β
″
)
‑
Al2O3‑
乙炔黑复合材料的X射线衍射(XRD)图谱。
[0029]图4为实施例1中制备黑磷(BP)
‑
Na
‑
β(β
″
)
‑
Al2O3‑
乙炔黑复合材料的P2p(A)、Al 2p(B)、C 1s(C)高分辨X射线光电子能谱(XPS)图。
[0030]图5为实施例1中制备黑磷(BP)
‑
Na
‑
β(β
″
)
‑
Al2O3‑
乙炔黑复合材料用作钠离子电池负极在1Ag
‑1电流密度下的充放电曲线。
[0031]图6为实施例1中制备黑磷(BP)
‑
Na
‑
β(β
″
)
‑
Al2O3‑
乙炔黑复合材料用作钠离子电池负极在0.1Ag
‑1电流密度下的充放电曲线。
[0032]图7为实施例1中制备黑磷(BP)
‑
Na
‑
β(β
″
)
‑
Al2O3‑
乙炔黑复合材料用作钠离子电池负极的倍率循环性能(A)和循环稳定性能(B)图。
[0033]图8为实施例2中制备黑磷(BP)
‑
Na
‑
β(β
″
)
‑
Al2O3‑
乙炔黑复合材料用作钠离子电池负极在1Ag
‑1电流密度下的充放电曲线。
[0034]图9为实施例3中单罐产率3g所获得黑磷(BP)
‑
Na
‑
β(β
″
)
‑
Al2O3‑
乙炔黑复合材料用作钠离子电池负极在1Ag
‑1电流密度下的充放电曲线。
[0035]图10为实施例4中单罐产率5g所获得黑磷(BP)
‑
Na
‑
β(β
″
)
‑
Al2O3‑
乙炔黑复合材料用作钠离子电池负极在1Ag
‑1电流密度下的充放电曲线。
[0036]图11为实施例5中单罐产率10g所获得黑磷(BP)
‑
Na
‑
β(β
″
)
‑
Al2O3‑
乙炔本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于钠离子电池负极的黑磷复合材料，其特征在于，所述黑磷复合材料由黑磷、Na
‑
β(β
″
)
‑
Al2O3和导电剂碳组成，且通过机械化学反应使黑磷与导电剂碳和Na
‑
β(β
″
)
‑
Al2O3之间形成致密的接触，形成磷
‑
碳键、铝
‑
磷键和磷
‑
氧
‑
碳键；所述黑磷、Na
‑
β(β
″
)
‑
Al2O3和导电剂碳的质量比为6
‑
8：1
‑
3：1
‑
2。2.根据权利要求1所述的用于钠离子电池负极的黑磷复合材料，其特征在于，所述黑磷和Na
‑
β(β
″
)
‑
Al2O3的尺寸为微米级以下。3.根据权利要求1所述的用于钠离子电池负极的黑磷复合材料，其特征在于，所述导电剂碳的尺寸为纳米级以下。4.根据权利要求1所述的用于钠离子电池负极的黑磷复合材料，其特征在于，所述导电剂碳为乙炔黑。5.权利要求1
‑
4中任一项所述的黑磷复合材料的制备方法，其特征在于，在惰性气体保护下，将黑磷、Na
‑
β(...

【专利技术属性】
技术研发人员：颜波，陈龙锋，裴丰，张露露，杨学林，
申请(专利权)人：湖北宜化化工科技研发有限公司，
类型：发明
国别省市：