【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于锂离子电池负极材料制备，具体涉及一种导电聚合物包覆磷化锡/有序介孔碳复合负极材料及其制备方法和应用。
技术介绍
1、目前主要的能源供给仍然以传统一次能源为主，为了逐步改善由此带来的一系列能源环境问题，太阳能、风能、潮汐能等清洁能源对时间、地域环境等变化依赖性较大，需与储能站结合以并入电网。锂离子电池能量密度高、稳定性强，可大规模应用于便携式电子设备与电储能领域。锂离子电池中应用最广泛的石墨基负极已接近其理论极限(372mah g-1)，无法满足目前社会发展对高能量密度的需求。
2、磷化锡(sn4p3)由于其高理论容量和适当的工作电位而备受关注，相比于纯锡和纯磷材料，由于锡和磷之间的协同作用会显著提高磷化锡的循环稳定性。然而，磷化锡在脱/嵌锂的过程中会发生剧烈的体积变化，引起机械应变，从而影响电池的性能。
3、针对现有的磷化锡在脱/嵌锂的过程中发生剧烈的体积变化，引起机械应变，从而影响电池性能的技术问题，急需对磷化锡进行改性研究，开发一种低成本、高容量、长寿命与高功率密度的磷化锡基锂离子电池负极材料。
技术实现思路
1、为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种导电聚合物包覆磷化锡/有序介孔碳复合负极材料及其制备方法，以解决现有的磷化锡在脱/嵌锂的过程中发生剧烈的体积变化，引起机械应变，从而影响电池性能的技术问题。
2、为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：
3、本专利技术公开了一种导电聚合物
4、1)将锡粉与红磷混合研磨均匀，得到锡粉与红磷的混合物，加入有序介孔碳，研磨搅拌均匀，抽真空后，经低温反应，高温反应后，冷却至室温，洗涤，干燥，得到sn4p3/omc复合材料；
5、2)将过硫酸铵和步骤1)得到的sn4p3/omc复合材料加入到3,4-亚乙基二氧噻吩与稀盐酸的混合溶液中，混合搅拌均匀；经抽滤，干燥，得到导电聚合物包覆磷化锡/有序介孔碳复合负极材料。
6、优选地，步骤1)中，锡粉：红磷的摩尔比为(3.9～4.1):(2.9～3.1)；锡粉与红磷的混合物：有序介孔碳的质量比为(0.9～2.1)：(0.9～1.1)。
7、优选地，步骤1)中，低温反应的条件为280～320℃下保温反应8～12h。
8、优选地，步骤1)中，高温反应的条件为490～510℃下保温反应48～60h。
9、优选地，步骤1)中，研磨搅拌时间为15～30min；抽真空的压力为1×10-5～1×10-3pa；洗涤条件为：采用二硫化碳与乙醇交替进行洗涤。
10、优选地，步骤1)中，有序多孔碳为cmk-3、cmk-5和cmk-8中的一种。
11、优选地，步骤2)中，过硫酸铵：sn4p3/omc复合材料的质量比为(0.9～1.1)：(0.9～2.1)。
12、优选地，步骤2)中，3,4-亚乙基二氧噻吩与过硫酸铵的摩尔比为(0.9～1.1)：(0.9～1.1)；稀盐酸的质量浓度为0.1m；混合搅拌的时间为10～12h。
13、本专利技术还公开了上述制备方法制得的导电聚合物包覆磷化锡/有序介孔碳复合负极材料。
14、本专利技术还公开了上述导电聚合物包覆磷化锡/有序介孔碳复合负极材料在锂离子电池中的应用，将导电聚合物包覆磷化锡/有序介孔碳复合负极材料应用于锂离子二次电池中，锂离子二次电池由对电极、隔膜、电解液和锂离子二次电池工作电极片组装而成；锂离子二次电池工作电极片包括集流体、涂覆于集流体上的活性物质涂层；集流体为铜箔；活性物质涂层包括粘结剂、导电剂和导电聚合物包覆磷化锡/有序介孔碳复合材料；粘结剂：导电剂：导电聚合物包覆磷化锡/有序介孔碳复合材料的质量比为1：1：8；粘结剂为聚偏氟乙烯；导电剂为导电炭黑、乙炔黑或super-p。
15、与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
16、本专利技术公开了一种导电聚合物包覆磷化锡/有序介孔碳复合负极材料的制备方法，采用有序介孔碳和导电聚合物包覆磷化锡的方法可抑制循环过程中较大的体积膨胀，进而提高磷化锡基负极材料的循环寿命，磷化锡纳米颗粒均匀分布于有序介孔碳中，并被导电聚合物包覆。有序介孔碳可以为反应提供更多活性位点使得生成磷化锡纳米颗粒，且有序介孔碳与导电聚合物双层结构可以作为坚固的体积膨胀缓冲层和导电增强层，该复合材料在作为锂离子电池负极时有着优异的长循环稳定性和优异的倍率性能。制备工艺简单安全，环境友好，适用于大规模清洁化生产。
17、本专利技术还公开了上述制备方法制得的导电聚合物包覆磷化锡/有序介孔碳复合负极材料，该导电聚合物包覆磷化锡/有序介孔碳复合负极材料结构特征鲜明，磷化锡被限制在有序介孔碳中，由于有序介孔碳平均孔径仅为5-7nm，可实现磷化锡颗粒的纳米化，此尺寸下的磷化锡颗粒在多次脱/嵌锂的过程中所产生的结构应力相对于大尺寸磷化锡颗粒来说较小，不易发生结构坍塌。有序多孔碳作为坚固的物理屏障可对磷化锡的体积膨胀起到缓冲作用，且可提供三维导电通道。pedot是一种常用的共轭聚合物，具有高电导率，良好的热稳定性等优点，pedot涂层可作为可以提高电解液与活性材料的界面相容性，减少循环过程中的副反应，防止过厚的固态电解质界面生成。本专利技术制备的导电聚合物包覆磷化锡/有序介孔碳复合负极材料在有序多孔碳和pedot层的协同作用下，循环稳定性强，比容量高，倍率性能优异。
18、本专利技术还公开了上述导电聚合物包覆磷化锡/有序介孔碳复合负极材料在锂离子电池中的应用，在作为锂离子电池负极材料时，放电过程中经历合金化反应，在反应的过程中，有序多孔碳可以容纳发生体积膨胀的磷化锡使之不从集流体上脱落，并且提供了三维导电通路；导电聚合物包覆层可以提高电解液与活性材料的界面相容性，减少循环过程中的副反应，防止过厚的固态电解质界面生成。有序多孔碳与导电聚合物协同从而提高循环稳定性。鉴于以上特点，这种材料非常适合用于锂离子电池负极材料。
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1.一种导电聚合物包覆磷化锡/有序介孔碳复合负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的导电聚合物包覆磷化锡/有序介孔碳复合负极材料的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述锡粉：红磷的摩尔比为(3.9～4.1):(2.9～3.1)；所述锡粉与红磷的混合物：有序介孔碳的质量比为(0.9～2.1)：(0.9～1.1)。
3.根据权利要求1所述的导电聚合物包覆磷化锡/有序介孔碳复合负极材料的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述低温反应的条件为280～320℃下保温反应8～12h。
4.根据权利要求1所述的导电聚合物包覆磷化锡/有序介孔碳复合负极材料的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述高温反应的条件为490～510℃下保温反应48～60h。
5.根据权利要求1所述的导电聚合物包覆磷化锡/有序介孔碳复合负极材料的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述研磨搅拌时间为15～30min；所述抽真空的压力为1×10-5～1×10-3Pa；所述洗涤条件为：采用二硫化碳与乙醇交替进行洗涤。
6.根据权利要求1
7.根据权利要求1所述的导电聚合物包覆磷化锡/有序介孔碳复合负极材料的制备方法，其特征在于，步骤2)中，所述过硫酸铵：Sn4P3/OMC复合材料的质量比为(0.9～1.1)：(0.9～2.1)。
8.根据权利要求1所述的导电聚合物包覆磷化锡/有序介孔碳复合负极材料的制备方法，其特征在于，步骤2)中，所述3,4-亚乙基二氧噻吩与过硫酸铵的摩尔比为(0.9～1.1)：(0.9～1.1)；所述稀盐酸的质量浓度为0.1M；所述混合搅拌的时间为10～12h。
9.权利要求1～8任意一项所述制备方法制得的导电聚合物包覆磷化锡/有序介孔碳复合负极材料。
10.权利要求9所述导电聚合物包覆磷化锡/有序介孔碳复合负极材料在锂离子电池中的应用，其特征在于，将导电聚合物包覆磷化锡/有序介孔碳复合负极材料应用于锂离子二次电池中，所述锂离子二次电池由对电极、隔膜、电解液和锂离子二次电池工作电极片组装而成；所述锂离子二次电池工作电极片包括集流体、涂覆于集流体上的活性物质涂层；所述集流体为铜箔；所述活性物质涂层包括粘结剂、导电剂和导电聚合物包覆磷化锡/有序介孔碳复合材料；所述粘结剂：导电剂：导电聚合物包覆磷化锡/有序介孔碳复合材料的质量比为1：1：8；所述粘结剂为聚偏氟乙烯；所述导电剂为导电炭黑、乙炔黑或Super-P。
...【技术特征摘要】
1.一种导电聚合物包覆磷化锡/有序介孔碳复合负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的导电聚合物包覆磷化锡/有序介孔碳复合负极材料的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述锡粉：红磷的摩尔比为(3.9～4.1):(2.9～3.1)；所述锡粉与红磷的混合物：有序介孔碳的质量比为(0.9～2.1)：(0.9～1.1)。
3.根据权利要求1所述的导电聚合物包覆磷化锡/有序介孔碳复合负极材料的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述低温反应的条件为280～320℃下保温反应8～12h。
4.根据权利要求1所述的导电聚合物包覆磷化锡/有序介孔碳复合负极材料的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述高温反应的条件为490～510℃下保温反应48～60h。
5.根据权利要求1所述的导电聚合物包覆磷化锡/有序介孔碳复合负极材料的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述研磨搅拌时间为15～30min；所述抽真空的压力为1×10-5～1×10-3pa；所述洗涤条件为：采用二硫化碳与乙醇交替进行洗涤。
6.根据权利要求1所述的导电聚合物包覆磷化锡/有序介孔碳复合负极材料的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述有序多孔碳为cmk-3、cmk-5和cmk-8中的一种。
<...【专利技术属性】
技术研发人员：赵丹，张永昊，王晓飞，刘毅，郭守武，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：
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