[发明专利]石墨烯包覆多孔红磷、导电炭复合材料、制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种石墨烯包覆多孔红磷、导电炭复合材料，包括红磷、导电炭复合材料，红磷、导电炭复合材料包括至少一个红磷颗粒和附着于红磷表面的若干导电炭颗粒，且红磷颗粒表面具有多孔结构，红磷、导电炭复合材料外侧包覆有至少一层石墨烯。本发明的石墨烯包覆多孔红磷、导电炭复合材料的制备方法，包括以下步骤：a.红磷、导电炭复合材料的制备；b.多孔红磷、导电炭复合材料的制备；c.石墨烯包覆多孔红磷、导电炭复合材料的制备。本发明还公开了石墨烯包覆多孔红磷、导电炭复合材料可作为碱金属离子电池负极材料应用。

技术领域

本发明涉及电源技术电化学储能及新能源领域，具体为一种石墨烯包覆多孔红磷、导电炭复合材料、制备方法及应用。

背景技术

能源和环境问题已成为世界各国关注的重要问题。化石能源储量危机，以及由化石能源的大量消耗引起的全球气温升高、环境恶化等问题，随着各国对能源的需求与日俱增越来越凸显出来，能源与环境问题已成为了人类生存和可持续发展的障碍。越来越严峻的能源问题极大地促进了可再生能源和储能技术的发展,特别是便携式电子产品和新能源电动汽车、智能电网的快速发展，对储能电源提出更高的要求，在这种形势下，发展高效能的能量转换和储能技术已成为了世界研究热点。目前离子电池的负极材料主要有碳基负极材料、合金负极材料等。

红磷可与锂、钠等金属形成合金，理论容量高达2600 mAh/g，是碳基负极材料的数十倍，是一种非常有潜力的金属合金负极材料，但是红磷存在以下几个缺点阻碍其应用：（1）合金化时严重的体积膨胀（体积膨胀率为300 %左右）；（2）材料本身电子电导率低（10～14 S/cm）。目前的采取的解决方法是（1）引入导电缓冲骨架来增加材料的导电性及抑制材料在充放电过程中的体积膨胀，如合成磷基复合材料，将红磷与单一碳（炭黑，碳管，石墨烯等）复合或者与其他金属复合形成合金以增强其电子电导及循环稳定性，该方法加入的碳量往往需要很多，且存在团聚的问题，导电效果不是很好；（2）红磷颗粒纳米化，采用蒸发冷凝的方法将红磷纳米化并且与碳复合。该方法可以实现红磷纳米粒子在碳材料的均匀负载，但是合成量少，磷负载量往往很低，条件苛刻，且工艺过程容易产生有毒的白磷，难以工业化生产。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种石墨烯包覆多孔红磷、导电炭复合材料、制备方法及应用，导电炭可实现磷和碳点与点的接触，石墨烯可实现磷和碳点与面的接触，两种碳的混合使用，实现了材料高的电子电导。更重要的是红磷表面的多孔化处理和石墨烯包覆可抑制红磷在合金化时的体积膨胀，实现良好的电化学循环性能。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种石墨烯包覆多孔红磷、导电炭复合材料，包括红磷、导电炭复合材料，所述的红磷、导电炭复合材料包括至少一个红磷颗粒和附着于红磷表面的若干导电炭颗粒，且红磷颗粒表面具有多孔结构，所述的红磷、导电炭复合材料外侧包覆有至少一层石墨烯层。

优选的，导电炭为炭黑。

本发明还包括上述石墨烯包覆多孔红磷、导电炭复合材料的制备方法，包括以下步骤：

a．红磷、导电炭复合材料的制备：将红磷与导电炭放入球磨机的球磨罐中，在球磨罐中充入惰性气体，进行球磨，得红磷、导电炭复合材料；

b．多孔红磷、导电炭复合材料的制备：将红磷、导电炭复合材料进行氧化，然后洗涤、烘干后，得多孔红磷、导电炭复合材料；

c．石墨烯包覆多孔红磷、导电炭复合材料的制备：将多孔红磷、导电炭复合材料均匀分散于氧化石墨烯的分散液中，然后加入还原剂进行还原，将还原后的液体进行抽滤，最后将抽滤得到的复合材料洗涤、烘干，得石墨烯包覆多孔红磷、导电炭复合材料。

优选的，步骤a中惰性气体为高纯氩或高纯氮，步骤c中还原剂为维生素C、水合肼、二甲基肼、硼氢化钠、氨水、碘化氢、硫化钠、氢氧化钠、六甲嘧胺、乙二胺、柠檬酸钠、苯二酚中的一种或多种。