[发明专利]一种高性能碳磷复合负极材料的制备方法

说明书

本发明提供了一种高性能碳磷复合负极材料的制备方法，具有这样的特征，包括以下步骤：步骤1，称取石墨和碳纳米管，对石墨和纳米管进行氧化处理，得到氧化石墨烯和氧化碳纳米管；步骤2，将氧化石墨烯与氧化碳纳米管进行混合得到混合物，混合物中氧化碳纳米管所占的质量比例为10％‑80％；步骤3，对混合物进行超声处理后放入水热釜中进行水热反应，得到石墨烯凝胶，对石墨烯凝胶进行冷冻干燥，得到石墨烯基底材料；步骤4，将石墨烯基底材料与红磷固体粉末进行混合封管，得到混合材料，对混合材料进行焙烧，得到碳磷复合负极材料。

技术领域

本发明属于材料学领域，具体涉及一种高性能碳磷复合负极材料的制备方法。

背景技术

在社会不断发展及环境日益恶化的背景下，风能、氢能、太阳能等可再生能源的飞速发展，带动了电化学储能设备的飞速发展。在众多可充电电池中，锂离子电池因其具有高的能量密度、长循环寿命以及无记忆效应等优势，在储能设备中具有广阔的前景。但随着大功率设备(如电动汽车、便携式电子器件)的普及，就需要储能器件具有更高的能量密度及更长的循环寿命。同时，由于锂的储量及成本问题，急需开发新型储能器件来代替锂离子电池，而钠和钾元素因具有储量丰富及电化学性能与锂相似等优势，有望成为下一代新能源电池的主力军。

目前，在商业化锂离子电池的负极一般是石墨，其理论容量低(372mAh/g)，已无法满足社会发展需求。石墨烯是近年来备受关注的二维层状材料，在众多领域具有广阔的应用前景。相比于其它碳材料，石墨烯是由单片层厚度的碳原子无序松散聚集形成，这种结构有利于Li⁺的嵌入，在片层和边缘都能储存Li⁺，因此理论容量明显高于石墨。但由于石墨烯极易堆积成多层结构，会丧失因高比表面积而具有的高储锂优势，对此急需设计并构建出具有特殊结构的石墨烯基材料，并在离子电池中展现出优异的电化学性能。近年来，研究者为了解决石墨烯的团聚问题进行了大量的科学研究，但大多数调控石墨烯层间距的方法较为复杂，统一性较差。

为了进一步提升材料的容量，需要复合具有理论容量高的物质。目前，因红磷具有储量丰富、价格低廉和理论容量高(2596mAh/g)等优势，已然成为储能器件领域的热门研究对象。对红磷而言，虽其具有诸多优点，但导电性差(电导率<10-14S/cm))和充放电过程中体积变化大(440％)的问题限制了红磷的发展。近年来，研究者为了利用红磷高理论容量的优势，进行了大量的科学研究，主要集中于与导电性较好的碳材料进行复合，虽能在一定程度上的进行性能优化，但大多数制备方法复杂且红磷分散不均匀。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种高性能碳磷复合负极材料的制备方法。

本发明提供了一种高性能碳磷复合负极材料的制备方法，具有这样的特征，包括以下步骤：步骤1，称取石墨和碳纳米管，对石墨和纳米管进行氧化处理，得到氧化石墨烯和氧化碳纳米管；

步骤2，将氧化石墨烯与氧化碳纳米管进行混合得到混合物，混合物中氧化碳纳米管所占的质量比例为10％-80％；

步骤3，对混合物进行超声处理后放入水热釜中进行水热反应，得到石墨烯凝胶，对石墨烯凝胶进行冷冻干燥，得到石墨烯基底材料；

步骤4，将石墨烯基底材料与红磷固体粉末进行混合封管，得到混合材料，对混合材料进行焙烧，得到碳磷复合负极材料。

在本发明提供的一种高性能碳磷复合负极材料的制备方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤1中，氧化处理的方法为Hummers法。

在本发明提供的一种高性能碳磷复合负极材料的制备方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤1中，碳纳米管为单壁碳纳米管或多壁碳纳米管。

在本发明提供的一种高性能碳磷复合负极材料的制备方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤3中，进行水热反应时的反应温度为120℃-200℃，反应时间为12h-24h。