[发明专利]一种电池负极材料及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及电池材料技术领域，尤其涉及一种电池负极材料及其制备方法与应用。本发明公开了一种电池负极材料，该电池负极材料为三维多孔红磷；三维多孔红磷的孔径为10～20nm。该电池负极材料仅为红磷单质，三维多孔红磷相对商业红磷具有三维连通的多孔结构，比表面积大，从而可以增大与电解液的接触面积、加快了电子和离子的传输速度、缓冲了体积膨胀，进而可以提高循环稳定性和倍率性能，同时保留红磷高比容量的特性。

技术领域

本发明涉及电池材料技术领域，尤其涉及一种电池负极材料及其制备方法与应用。

背景技术

随着风能，太阳能和波浪等间歇性可再生能源发电技术的普及并集成到电网中，电池技术逐渐向大规模存储的扩展；同时随着智能可携带设备、可穿戴设备的迅速发展，人们对高比能量、高功率、长循环寿命电池的需求不断增加。锂离子电池具有能量密度大、循环寿命长、工作电压高、无记忆效应、自放电小、工作温度范围宽等优点，在通讯、电动汽车、个人电子设备、生物医学工程等各个领域得到了广泛应用。

在电池体系中，负极材料对于锂离子电池的提高具有重要作用。石墨类碳材料是目前应用于锂离子电池商品化的材料，但其理论比容量较低，质量比容量仅为372mA h·g^-1。红磷的理论容量为2596mA h g^-1，远远高于石墨类碳材料，且具备化学性质较稳定、储量丰富、价格低廉、安全无毒等诸多优点，因此红磷成为了一种新的极具吸引力的实用锂离子电池负极材料。然而，红磷在充放电过程中由于离子的嵌入/脱出导致体积的变化(约400％)，因而电极材料容易粉化，进而从集流体上脱落，导致容量迅速衰减。

发明内容

本发明提供了一种电池负极材料及其制备方法与应用，解决了红磷在充放电过程中易发生严重的体积膨胀，因而电极材料容易粉化，进而从集流体上脱落，导致容量迅速衰减的问题。

其具体技术方案如下：

本发明提供了一种电池负极材料，所述电池负极材料为三维多孔红磷；

所述三维多孔红磷的孔径为10～20nm，优选为10～15nm。

本发明中，该电池负极材料为红磷单质，其结构为三维多孔结构。三维多孔结构红磷相对商业红磷，具有三维连通的多孔结构，其比表面积增大，从而可以增大与电解液的接触面积、加快了电子和离子的传输速度、缓解了体积膨胀，从而避免了红磷严重体积膨胀导致材料易粉化，容量迅速衰减的问题。需要说明的是，商业红磷为块状红磷单质。

目前，改善红磷的电化学性能的研究主要集中在将红磷与石墨烯复合，以缓冲红磷的体积膨胀，但石墨烯复合材料由于引入低比容量的石墨烯，复合材料中红磷比例降低，因而复合材料的比容量相应降低。而本申请在改善了红磷体积膨胀的同时，保留了红磷高比容量的特性。

优选地，所述三维多孔红磷的比表面积为30～70m²g^-1，优选为50～70m²g^-1。

本发明还提供了一种电池负极材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：将红磷颗粒进行分散，得到分散液；

步骤2：将所述分散液进行水热反应，得到电池负极材料；

所述电池负极材料为三维多孔红磷；

所述三维多孔红磷的孔径为10～20nm，优选为10nm。

本发明提供的电池负极材料的制备方法操作简单，成本低廉，适用于规模化生产。

优选地，所述红磷颗粒的制备方法为：将红磷进行球磨，离心后取上层悬浮液，依次进行抽滤、洗涤和干燥，得到所述红磷颗粒。

优选地，所述球磨的时间为24～48h，更优选为36h，转速为200～500rpm，更优选为450rpm。