[发明专利]一种金属磷化物/碳复合材料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种金属磷化物/碳复合材料及其制备方法与应用，其结构为三维网状结构，所述三维网状结构由若干一维纳米线相互交错形成，所述一维纳米线由无定型碳包覆金属磷化物形成，所述金属磷化物为FeP和CoP的复合物。其制备方法为：向含有铁盐和钴盐的水溶液中滴加海藻酸盐溶液，获得凝胶，将凝胶冷冻干燥，然后在惰性气氛下煅烧获得金属氧化物/碳复合材料，将金属氧化物/碳复合材料进行磷化获得金属磷化物/碳复合材料。本发明提供的复合材料采用无定型碳对金属磷化物进行包覆，能够对金属磷化物的体积膨胀进行缓冲，同时形成三维网状结构，能够有效提高材料的导电性能。

技术领域

本发明属于电池领域，涉及钠离子电池负极材料，具体涉及一种金属磷化物/碳复合材料及其制备方法与应用。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

近年来，随着电动市场的不断繁荣和发展，人们对于储能器件也提出了更高的要求。锂离子电池由于良好的循环寿命、高能量密度、无记忆效应等特点而人到人们的热烈关注。但是，随着人们需求的不断增加，有限的锂资源无法满足人们日益增长的需求。考虑到锂与钠属于同一主族，具有相似的电化学反应活性，并且钠元素在地壳中的储量是十分丰富的。基于此，钠离子电池重新回到人们的视野。

与锂离子相比，钠离子的半径较大，因此对于电极材料提出了更高的要求。目前钠离子电池负极材料主要包括：碳材料、合金型材料或者转化型材料。其中，金属磷化物由于较高的理论比容量、较低的极化特性而收到广泛关注。但是经过本发明的发明人研究发现，现有金属磷化物存在导电性差、体积膨胀严重等缺陷，不适合用作长循环和高倍率的钠离子电池中。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明的目的是提供一种金属磷化物/碳复合材料及其制备方法与应用，本发明提供的金属磷化物/碳复合材料适合用作长循环和高倍率的钠离子电池。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：

一方面，一种金属磷化物/碳复合材料，为三维网状结构，所述三维网状结构由若干一维纳米线相互交错形成，所述一维纳米线由无定型碳包覆金属磷化物形成，所述金属磷化物为FeP和CoP的复合物。

本发明经过实验发现，采用无定型碳对金属磷化物进行包覆，能够对金属磷化物的体积膨胀进行缓冲，同时形成三维网状结构，能够有效提高材料的导电性能。

另一方面，一种金属磷化物/碳复合材料的制备方法，向含有铁盐和钴盐的水溶液中滴加海藻酸盐溶液，获得凝胶，将凝胶冷冻干燥，然后在惰性气氛下煅烧获得金属氧化物/碳复合材料，将金属氧化物/碳复合材料进行磷化获得金属磷化物/碳复合材料。

本发明通过海藻酸盐和金属离子的螯合作用，通过一步法就可获得具有良好界面稳定性的两种金属氧化物复合材料。同时海藻酸钠在高温煅烧过程中会形成无定形碳，包裹在磷化物的表面，从而有效抑制活性颗粒在高温煅烧过程中的二次生长，保持很好的纳米尺度。

第三方面，一种上述金属磷化物/碳复合材料在制备钠离子电池中的应用。

第四方面，一种钠离子电池负极，材料采用上述金属磷化物/碳复合材料。

第五方面，一种钠离子电池，负极为上述钠离子电池负极。

本发明的有益效果为：

本发明包括复合材料原位构筑方法和无定形碳原位包覆技术，最外层的无定形碳可以为活性材料的体积膨胀提供有效的缓冲，同时能阻隔活性材料和电解液的直接接触。并且无定形碳相互交错形成的网状结构，有利于提升材料的导电性能。经过实验表明，采用本发明制备的金属磷化物/碳复合材料作为钠离子电池负极材料制备钠离子电池，在循环8500次后，钠离子电池的库伦效率和比容量基本不变。

附图说明