[发明专利]黑磷基复合负极材料、其制备方法及在金属二次电池中的应用

权利要求书

1.一种黑磷基复合负极材料，其特征在于，所述复合负极材料由黑磷、碳材料和导电聚合物构成，

其中，所述碳材料与所述黑磷通过高能球磨处理而以共价键连接至所述黑磷，从而形成黑磷-碳改性复合材料，并且所述导电聚合物通过液相原位聚合而连续或不连续地包覆在所述黑磷-碳改性复合材料的表面上，从而得到所需的黑磷基复合负极材料，

并且其中，基于所述黑磷基复合负极材料的总重量，所述导电聚合物的包覆量为0.01～50wt％；所述高能球磨处理的条件是：黑磷和碳材料的进料质量比为0.05～20∶1；球料质量比为10～300∶1；球磨转速为300～1000rpm；球磨时间为1～12h。

2.根据权利要求1所述的黑磷基复合负极材料，其特征在于，所述黑磷为块体，或者为平均粒度在50nm至100μm之间的完全结晶或部分结晶黑磷的球形颗粒、片状颗粒或不规则形状颗粒。

3.根据权利要求1所述的黑磷基复合负极材料，其特征在于，所述碳材料为平均粒度在30nm至500μm之间的完全或部分石墨化碳的球形颗粒、片状颗粒或不规则形状颗粒。

4.根据权利要求3所述的黑磷基复合负极材料，其特征在于，所述完全石墨化碳的颗粒是选自导电炭黑、天然石墨、人造石墨、石墨烯、碳纳米管或石墨化中间相炭微球中的一种或多种。

5.根据权利要求3所述的黑磷基复合负极材料，其特征在于，所述部分石墨化碳的颗粒是有机化合物在低于2600℃的石墨化温度下进行热处理时分解得到的具有一定微观有序度的碳颗粒；优选地，所述有机化合物是选自糖类化合物、金属有机框架、高分子聚合物如酚醛树脂、沥青、生物质、蛋白质或其衍生物中的一种或多种。

6.根据权利要求1所述的黑磷基复合负极材料，其特征在于，所述碳材料选自富勒烯或其衍生物；优选选自C₆₀、C₇₀、Gd@C₈₂、Sc₃C₂@C₈₀、Y₂@C₇₉N或DySc₂N@C₈₀中的一种或多种。

7.根据权利要求1所述的黑磷基复合负极材料，其特征在于，所述黑磷-碳改性复合材料包括一个黑磷颗粒与通过共价键连接在其周围的多个碳颗粒的复合材料、一个碳材料颗粒与通过共价键连接在其周围的多个黑磷颗粒的复合材料和多个黑磷颗粒与通过共价键连接在其周围的多个碳颗粒的复合材料中的一种或多种。

8.根据权利要求1所述的黑磷基复合负极材料，其特征在于，所述导电聚合物是选自任选具有导电聚合物掺杂剂的聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、聚乙炔、聚对苯撑、聚苯乙炔、聚苯硫醚、聚萘或其衍生物中的一种或多种；优选地，所述导电聚合物掺杂剂是选自卤素、过渡金属卤化物、过渡金属盐或质子酸中的一种或多种。

9.一种制备根据权利要求1-8中任一项所述的黑磷基复合负极材料的方法，其特征在于，所述方法包括：

(a)将黑磷块体或颗粒分散在溶剂中进行超声处理并干燥，得到黑磷粉末；

(b)将所得到的黑磷粉末与碳材料进行高能球磨处理，得到黑磷-碳改性的复合材料，其中所述高能球磨处理的条件是：黑磷和碳材料的进料质量比为0.05～20∶1；球料质量比为10～300∶1；球磨转速为300～1000rpm；球磨时间为1～12h；

(c)将所得到的黑磷-碳改性的复合材料分散在导电聚合物单体和酸的水溶液中，并在聚合引发剂的存在下进行原位聚合以连续或不连续地包覆在所述黑磷-碳改性的复合材料表面上的导电聚合物，由此得到所需的黑磷基复合负极材料，其中基于所述黑磷基复合负极材料的总重量，所述导电聚合物的包覆量为0.01～50wt％。