[发明专利]一种磷化镍/碳/磷化镍复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种磷化镍/碳/磷化镍复合材料及其制备方法和应用，属于材料技术领域。该材料由空心介孔碳球及负载在其内、外表面的磷化镍纳米颗粒构成，其内部中空结构一方面使得电解液容易渗透到电极的内部区域，从而降低内阻，提高倍率性能，另一方面，磷化镍纳米颗粒可以同时分散于其内、外表面，减缓了磷化镍纳米粒子之间的团聚现象，使其对电解质具有更大的接触面积，从而能够提供更多锂离子脱嵌和嵌入位置，更加有效地提高材料的可逆嵌锂容量，且有利于缓解放电/充电过程中的体积膨胀，将该复合材料作为锂离子电池负极材料，在电流密度100mA·g^‑1下，循环200圈后，其容量保持在465mAh·g^‑1。该复合材料制备方法简单，易操作，且成本低，适合扩大化生产。

技术领域

本发明属于材料技术领域，具体涉及一种磷化镍/碳/磷化镍复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

人类需求不断增加，传统能源却趋于枯竭，人类对能源的供求将不再平衡。且传统能源的使用会造成环境污染，因此现阶段亟需开发绿色可持续的新能源。曾有专家指出，电池工业会在能源产业中逐渐崭露头角并占据重要地位，锂离子电池将成为21世纪最理想的绿色电源之一。因此研究开发锂离子电池材料的意义不言而喻。

锂离子电池(LIBs)主要用于电动工具、电子产品、智能电网储能系统、移动通讯基站、便携移动电源等多种领域。与传统镍氢、镍镉电池相比，锂离子电池具有自放电小、循环寿命长、安全性能好等诸多优点。锂离子电池被广泛应用于各种便携式电子设备中，虽性能已接近目前电极材料所能达到的极限，但仍不能满足人们对高容量的需求。因而，开发高性能的锂离子电极材料成为当务之急。自Nazar等人第一次将金属磷化物用作锂离子电池负极材料后，研究者们制备了各种高容量、低极化的金属磷化物(FeP、Ni₃P、Ni₂P、Co₂P、CoP)。Ni₂P属于富金属磷化物，其金属性较强，反应电位较低，是一种极具发展前景的锂离子负极材料和催化剂。当Ni₂P被用作锂离子电池负极材料时，其嵌锂和脱锂机理为：在循环过程中，金属-磷(M-P)键断裂，体积发生膨胀致使容量快速衰减。此外，Ni₂P电导率较低，不利于Li⁺和电子的运输，从而导致其容量较低。但通过控制合成具有特殊结构的纳米材料，一方面可以缩短Li⁺扩散路径，增加电极材料与电解液的接触面积；另一方面，其特殊结构可缓解体积膨胀，从而提高电极材料的循环性能。例如，Ni₂P纳米颗粒、纳米片等纳米材料已经被制备出来，但是其性能仍有待改善。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种磷化镍/碳/磷化镍复合材料；目的之二在于提供一种磷化镍/碳/磷化镍复合材料的制备方法；目的之三在于提供该磷化镍/碳/磷化镍复合材料作为锂离子电池负极材料的应用。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

1、一种磷化镍/碳/磷化镍复合材料，所述复合材料由空心介孔碳球及负载在所述空心介孔碳球内表面和外表面的磷化镍纳米颗粒构成。

2、所述的一种磷化镍/碳/磷化镍复合材料的制备方法，所述方法如下：

(1)将SiO₂微球分散于水中，然后加入甲醛和间苯二酚，搅拌反应，制得呈核壳结构的SiO₂/间苯二酚甲醛低聚物复合物，将所述SiO₂/间苯二酚甲醛低聚物复合物洗涤、干燥后进行碳化处理，制得呈核壳结构的SiO₂/C复合物，最后去除所述SiO₂/C复合物中SiO₂，制得空心介孔碳球；

(2)将尿素、硝酸镍和聚乙烯吡咯烷酮溶于乙醇溶液中，然后加入步骤(1)中制备的空心介孔碳球，超声分散后，移至反应釜中反应，所述反应结束后取固相，将所述固相洗涤、干燥，制得Ni(OH)₂/C/Ni(OH)₂；