[发明专利]一种多孔硬碳/红磷复合材料的制备方法

说明书

一种多孔硬碳/红磷复合材料的制备方法，将白桦木屑经氢氧化钾混合加热处理后在氩气中煅烧，干燥，得到多孔硬碳；将多孔硬碳与红磷混合研磨，混合均匀，在真空条件下密封在玻璃管中煅烧，清洗，干燥，得到多孔硬碳/红磷复合材料。本发明通过构建含有大量微孔结构的多孔硬碳为红磷提供了大量的吸附生长位点，通过空间限域的作用实现了红磷的结构纳米化，同时，碳材料有效了改善了红磷的导电性；本发明制备的多孔硬碳/红磷复合材料原材料绿色无毒、价格低廉，在保证安全环保的前提下提高了电池性能，降低了生产成本，适合大规模生产。

技术领域

本发明属于钠离子电池负极材料领域，具体涉及一种多孔硬碳/红磷复合材料的制备方法。

背景技术

红磷因其含量丰富、容易制备、结构稳定且对环境无毒等优势，在锂离子电池、钠离子电池等领域有着广泛的应用。作为钠离子电池的负极材料时，红磷的理论容量高达2596mAh g^-1，是一类极具研究价值的电极材料。

然而红磷由于在嵌钠过程中的体积膨胀过大(300％～500％)、导电性差等问题，使其在钠离子电池中表现出的可逆容量较低、循环稳定性较差。减小红磷颗粒尺寸、将红磷结构纳米化、可以有效地缓解其在脱嵌钠过程中的体积膨胀。而与多孔硬碳材料进行复合可以通过孔结构对其进行进一步的体积膨胀限制，同时多孔碳材料可以促进其电子传输，增加其导电性，使改性后的材料展现出优异的储钠性能。然而，由于多孔碳结构较为复杂，对红磷的体积膨胀限制和导电性的改善有限(Nanoscale,2020,12(27):14642-14650；NanoEnergy,2020,69:104451.)，导致其对实际容量的提升有限。另外，由于改性碳材料的原材料或者制备成本较高(Journal of Materials Chemistry A,2018,6(4):1574-1581；ACSNano,2015,9(3):3254-3264.)，不适合大规模的生产应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多孔硬碳/红磷复合材料的制备方法，以解决现有技术中操作难度大、成本较高、储钠容量低等问题。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种多孔硬碳/红磷复合材料的制备方法，包括以下步骤：

1)将白桦木屑经氢氧化钾混合加热处理后在氩气中煅烧，干燥，得到多孔硬碳；

2)将多孔硬碳与红磷混合研磨，混合均匀，在真空条件下密封在玻璃管中煅烧，清洗，干燥，得到多孔硬碳/红磷复合材料。

本发明进一步的改进在于，所述步骤1)中，将白桦木屑经氢氧化钾混合加热处理的具体过程为：将白桦木屑以及氢氧化钾混合于水中，在75～85℃下搅拌1h以上，然后蒸干水分；白桦木屑与氢氧化钾的质量比为(1～3)：(1～3)；白桦木屑与水的比为(1～3)g：80mL。

本发明进一步的改进在于，所述步骤1)中，煅烧的条件为：自室温以5℃/min以上的升温速率升温至600～1000℃，保温0.5～2h。

本发明进一步的改进在于，所述步骤1)中，煅烧后，将得到的中间产物在浓度为0.1～2mol/L盐酸中浸泡6～24h，再干燥。

本发明进一步的改进在于，所述步骤2)中，多孔硬碳与红磷的质量比为(0.5～10):1。

本发明进一步的改进在于，所述步骤2)中，研磨时间不少于10min。

本发明进一步的改进在于，所述步骤2)中，煅烧的条件为：先以4℃/min以上的速度升温至400～1000℃，保温2～4h；然后以1℃/min的速率降温至260～300℃，保温24h；再以1℃/min的速率降温至室温。

本发明进一步的改进在于，所述步骤2)中，清洗的具体过程为：先采用CS₂离心清洗4～6次，然后采用去离子水离心清洗3～6次。