[发明专利]一种电池复合电极材料及其应用

说明书

本发明提供了一种电池复合电极材料及其应用。该电池复合电极材料的制备方法包括如下步骤：将磷单质、锡单质以及石墨混合在惰性气体气氛下球磨即得。其中，球磨为高能球磨，转速优选为100r/min～900r/min。本发明提供的方法可以通过球磨使得三者均匀分散，并将所获得的复合电极材料用于锂离子电池和钠离子电池电极材料。该方法与传统磷化物或红磷复合合成方法相比更为便捷，制得的材料表面具有一定孔隙，具有但分散性，在材料生产过程中具有便捷性、环保清洁等优势。本发明得到的复合电极材料作为锂离子电池和钠离子电池电极材料表现出了优越的比容量、充放电循环稳定性和倍率性能。

技术领域

本发明涉及复合材料领域，更具体地，涉及一种电池复合电极材料及其应用。

背景技术

不管对新能源汽车还是太阳能风能等可再生能源的利用来讲，性能优异的可充电电池都是极其重要的。对于新能源汽车，电容量大，输出功率高的电池可以为新能源汽车带来足够的动力和续航；而对于太阳能风能等可再生能源的利用来说，需要大型的性能优异的电能储存装置将这些能量存储起来，以便顺利地将这些电能供应到电网中，否则就无法充分利用这些能量。碱金属离子(Li⁺/Na⁺)电池由于其固有的安全性，而成为电网储能的新兴候选体系之一，同时在早期的研究中研究人员针对该电池体系做了一些初步探索。

近年来，锂离子电池和钠离子电池因具有锂/钠资源储量丰富，分布广泛和成本低廉等优势而受到越来越多的关注。锂离子电池是继镍氢等传统蓄电池之后的新一代可充电电池，由日本索尼公司于1990年最先研发成功。锂离子电池工作原理简单，具有较好的安全性和较长的充放电寿命，被认为是新型动力源的首选。锂离子电池在具有以下优点。工作电压高。一节锂离子电池的放电电压相当于3节传统蓄电池，同等使用条件下，大大减少电池使用量。能量密度高。是普通蓄电池的2至3倍，加上体积小、重量轻。循环使用寿命长。使用寿命长达10至15年，与传统蓄电池7至8年相比，降低了造价高昂带来的影响。无环境污染。不含铅、汞等重金属，是一种洁净的“绿色”能源。无记忆效应。可随意充放电，尤其在战时和紧急情况下显示出优异的使用性能，几乎不需要任何维护，此外，还有安全性能高、工作温度范围宽等优点。同时，碱金属电池还可以用其他金属作为正极。

钠在海洋中无处不在，而且储量是锂的几千倍，更容易获得，这使得钠金属电池比锂电池更受科学家们的喜爱。与钠离子电池相比，金属钠电池具有足够高的电压，较长的循环使用寿命和快速的充放电速率。因此钠金属电池被看作取代锂电池的新一代电池体系之一。但是，由于钠离子具有较大的离子半径(钠离子：锂离子：)，使得其动力学过程较为缓慢，电化学性能难以满足实际应用需求。因此，探索高容量长循环寿命的钠离子电池的电极材料是钠离子电池走向应用的关键之一。在众多负极材料中，红磷由于具有极高的理论比容量(2595mAh/g)，低廉的价格、环境友好等优点，逐渐发展为负极材料研究的重点。然而，当用于锂离子电池和钠离子电池因负极材料时，红磷其本身低的电子电导和循环过程中巨大的体积变化，会使得其储锂、储钠性能迅速恶化。

一些具有特殊结构的新型碳基材料(碳纳米管、碳球、石墨烯、石墨等)可以作为增强材料与锂离子电池和钠离子电池活性电极材料复合，在增强导电性的同时，提升样品的倍率性能。然而，对与单质复合而言，锡单质、红磷单质的粒径较大。在现有技术中暂未提供这样一种电极材料可以具有如上所述的较佳的性能。

发明内容

为解决现有磷化锡电极材料所存在的结构不稳定、粒径大、导电率低、寿命周期短，比容量差，倍率性能差等问题，本发明的第一目的在于提供一种电池复合电极材料的制备方法，该制备方法包括如下步骤：将磷单质、锡单质以及石墨混合在惰性气体气氛下球磨即得。