[发明专利]一种磷镍锗复合负极材料、其制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种磷镍锗复合负极材料、其制备方法及应用，涉及新能源材料技术领域。磷镍锗复合负极材料的活性成分包括磷化镍和锗化镍，且呈中空多孔微球结构。通过在磷和锗基合金型负极材料中引入惰性金属镍，并形成独特的中空多孔微米球形貌，在应用过程中由于镍不与钠反应保持了材料的强度，提升了材料充放电过程中结构的稳定性；镍作为导体，其导电性能优异，因此镍的引入能够形成导电网络，有利于提升电极材料的电化学性能，在被用作锂/钠离子电池负极时表现出优异的速率性能和容量保持性能。此外，本发明的制备方法简单有效、环境友好，易于工业规模化生产。

技术领域

本发明涉及新能源材料技术领域，具体而言，涉及一种磷镍锗复合负极材料、其制备方法及应用。

背景技术

随着便携式电子设备的广泛应用和新能源汽车行业的蓬勃发展，锂离子电池已经成为最常使用的能量供给设备之一。由于地球上钠元素的储量丰富，因此钠离子电池被认为是潜在的锂离子电池低成本替代品。传统的锂离子电池负极主要为天然或人造石墨，其理论容量仅为372mAh g^-1，而目前钠离子电池负极常用的软碳或硬碳材料质量比容量更低。随着对锂/钠离子电池能量密度的要求越来越高，开发具有更高容量的负极材料具有极为重要的研究意义和应用价值。

与碳基材料相比，基于合金化反应机理的硅、锗、磷基负极材料能够在充放电过程中可逆存储或释放大量的Li⁺/Na⁺，因而具有较高的理论比容量，成为了目前学术界和产业界关注的热点。然而与高容量相对应，合金型负极材料循环过程中体积变化较大，结构容易坍塌造成电极粉化，最终引发电池容量的快速衰减。此外，由于硅、锗、磷基负极材料电子电导率普遍较低，因此电化学反应动力学较慢，限制了其容量发挥和速率能力。

鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的在于提供一种磷镍锗复合负极材料、其制备方法及应用，旨在提升磷和锗基负极材料在充放电过程中的结构稳定性和电化学反应动力学性能。

本发明是这样实现的：

第一方面，本发明提供一种磷镍锗复合负极材料，材料的活性成分包括磷化镍和锗化镍，且呈中空多孔微球结构。

在可选的实施方式中，镍和锗的原子摩尔比为3:2；镍和磷的原子摩尔比为1.5-4:1，优选为2-3:1；

优选地，中空多孔微球的直径为1-10μm；更优选为2-6μm。

第二方面，本发明提供一种磷镍锗复合负极材料的制备方法，包括：

将镍源和锗源进行水热反应，以制备得到镍锗前驱体Ni₃Ge₂O₅(OH)₄；

将镍锗前驱体与磷源进行高温烧结。

在可选的实施方式中，将镍盐、二氧化锗和水混合进行水热反应，再进行后处理得到镍锗前驱体；将镍锗前驱体与磷源在通入还原气氛的条件下进行高温烧结。

在可选的实施方式中，镍盐和二氧化锗的用量是控制镍锗原子的摩尔比为3-2:2；

优选地，镍盐选自氯化镍，硫酸镍，硝酸镍和乙酸镍中的至少一种。

在可选的实施方式中，水热反应的温度为120-180℃，反应时间为6-24h；

优选地，水热反应的温度为150-180℃，反应时间为6-24h。

在可选的实施方式中，后处理包括将水热反应后的混合物进行离心、洗涤和干燥。

在可选的实施方式中，磷源选自植酸、磷单质和次亚磷酸钠中的至少一种；优选为植酸；