[发明专利]磷化锌材料、磷化锌复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种磷化锌材料、磷化锌复合材料及其制备方法和应用。该磷化锌复合材料，且掺杂有非晶态的磷酸锌。该磷化锌材料的制备方法包括：将金属锌、氧化锌和磷的混合物进行球磨，即可得该磷化锌材料。通过在磷化锌中掺杂磷酸锌，能够缓冲活性磷化锌在充放电过程中的体积膨胀，提高磷化锌材料作为钾离子负极材料的利用率并改善电极材料的循环稳定性。通过一步球磨，使原料之间发生氧化还原反应，生成磷化锌的同时，原位形成磷酸锌。无需其他后处理，有利于规模化生产和使用。此外，在上述磷化锌材料中混合添加碳材料形成复合材料来作为钾离子电池的负极材料的活性材料，能够弥补因磷酸锌的存在导致的电导率降低的现象。

技术领域

本发明涉及电池电极材料技术领域，具体而言，涉及一种磷化锌材料、磷化锌复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

化石能源(煤、石油和天然气)的大规模应用，带来了人类前所未有的工业化和信息化革命，使得人类的生活更加便利，然而，由此引发的环境污染问题，让人类开始审视传统不可再生的化石能源的合理化开发和使用。为了能改变现状，迫切需要大力发展一些新型的，少污染甚至无污染的绿色能源，用以弥补减少化石能源使用而带来的能源空缺，甚至是满足人类发展而不断增长的能源需求。目前，这些新型的可持续的能源形式主要包括太阳能、风能、地热能和潮汐能等。然而，局限于这些新能源的地域性，间歇性和季节性特点，大规模地使用这些可再生能源代替传统的化石能源的前提是建设大量的智能电网系统，用于能源的输送，储存和分配。为此，需要配备大量的，可靠的能源存储系统。

相比于其他的储能系统，如飞轮储能，抽水蓄能、压缩空气储能等，电化学储能具有高效和低成本的特点，特别是，上世纪末开始商业化使用的锂离子电池，现在已经大量应用于我们日常生活中，如，移动可充电设备、手提电脑、手机及电动汽车等。但是，将其大规模应用于储能系统似乎不太现实，因为可用的锂矿资源在地球上的总体丰度偏低，且分布极度不均衡，价格容易受到一些政治因素的操控。因此，发展可替代的其它金属离子电池成为一个不错的选择。另外，传统的锂离子电池，因其采用了可燃的有机溶剂作为电解液，导致电池安全事故频发，严重影响其更广泛的使用。为此，安全的离子电池也必将成为下一代电池的研发和应用焦点。

在众多的金属离子电池的开发中，如，Li，Na，K，Mg，Al，Zn，Ca等，钾离子电池具有与锂相似的机制和相近的电极电势，并且其高的自然丰度，有望降低成本。但是K的离子半径较大充放电过程中，容易引起电极材料较大的体积胀，从而导致电极材料极差的循环稳定性。同时，在锂离子电池中已经被成功应用的石墨负极，在钾离子电池中具有较低的理论容量(279mA·h·g^-1)，显然其严重限制了全电池的能量密度。为此，开发具有更高容量的负极材料是能否将钾离子电池成功应用的关键之一。在众多可选择的负极中，磷基负极具有高的理论容量，较低的电压平台(～0.5V vs.K/K⁺)和低成本的特点，为此，开发磷基化合物作为钾离子电池成为研究的焦点之一。但是，其充放电过程中产生的巨大的体积膨胀严重降低其循环稳定性，从而影响其实际使用。另外，在传统的使用的易燃有机体系中，钾离子电池将同样面临严峻的安全问题，因此，提高钾离子电池的安全性及其实际应用同样重要。

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化锌材料、磷化锌复合材料及其制备方法和应用，以改善钾离子电池的循环稳定性以及安全性，提高其实际应用前景。

本发明是这样实现的：

第一方面，本发明提供了一种磷化锌材料，其包括磷化锌，该磷化锌中掺杂有非晶态的磷酸锌。

第二方面，本发明还提供了上述磷化锌材料的制备方法，其包括：将金属锌、氧化锌和磷的混合物进行球磨。

第三方面，本发明还提供一种磷化锌复合材料，其包括碳材料和上述磷化锌材料。