[发明专利]一种新型磷封装在介孔石墨烯负极的钠基双离子电池及其制备方法

说明书

本发明涉及一种新型磷封装在介孔石墨烯负极的钠基双离子电池及其制备方法，由于石墨烯基底的存在，不仅防止了磷颗粒的团聚和降低绝对应变，还提高了在钠化和脱钠作用下的结构稳定性。该负极展示了出色的长循环性能、大可逆容量以及优异的倍率性能，氮元素的掺杂和石墨烯基体中磷‑碳化学键的形成可以提高磷原子的吸附能并提供有效的接触面积。在与含有碳材料的正极配对后，制造出一种创新的钠基双离子电池，且所述电解液为0.1‑5M的钠盐电解液。本发明所述制备方法绿色环保，批次稳定性高，有利于规模化制备，易于批量化生产，为电动汽车和其他应用的高性能钠基双离子电池开辟了一种有效的策略。

技术领域

本发明涉及钠离子电池、双离子电池技术领域，尤其涉及一种新型磷封装在介孔石墨烯负极的快充高能型钠基双离子电池及其制备方法。

背景技术

电动汽车和便携式电子市场的高需求推动了低成本、高性能的先进储能技术的发展。近年来，钠基双离子电池(SDIBs)由于具有环保、工作电压高、成本低等优点而受到越来越多的关注。使用石墨作为阴极和阳极的双石墨电池是最常见的双离子电池(DIB)类型。对于已被广泛研究的石墨作为负极，它只能储存少量的钠离子以形成NaC₆₄，导致容量较低，约为30mAh g^-1。因此，设计合适的负极材料以满足大尺寸钠离子的高效嵌入/脱嵌对于开发高性能SDIB至关重要。

在所有候选负极中，红磷(RP)由于理论容量大(2596mA·h·g^-1，基于反应，3Na+P→Na₃P)被认为是一种特别有前途的钠离子存储负极。然而，RP遇到了电导率差(～10^-14S·cm^-1)和钠化后体积变化大(～400％)的挑战，导致电化学反应动力学缓慢和循环寿命短。为了解决这些问题，各种RP颗粒和RP基复合材料具有设计的纳米结构和高导电基体复合材料(例如，聚吡咯、炭黑)、介孔碳、石墨烯和碳纳米管)已被研究。然而，在用于钠离子存储的RP基阳极中，经长循环测试(1000次循环)后在高电流密度下实现高可逆容量仍然具有挑战性。

发明内容

为解决目前锂离子电池存在的成本高、钠离子尺寸较大不易嵌入石墨负极材料以及钠基双离子电池还未实现商业化等问题,本发明提供了一种新型磷封装在介孔石墨烯负极的快充高能型钠基双离子电池及其制备方法。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种新型磷封装在介孔石墨烯负极的钠基双离子电池，所述钠基双离子电池包含碳正极材料、电解液和磷封装在介孔石墨烯负极材料；其中，

所述磷封装在介孔石墨烯负极材料由介孔石墨烯和磷经原位复合制备而成，所述介孔石墨烯含量为10-70％，所述磷含量为30-90％；

所述电解液为0.1-5M的钠盐电解液。

优选的，所述介孔石墨烯至少为少层石墨烯、多层石墨烯、功能化修饰石墨烯中的一种。

优选的，所述磷为黑磷、红磷或白磷。

优选的，所述碳正极材料至少为石墨烯、膨胀石墨、纳米石墨、石墨、软碳、硬碳、天然石墨、人工石墨、碳纳米管、膨胀石墨、包覆石墨、三维石墨烯中的一种。

优选的，所述钠盐电解液的电解质至少为六氟磷酸钠(NaPF₆)、氟化钠(NaF)、四氟硼酸钠(NaBF₄)、高氯酸钠(NaClO₄)中的一种；

所述钠盐电解液的溶剂至少为碳酸丙烯酯(PC)、碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸甲丙酯(MPC)、碳酸甲乙酯(EMC)、氟代碳酸乙烯酯(FEC)，1,3-二氧环戊烷(DOL)，1,2-二甲氧基乙烷(DME)，甲酯(PA)、碳酸丁烯酯(BC)、乙酸甲酯(MA)中的一种。