[发明专利]钠离子电池纳米片阵列磷化镍/3D石墨烯复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种钠离子电池纳米片阵列磷化镍/3D石墨烯复合材料及其制备方法；该复合材料由泡沫镍通过CVD法制备了3D石墨烯，通过与pH=3的去离子水进行水热法反应，在载有3D石墨烯的泡沫镍基底上生成Ni(OH)₂纳米片阵列结构；将所述纳米片阵列Ni(OH)₂/3D石墨烯复合材料与磷源分别置于管式炉的两端，加热管式炉，同时从放置无机磷源的管式炉一端通入流动性惰性气体，进行热处理；待反应冷却至室温，即得纳米片阵列磷化镍/3D石墨烯复合材料；本发明整体制备方法简单，环境友好，通过磷化镍与3D石墨烯复合提升了材料性能，将该材料用作自支撑钠离子电池负极材料无需导电剂，具有高比容量以及良好的倍率性能，具有广阔的工业化应用前景。

技术领域

本发明属于钠离子电池电极材料及其制备方法，特别涉及一种钠离子电池纳米片阵列磷化镍/3D石墨烯复合材料及制备方法，属于钠离子电池领域。

背景技术

随着能源的消耗，可再生能源逐渐引起人们的关注，而作为可再生能源存储器件的锂电池也被广泛应用到汽车、笔记本电脑、手机和心脏起搏器等植入设备中。但是，地球上锂资源有限，且全球分布不均，从而导致锂电池成本较高。基于此，人们更加趋于追求高效，环保，低成本的能源。

钠是地球上储量较丰富的元素之一，约占地壳的2.74％ ,与锂元素属于同一主族，物理化学性能相似，因此也可能适用于锂离子电池体系。钠离子电池相比锂离子电池有诸多优势，如成本低，安全性好，随着深入研究，钠离子电池将有望在未来成为取代锂离子电池的新能源材料。

磷因具有较高的理论比容量（2596 mAh g^-1），且金属储量丰富，金属磷化物合成简单易得，因此用金属磷化物作为电极材料逐渐引起人们的广泛关注。但是金属磷化物的电极材料导电性较差，在充放电中体积变化较大，易粉化，而且钠离子直径较锂离子直径大55%，以上因素势必会造成钠离子的嵌入和脱嵌过程中体积变化更大，导致电极材料的倍率性能和循环稳定性变差。因此如何提高金属磷化物作为钠离子电池电极材料的倍率特性和循环稳定性，成为限制钠离子电池广泛应用的关键问题。

已报道的制备磷化镍的方法主要是采用镍盐加表面活性剂制备氢氧化镍，然后磷化得到磷化镍，制备方法复杂、时间较长且在制备过程中难免引入其他杂质，后处理过程复杂。因此研究一种简单、高效、环境友好、低成本的磷化镍的制备方法显得更加有现实实用意义。

发明内容

针对现有技术中金属磷化物作为电极材料时易粉化、且导电性较差导致钠离子电池应用受到限制的技术问题，提供了一种钠离子电池纳米片阵列磷化镍/3D石墨烯复合材料及其制备方法。

本发明所述的钠离子电池纳米片阵列磷化镍/3D石墨烯复合材料方案如下：一种钠离子电池纳米片阵列磷化镍/3D石墨烯复合材料，在载有3D石墨烯的泡沫镍骨架上生长镍的金属磷化物。

在3D石墨烯上生长纳米片阵列结构的磷化镍作为电池的负极材料，这种结构为离子传输和电子转移提供了较大的空间，并且提高了材料的导电性能，其作为钠的阳极材料，能使钠离子电池中获得高充放电比容量、良好倍率性能和稳定循环性能。

本发明所述的一种钠离子电池纳米片阵列磷化镍/3D石墨烯复合材料，方法简单、重复性好、易操作，环境友好且成本较低。

本发明所述的制备钠离子电池纳米片阵列磷化镍/3D石墨烯复合材料的方法包括以下步骤：将泡沫镍表面处理后通过CVD法制备3D石墨烯；将上述载有3D石墨烯的泡沫镍骨架通过水热法制备纳米片阵列Ni(OH)₂/3D石墨烯复合材料；将上述载有纳米片阵列Ni(OH)₂/3D石墨烯复合材料的泡沫镍骨架与无机磷源分别置于两个石英舟中，将两个石英舟分别放入管式炉的两端，加热所述管式炉至300～400℃，同时从放置无机磷源的管式炉一端通入流动性惰性气体，进行热处理；待反应冷却至室温，即得。