[发明专利]一种碳纳米管修饰的碳包覆磷化亚铜-铜复合颗粒及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种碳纳米管修饰的碳包覆磷化亚铜‑铜复合颗粒及其制备方法和应用。本发明的碳纳米管修饰的碳包覆磷化亚铜‑铜复合颗粒由空心多孔八面体结构的碳包覆磷化亚铜‑铜复合颗粒和嵌插在复合颗粒上的碳纳米管组成，其制备方法包括以下步骤：1)通过铜盐和均苯三甲酸的自组装反应制备Cu‑MOF；2)对Cu‑MOF进行煅烧制备碳纳米管修饰的碳包覆铜颗粒；3)对碳纳米管修饰的碳包覆铜颗粒进行磷化得到终产物。本发明的碳纳米管修饰的碳包覆磷化亚铜‑铜复合颗粒用作锂离子电池负极材料具备优异的循环稳定性、倍率性能和高温性能，且其制备工艺简单，生产成本低，适合进行大规模推广应用。

技术领域

本发明涉及一种碳纳米管修饰的碳包覆磷化亚铜-铜复合颗粒及其制备方法和应用，属于锂离子电池技术领域。

背景技术

锂离子电池由于其具有较高的能量密度和较好的循环性能而应用十分广泛，在当今电子科技时代发挥了至关重要的作用。然而，商业化应用的锂离子电池负极材料——石墨存在能量密度有限、电压平台低、锂枝晶问题严重等缺陷，不能满足人们对于锂离子电池更高的能量密度、优异的倍率性能和更安全的电压平台的迫切需求。因此，新一代锂离子电池负极材料的研发对于锂离子电池行业的发展至关重要。

磷化亚铜(Cu₃P)虽然其质量比容量稍低于石墨(Cu₃P为363mAh/g，石墨为372mAh/g)，但得益于自身超高的材料密度，其体积比容量约为石墨的4倍(Cu₃P为3020mAh/cm³，石墨为830mAh/cm³)，具有很好的应用前景。然而，传统的Cu₃P负极材料存在孔隙率较小、体积膨胀效应大、导电性较差等问题，阻碍了其实际应用。

研究人员通过将Cu₃P负载在碳基材料(活性炭、石墨烯等)上，使Cu₃P与碳基材料发生相互作用以增强电极的导电性和加速电化学动力学反应，可以有效减轻负极材料的体积膨胀效应和增大负极材料的孔隙率，但Cu₃P和碳基材料之间的相互作用是有限的，得到的负极材料循环性能较差、容量衰减严重，仍然无法进行实际应用。

此外，锂离子电池的使用安全性和电化学循环性能与其高温性能密切相关，而电极材料的结构和组成的优异性有助于提高锂离子电池的高温性能。目前报道的Cu₃P材料在高温环境下容易呈现严重的容量衰减，阻碍了其在锂离子电池长时间运作以及夏天高温条件下的使用。

因此，有必要开发一种具备优异的循环稳定性、倍率性能和高温性能的Cu₃P基锂离子电池负极材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种碳纳米管修饰的碳包覆磷化亚铜-铜复合颗粒及其制备方法和应用。

本发明所采取的技术方案是：

一种碳纳米管修饰的碳包覆磷化亚铜-铜复合颗粒，由空心多孔八面体结构的碳包覆磷化亚铜-铜复合颗粒和嵌插在复合颗粒上的碳纳米管组成。

上述碳纳米管修饰的碳包覆磷化亚铜-铜复合颗粒的制备方法包括以下步骤：

1)将铜盐、均苯三甲酸和聚乙烯吡咯烷酮用溶剂分散后加入高压反应釜，升温至85～ 95℃进行自组装反应，得到Cu-MOF；

2)将Cu-MOF置于保护气氛中，升温至550～650℃进行煅烧，得到碳纳米管修饰的碳包覆铜颗粒；

3)将碳纳米管修饰的碳包覆铜颗粒和次亚磷酸钠混合均匀后置于保护气氛中，升温至 240～260℃进行磷化，得到碳纳米管修饰的碳包覆磷化亚铜-铜复合颗粒。

优选的，上述碳纳米管修饰的碳包覆磷化亚铜-铜复合颗粒的制备方法包括以下步骤：