[发明专利]一种自立式柔性红磷/碳纤维复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种自立式柔性红磷/碳纤维复合材料及其制备方法和应用，属于电池技术领域。其包括碳质柔性基底和负载在碳质柔性基底上的红磷，碳质柔性基底为柔性的碳纤维织物。同时其制备方法包括以下步骤：将碳布放入盐酸液中浸渍，浸渍完成后对其进行清洗和烘干，得到酸化的碳布，酸化的碳布表面存在大量活性位点；将酸化的碳布和红磷混合，得到混合体，对混合体进行加热反应，使红磷升华成红磷蒸汽，红磷蒸汽对碳布上的活性位点进行占据；加热反应完成后制得自立式柔性红磷/碳纤维复合材料。本发明采用碳质柔性基底作为红磷的载体，不但可以使红磷更加均匀的分布在碳纤维的表面，还利用碳纤维的优异导电性来弥补红磷导电性较差的问题。

技术领域

本发明涉及电池技术领域，具体涉及一种自立式柔性红磷/碳纤维复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着各大汽车企业被限售燃油车的趋势越来越明朗，新能源汽车必定迎来新一轮的爆发，新能源汽车离不开新能源材料的支持。目前，新能源汽车电池体系普遍使用锂离子电池体系，近年来，钠离子电池也得到了快速发展，钠与锂为同一主族元素，三者的电化学性质相近，钠比锂资源丰富、成本低廉、环境友好。离子电池还可用于不间断电源、风光发电大型储能设备和便携式可移动电子设备的电源。这些方面的应用，都对锂、钠离子电池的比能量密度、循环寿命和功率密度提出了更高的要求。

离子电池的负极材料种类较多，目前已经商业化的负极材料石墨，其理论比容量偏低，仅为372mA·h g^-1，而大多数研究者可获得约365mA·h g^-1的比容量。因此，石墨负极材料对离子电池体系的容量提升很难再有大的突破。综合考虑一些常见的锂离子电池负极材料，磷基材料最具发展前景。磷资源价廉易得，理论比容量高达2596mA·h g^-1(Na₃P)，电压平台较低(Na/Na+，0.4V)。然而，磷基材料的缺点也比较明显，如导电性差、膨胀率高等，导致电极材料在充放电过程中循环稳定性较差，从而在很大程度上限制了磷基负极材料在离子电池中的应用。

单质磷存在多种同素异形体，如白磷、红磷、黑磷、蓝磷、紫磷、二磷等。白磷易燃，不适合作为电极材料的原料；黑磷的制备能耗极高；紫磷由红磷高温煅烧而成；二磷是一种气态单质；蓝磷是在黑磷的基础上进一步处理获得，合成条件极为严苛，红磷较为安全，目前也最受关注。综上所述，红磷最适合应用于离子电池体系中。目前最普遍的是将红磷与碳材料复合，或以红磷为原料制备金属磷化物，以克服红磷导电性差的缺点。制备一种性能优异的红磷基负极材料，对于开发绿色环保、结构稳定、比容量大的新型离子电池具有十分重要的意义。

目前，红磷与碳材料的复合，大多是基于粉末材料，不利于离子电池的设计和综合性能的提高。

发明内容

本发明的目的在于至少解决离子电池现有技术中存在的问题之一，提供一种自立式柔性红磷/碳纤维复合材料及其制备方法和应用。

本发明的技术解决方案如下：

一种自立式柔性红磷/碳纤维复合材料，包括具有高导电性的碳质柔性基底和负载在所述碳质柔性基底上的红磷。

优选地，所述碳质柔性基底为柔性碳纤维织物。

优选地，所述碳质柔性基底与红磷的质量比是(2～10)：1。

本发明公开了一种自立式柔性红磷/碳纤维复合材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：将碳布放入酸液中浸渍，浸渍完成后对其进行清洗和烘干，得到酸化的碳布，酸化的碳布表面存在大量活性位点；

步骤二：将酸化的碳布和红磷混合，得到混合体，对所述混合体加热反应，使混合体中的红磷升华成红磷蒸汽，红磷蒸汽对碳布表面的活性位点进行占据；加热反应完成后，制得自立式柔性红磷/碳纤维复合材料。

优选地，所述步骤一中，酸液采用浓度为3～5mol/L的盐酸溶液，浸渍时间为3～10小时。