本发明专利技术公开了一种钠离子电池负极用泡沫镍自支撑片状Ni3P/C复合材料及其制备方法。在该复合材料中片状Ni3P均匀地生长在泡沫镍上，C膜均匀地包裹在Ni3P上。该复合材料的制备方法为：以镍化合物为原料，利用水热法在其表面均匀地长上一层片状氢氧化镍。然后以次亚磷酸钠为磷源，在300℃下保温2小时，制备出泡沫镍自支撑片状Ni3P材料。最后对其进行碳包覆，制备出泡沫镍自支撑片状Ni3P/C复合材料。本发明专利技术的Ni3P/C复合材料制备的钠离子电池负极具有优异的比容量、倍率性能和循环稳定性能。本发明专利技术方法简单可行，原料来源广，适宜工业化生产。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属能源材料的制备和应用领域，具体涉及一种钠离子电池负极用泡沫镍自支撑片状Ni3P/C复合材料及其制备方法。
技术介绍
锂离子电池因其能量密度高和循环寿命长等优点，被广泛应用于手机、笔记本、移动电源、电动汽车和混合动力汽车等。但是，锂资源储量有限，随着锂离子电池的大规模应用，锂资源短缺和价格飞涨，将严重阻碍锂离子电池进一步发展。由于钠与锂属于同主族元素，它们具有相似物理和化学性质，近年来钠离子电池已引起越来越多的兴趣。且相对于锂资源，钠资源储存量很大，来源丰富，价格比较便宜，使得钠离子电池有望在未来取代锂离子电池而被广泛应用于移动电源和大规模储能等领域。由于Na+的半径较大，使其在层状结构石墨中不容易嵌入和脱出，具有很好的嵌锂能力的石墨不适合作为钠离子电池负极材料。因此，负极材料是钠离子电池发展的关键。钠离子电池负极的一个替代方案是采用黑磷，生成磷化钠时的理论放电容量为2596mAh/g。但是，钠离子移动至磷负极时会发生较大的体积膨胀，导致系统不稳定。相对于单质磷，磷化镍(Ni3P)钠离子电池负极材料也具有非常高的比容量。但是，磷化镍电子导电率比较低，这严重影响其倍率性能。另外，由于钠离子嵚入Ni3P后造成的体积膨胀，也容易导致其结构不稳定和比容量衰减。表面改性被认为是是克服上述问题的有效途径之一。因此，本专利技术在磷化镍表面包覆一层纳米级导电性良好碳(C)膜，这不但可以提高材料的电子导电性，而且能够缓冲循环过程中磷化镍体积膨胀，从而提高Ni3P钠离子电池负极材料的倍率和循环稳定性能。
技术实现思路
本专利技术提供一种比容量高、倍率性能优异、循环稳定性好的钠离子电池负极用泡沫镍自支撑片状Ni 3P/C复合材料及其制备方法。本专利技术所述的钠离子电池负极用泡沫镍自支撑片状Ni3P/C复合材料的制备方法分为三个步骤:首先，利用水热法制备泡沫镍自支撑Ni(OH)2t3然后，利用次亚磷酸钠为磷源将泡沫镍自支撑Ni(OH)2磷化，制备出泡沫镍自支撑Ni3P负极材料。最后，利用有机碳源对泡沫镍自支撑Ni3P进行碳包覆，制备出泡沫镍自支撑Ni3P/C负极材料。以质量分数计:钠离子电池负极材料泡沫镍自支撑Ni3P/C复合材料中碳膜所占质量分数为5-20%。本专利技术的目的通过以下技术方案实现。一种钠离子电池负极用泡沫镍自支撑片状Ni3P/C复合材料的制备方法，包括以下步骤: I)将泡沫镍依次在0.5-2mol/L的氢氧化钠水溶液、无水乙醇和去离子水中超声0.5-1小时； 2)称取镍盐溶解在去离子水中，配制成浓度为0.5-2mol/L的镍盐溶液； 3)将表面活性剂加入步骤2)所得镍盐溶液中，在50-80°C下搅拌0.5-1小时，得混合溶液； 4)将步骤3)所得混合溶液置于高压反应釜中，并且把步骤I)处理好的泡沫镍放入高压反应釜中，在100-200°C下保温5-24小时； 5)待反应釜自然冷却至室温，取出泡沫镍，分别在去离子水和乙醇中超声0.5-1小时，在80-120 0C下干燥4?12小时，即得到泡沫镍自支撑Ni (OH)2; 6)称取次磷酸钠为磷源加入步骤5)所得泡沫镍自支撑Ni(OH)2中，在氩气气氛下300-600 °C烧结3-10小时，即可得到泡沫镍自支撑Ni3P材料； 7)将步骤6)所制备泡沫镍自支撑Ni3P材料在0.l-2mol/L有机碳源水溶液中放置1-3小时，然后在80-120 0C下干燥4?12小时，在氩气气氛下300-500 °C煅烧5_12小时，即可得到泡沫镍自支撑Ni3P/C复合材料。进一步地，步骤2)中所述的镍盐为硝酸镍、硫酸镍和醋酸镍中的一种或几种。进一步地，步骤3)中所述的表面活性剂为六次甲基四胺、PEG,PVP、Span和Tween系列中的一种或几种，表面活性剂的用量为镍盐质量的5?20%。。进一步地，步骤3)所述表面活性剂添加量为2-10g。进一步地，步骤6)中所述的次磷酸钠添加质量为0.5_5g。进一步地，步骤6)是以l-5°C/min的升温速率升温到300-600°C煅烧3-10小时。进一步地，步骤7)中所述的有机碳源为葡萄糖、蔗糖、酒石酸、淀粉和柠檬酸中的一种或几种。进一步地，步骤7)所述有机碳源的用量为镍盐质量的5?20%。进一步地，步骤7)是以1-5 °C /min的升温速率升温到300-500 °C煅烧5_12小时。由上述制备方法制得的一种钠离子电池负极用泡沫镍自支撑片状Ni3P/C复合材料，在该复合材料中片状Ni3P/C均匀生长在泡沫镍上，碳膜均匀地包覆在Ni3P表面，Ni3P片的厚度为20-100纳米，复合材料中碳的含量为5?20wt.%。与现有技术相比，本专利技术具有如下优点与技术效果: 1、本专利技术的泡沫镍自支撑片状Ni3P/C复合材料制成的电池性能优异，具有较高比容量、优异倍率性能和循环性能。2、本专利技术的泡沫镍自支撑片状Ni3P/C复合材料的制备方法简单可行，原料来源广，适宜工业化生产。【附图说明】图1为实施例1制得的泡沫镍自支撑Ni(OH)2材料和泡沫镍自支撑Ni3P/C复合材料的XRD图谱。图2为实施例1φ?」得的泡沫镍自支撑Ni(0H)2#料的SEM图。图3为实施例1制得的泡沫镍自支撑Ni3P/C复合材料的SEM图。图4为实施例1制得的泡沫镍自支撑Ni3P/C作为钠离子电池负极材的首次充放电曲线。图5为实施例1制得的泡沫镍自支撑Ni3P/C作为钠离子电池负极材的倍率性能曲线。图6为实施例1制得的泡沫镍自支撑Ni3P/C作为钠离子电池负极材在100mA.g一1电流密度下循环50次的比容量图。图7为实施例1制得的泡沫镍自支撑Ni3P/C作为钠离子电池负极材在500mA.g一1电流密度下循环100次的比容量图。【具体实施方式】以下实施例可以更好地理解本专利技术，但本专利技术不局限于以下实施例。实施例1 1.将2*4011泡沫镍依次在0.51]101/1氢氧化钠水溶液、无水乙醇和去离子水中超声0.5小时。2.称取2.91 g硝酸镍溶解在20 mL去离子水中，配制成浓度为0.5mol/L的盐溶液。3.将2.0g六次甲基四胺加入上述盐溶液中，在50°C下搅拌0.5小时，得混合溶液。4.将上述混合溶液置于高压反应釜中，并把处理好的泡沫镍放置高压反应釜中，在100°C下保温24小时。5.待高压反应釜自然冷却至室温，取出泡沫镍，分别在去离子水和乙醇中超声0.5小时，然后于80 °C下干燥12小时，即可得到泡沫镍自支撑Ni (OH) 2。6.称取1.0g次磷酸钠为磷源加入上述泡沫镍自支撑Ni(OH)2中,在氩气气氛下以I0C /min的升温速率升温到300 °C烧结1小时，即可得到泡沫镍自支撑Ni 3P材料。7.将上述所制备的泡沫镍自支撑Ni3P材料在0.lmol/L葡萄糖溶液中放置I小时，然后在80 °C下干燥12小时，在氩气气氛下以1°C/min的升温速率升温到300°C煅烧12小时，即可得到泡沫镍自支撑Ni3P/C复合材料。本实施例所得的泡沫镍自支撑Ni3P/C复合材料的XRD图谱如图1所示，从图中可以看出泡沫镍自支撑Ni3P/C复合材料中存在金属单质镍和磷化镍两种物相。本实施例制得的泡沫镍自支撑Ni (OH) 2材料的SEM图如图2所示。本实施例所得本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种钠离子电池负极用泡沫镍自支撑片状Ni3P/C复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1）将泡沫镍依次在0.5‑2mol/L的氢氧化钠水溶液、无水乙醇和去离子水中超声0.5‑1小时；2）称取镍盐溶解在去离子水中，配制成浓度为0.5‑2mol/L的镍盐溶液；3）将表面活性剂加入步骤2）所得镍盐溶液中，在50‑80℃下搅拌0.5‑1小时，得混合溶液；4）将步骤3）所得混合溶液置于高压反应釜中，并且把步骤1）处理好的泡沫镍放入高压反应釜中，在100‑200℃下保温5‑24小时；5） 待反应釜自然冷却至室温，取出泡沫镍，分别在去离子水和乙醇中超声0.5‑1小时，在80‑120℃下干燥4~12小时，即得到泡沫镍自支撑Ni(OH)2；6）称取次磷酸钠为磷源加入步骤5）所得泡沫镍自支撑Ni(OH)2中，在氩气气氛下300‑600℃烧结3‑10小时，即得到泡沫镍自支撑Ni3P材料；7）将步骤6）所制备泡沫镍自支撑Ni3P材料在0.1‑2 mol/L有机碳源水溶液中放置1‑3小时，然后在80‑120℃下干燥4~12小时，在氩气气氛下300‑500℃煅烧5‑12小时，即得到泡沫镍自支撑Ni3P/C复合材料。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：杨成浩，郑锋华，熊训辉，刘美林，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44
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