【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種磷合金框架復合材料及其制備方法、極片和電池。
技術介紹
1、鋰離子電池目前主導著便攜式電子設備的電力供應，并已被集成到（插電式混合動力）電動汽車中，以減少對化石燃料的能源依賴。當前碳基材料有限的能量密度，已不足以應對下一代高能量高功率密度需求的鋰離子電池的市場需求。磷被認為是下一代最具替代潛質材料之一，其紅磷的理論容量高達2596mah/g，為石墨的7倍。然而，磷在實際應用中受到了阻礙，歸因于其較差的電導率（10-12s/m）和巨大的體積膨脹變化（超300%）特性。
2、中國專利cn?113675409?a介紹了磷-金屬有機框架復合材料及其制備方法，首先將紅磷置于惰性氣體下進行機械碾磨，同步進行鎳金屬有機框架的制備，將二者均勻混合后采用水熱法結合干燥一步獲得磷-金屬有機框架復合材料。該方法獲得的復合材料雖然在一定程度上能緩解磷的導電性能和倍率性能，但該法對循環性能的改善仍然有限，導致其50次循環后容量保持率僅70%，即該專利無法同時滿足一定的導電性能、循環性能和倍率性能。
技術實現思路
1、本專利技術為了克服現有技術中磷應用在負極材料時導電性能、循環性能和倍率性能無法同時滿足的缺陷，提供了一種磷合金框架復合材料及其制備方法、極片和電池。該磷合金框架復合材料具有優異的導電性能，其應用在電池中時具有優異的循環性能和倍率性能。
2、本專利技術通過下述技術方案解決上述技術問題。
3、本專利技術提供了一種磷合金框架復合材料，其包括錫基合金
4、所述錫基合金框架包括錫納米顆粒和過渡金屬納米顆粒，所述錫納米顆粒和所述過渡金屬納米顆粒以氰基為橋梁連接。
5、本專利技術中，較佳地，所述磷分布在所述錫基合金框架的表面、所述氧化石墨烯的褶皺中和所述氧化石墨烯的表面。
6、本專利技術中，較佳地，所述磷合金框架復合材料的d50粒徑為385-450nm。
7、本專利技術中，較佳地，所述過渡金屬納米顆粒的過渡金屬選自ni、fe、co和cu中的一種或多種。
8、本專利技術中，較佳地，所述磷合金框架復合材料中，磷的含量為35%-38%，例如為35.1%、36.3%、36.8%、36.9%、37.1%、37.2%或37.5%，百分比為占所述磷合金框架復合材料的質量百分比。
9、本專利技術中，較佳地，所述磷合金框架復合材料中，錫的含量為27%-29%，例如為27.2%、27.3%、27.4%、27.6%、27.7%、27.9%或28.1%，百分比為占所述磷合金框架復合材料的質量百分比。
10、本專利技術中，較佳地，所述磷合金框架復合材料中，過渡金屬納米顆粒的過渡金屬的含量為15%-17%，例如為15.9%、16.0%、16.1%、16.2%、16.3%、16.5%或16.8%，百分比為占所述磷合金框架復合材料的質量百分比。
11、在本專利技術某些具體實施方案中，所述磷合金框架復合材料的磷占所述磷合金框架復合材料的質量百分比為35%-38%，所述磷合金框架復合材料的錫占所述磷合金框架復合材料的質量百分比為27%-29%，所述磷合金框架復合材料的過渡金屬納米顆粒的過渡金屬占所述磷合金框架復合材料的質量百分比為15%-17%。
12、本專利技術中，較佳地，所述磷合金框架復合材料還包括碳，所述碳的含量為8%-10%，例如為8.8%、8.9%、9.2%、9.3%、9.4%、9.5%或9.9%，百分比為占所述磷合金框架復合材料的質量百分比。
13、本專利技術中，較佳地，所述磷合金框架復合材料還包括氮，所述氮的含量為0.4%-0.7%，例如為0.43%、0.49%、0.52%、0.53%、0.54%、0.61%、0.65%或0.69%，百分比為占所述磷合金框架復合材料的質量百分比。
14、本專利技術中，所述錫基合金框架還包括m’納米顆粒，所述錫納米顆粒、過渡金屬納米顆粒和m’納米顆粒以氰基為橋梁連接；其中，m’選自in、pt、pd、sb和ge中的一種或多種元素。
15、其中，較佳地，所述磷合金框架復合材料的m’納米顆粒占所述磷合金框架復合材料的質量百分比為9%-10%，例如為9.1%、9.2%、9.3%、9.4%、9.5%或9.7%。
16、本專利技術還提供了一種磷合金框架復合材料的制備方法，其包括以下步驟：
17、s1：將第一溶液和第三溶液混合后得濕凝膠；
18、所述第一溶液包括錫鹵化物，所述第三溶液包括含過渡金屬的氰基化合物；所述第一溶液和/或所述第三溶液中包括含磷氧化石墨烯；所述含磷氧化石墨烯為經過氧化石墨烯和磷單質機械磨獲得；
19、s2：所述濕凝膠和硼氫化鈉溶液發生還原反應后干燥得磷烯氰干凝膠；
20、s3：將所述磷烯氰干凝膠依次進行熱處理和冷卻后得所述磷合金框架復合材料；所述熱處理的保溫階段的溫度為400-550℃，所述冷卻的保溫階段的溫度為240-280℃。
21、本專利技術中，所述錫鹵化物的含義為含有鹵素和錫元素的化合物。
22、本專利技術中，較佳地，所述錫鹵化物為sncl4。
23、本專利技術中，所述含過渡金屬的氰基化合物的含義為同時含有過渡金屬和氰基的化合物。
24、本專利技術中，較佳地，所述含過渡金屬的氰基化合物的過渡金屬選自ni、fe、co和cu中的一種或多種。
25、其中，較佳地，所述含過渡金屬的氰基化合物的化學式為kym(cn)z，其中，m選自ni、fe、co和cu中的一種或多種。
26、其中，較佳地，y滿足：0＜y＜6。
27、其中，較佳地，z滿足：3＜z＜8。
28、本專利技術中，所述濕凝膠中，錫元素和過渡金屬的摩爾比較佳地為（1.5-2.5）：（1-1.5），例如為2：1.3或2：1。
29、本專利技術中，較佳地，所述濕凝膠中所述含磷氧化石墨烯的濃度為20-90mg/ml，更佳地為20-30mg/ml，例如為25mg/ml、27.4mg/ml、29.5mg/ml或30.5mg/ml。
30、本專利技術中，較佳地，所述濕凝膠中，錫元素和氰基的摩爾比為（1.5-2.5）：（3-12），例如為2：7.8或1：3。
31、本專利技術中，較佳地，所述第一溶液中包括含磷氧化石墨烯。
32、其中，較佳地，所述第一溶液中所述含磷氧化石墨烯的濃度為20-30mg/ml，例如為25mg/ml。
33、本專利技術中，較佳地，所述第一溶液中所述錫鹵化物的濃度為0.4-1mol/l，較佳地為0.8mol/l。
34、在本專利技術一些具體實施方案中，所述第一溶液的溶劑為二甲基酰胺溶液。
35、本專利技術中，較佳地，所述第三溶液中包括含磷氧化石墨烯。
36、其中，較本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種磷合金框架復合材料，其特征在于，其包括錫基合金框架、氧化石墨烯和磷，所述氧化石墨烯穿插在所述錫基合金框架中，所述磷分布在所述錫基合金框架的表面、所述氧化石墨烯的褶皺中和所述氧化石墨烯的表面中至少一處；
2.如權利要求1所述的磷合金框架復合材料，其特征在于，所述磷合金框架復合材料滿足以下條件中的一種或多種：
3.一種磷合金框架復合材料的制備方法，其特征在于，其包括以下步驟：
4.如權利要求3所述的磷合金框架復合材料的制備方法，其特征在于，步驟S1滿足以下條件中的一種或多種：
5.如權利要求4所述的磷合金框架復合材料的制備方法，其特征在于，步驟S1中包括：將第一溶液、第二溶液和第三溶液混合后得濕凝膠；所述第二溶液包括含M’元素的氯化物，所述含M’元素的氯化物的化學式為M’Clx；x滿足：2≤x＜6；其中，M’選自In、Pt、Pd、Sb和Ge中的一種或多種元素；
6.如權利要求3所述的磷合金框架復合材料的制備方法，其特征在于，所述含磷氧化石墨烯滿足以下條件中的一種或多種：
7.如權利要求3所述的磷合金框架復
8.一種磷合金框架復合材料，其特征在于，其采用如權利要求3-7中任一項所述的磷合金框架復合材料的制備方法制備得到。
9.一種極片，其特征在于，其包括如權利要求1-2和8中任一項所述的磷合金框架復合材料。
10.一種電池，其特征在于，其包括如權利要求9所述的極片。
...【技術特征摘要】
1.一種磷合金框架復合材料，其特征在于，其包括錫基合金框架、氧化石墨烯和磷，所述氧化石墨烯穿插在所述錫基合金框架中，所述磷分布在所述錫基合金框架的表面、所述氧化石墨烯的褶皺中和所述氧化石墨烯的表面中至少一處；
2.如權利要求1所述的磷合金框架復合材料，其特征在于，所述磷合金框架復合材料滿足以下條件中的一種或多種：
3.一種磷合金框架復合材料的制備方法，其特征在于，其包括以下步驟：
4.如權利要求3所述的磷合金框架復合材料的制備方法，其特征在于，步驟s1滿足以下條件中的一種或多種：
5.如權利要求4所述的磷合金框架復合材料的制備方法，其特征在于，步驟s1中包括：將第一溶液、第二溶液和第三溶液混合后得濕凝膠；所述第二溶液包括含m’元素...
【專利技術屬性】
技術研發人員：楊廣，胡欽山，何麗，顧凱，喬永民，王旭峰，
申請(專利權)人：寧波杉杉新材料科技有限公司，
類型：發明
國別省市：
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