一种磷化改性硅基负极材料及其制备方法和应用与流程

本发明涉及储能，尤其涉及一种磷化改性硅基负极材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、硅基负极材料因具有远高于传统石墨负极的理论比容量，被认为是下一代高能量密度锂离子电池最具应用前景的负极材料之一。然而，硅在充放电过程中会发生剧烈的体积膨胀与收缩，导致颗粒粉化、电极结构破坏以及固体电解质界面膜（sei）反复生成，进而引起活性锂持续消耗、首次库伦效率降低和循环寿命快速衰减，这些问题严重制约了硅负极材料的产业化应用。

2、为改善硅负极的循环稳定性，现有技术通常采用硼、磷、氮等杂原子对硅材料进行掺杂改性，以调节硅晶体结构、改善电子电导率或优化界面反应。然而，杂原子掺杂不可避免地改变硅晶格结构，占据部分储锂活性位点，降低单位质量硅材料的理论储锂能力，本质上属于以牺牲部分能量密度换取循环稳定性的技术路线，难以兼顾高容量与长循环性能。

3、因此，如何在不破坏硅晶格结构和储锂容量的前提下，提高硅基负极材料的循环稳定性，仍是本领域亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明提供一种磷化改性硅基负极材料的制备方法，能得到兼顾储锂容量和循环稳定性的磷化改性硅基负极材料。

2、本发明提供一种磷化改性硅基负极材料，能兼顾储锂容量和循环稳定性。

3、本发明提供一种极片，具有较好的可逆容量和循环稳定性。

4、本发明提供一种电池，具有较好的可逆容量和循环稳定性。

5、本发明提供一种用电设备，续航以及耐用性有所提高。

6、第一方面，本发明提供一种磷化改性硅基负极材料的制备方法，包括：

7、将包括ti3c2tx mxene原料、去离子水、磷化改性剂的原料体系进行磷化改性处理，得到ti3c2tx mxene磷化体系；

8、将所述ti3c2tx mxene磷化体系进行洗涤干燥处理，得到ti3c2tx mxene磷化中间体；

9、所述洗涤干燥处理包括：使用去离子水对所述ti3c2tx mxene磷化体系进行洗涤处理，使洗涤后的液体ph为6.8-7.2；

10、将所述ti3c2tx mxene磷化中间体与硅源、溶剂进行脱水缩合处理，得到所述磷化改性硅基负极材料。

11、在一个可能的实施例中，所述磷化改性剂包括植酸、次亚磷酸钠、磷酸中的至少一种，所述磷化改性剂的质量为所述ti3c2tx mxene原料质量的20-25%。

12、在一个可能的实施例中，还包括对所述ti3c2tx mxene磷化中间体进行退火固化处理后，再参与所述脱水缩合处理；

13、所述退火固化处理包括：在惰性气氛下，将所述ti3c2tx mxene磷化中间体升温至280-300℃后保温2-3h，所述升温的速率为1.5-2.5℃/min。

14、在一个可能的实施例中，所述脱水缩合处理中，温度为65-80℃，时间为1.5-3h；

15、所述溶剂为乙醇与水的混合液，且乙醇和水的体积比为7：（3-5）。

16、在一个可能的实施例中，所述硅源包括纳米硅粉、氧化亚硅、硅碳复合材料中的至少一种；

17、所述ti3c2tx mxene磷化中间体与所述硅源的质量比为（1-3）：（7-9）。

18、在一个可能的实施例中，所述洗涤干燥处理包括，对洗涤后的所述ti3c2tx mxene磷化体系在45-50℃、绝对压力5-15 kpa下干燥10-12h。

19、在一个可能的实施例中，所述磷化改性处理之前还包括对所述ti3c2tx mxene原料和所述去离子水超声分散处理。

20、第二方面，本发明提供一种磷化改性硅基负极材料，由本发明第一方面任一项所述的方法制备得到。

21、第三方面，本发明提供一种极片，包括本发明第二方面所述磷化改性硅基负极材料。

22、第四方面，本发明提供一种电池，包括本发明第三方面所述极片，所述电池为固态电池，所述固态电池包括固态电解质层，所述固态电解质层中的固态电解质材料包括硫化物固态电解质、氧化物固态电解质中的一种。

23、第五方面，本发明提供一种用电设备，包括本发明第四方面所述电池。

24、本发明提供一种磷化改性硅基负极材料及其制备方法和应用，先对ti3c2tx mxene进行磷化改性处理，使磷化改性剂中的含磷官能团与mxene表面的ti活性位点发生反应，在mxene片层表面引入稳定的磷氧活性结构。随后通过ph 6.8-7.2的充分洗涤过程去除未反应的游离磷化改性剂，避免游离磷物种残留并与硅源发生不可控反应。经处理后的ti3c2txmxene磷化中间体与含硅材料接触时在两相界面形成稳定的化学连接结构，能在硅充放电体积变化过程中维持导电网络完整性。同时，由于磷改性位点主要位于mxene表面，不需要向硅晶格中引入杂原子，可减少对硅储锂活性位点的影响，从而在保持硅高容量特性的基础上，提高复合负极材料的循环稳定性。

1.一种磷化改性硅基负极材料的制备方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述磷化改性剂包括植酸、次亚磷酸钠、磷酸中的至少一种，所述磷化改性剂的质量为所述ti3c2tx mxene原料质量的20-25%。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，还包括对所述ti3c2tx mxene磷化中间体进行退火固化处理后，再参与所述脱水缩合处理；

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述脱水缩合处理中，温度为65-80℃，时间为1.5-3h；

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述洗涤干燥处理包括，对洗涤后的所述ti3c2tx mxene磷化体系在45-50℃、绝对压力5-15 kpa下干燥10-12h。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述磷化改性处理之前还包括对所述ti3c2tx mxene原料和所述去离子水超声分散处理。

7.一种磷化改性硅基负极材料，其特征在于，由权利要求1-6任一项所述的方法制备得到。

8.一种极片，其特征在于，包括权利要求7所述磷化改性硅基负极材料。

9.一种电池，其特征在于，包括权利要求8所述极片，所述电池为固态电池，所述固态电池包括固态电解质层，所述固态电解质层中的固态电解质材料包括硫化物固态电解质、氧化物固态电解质中的一种。

10.一种用电设备，其特征在于，包括权利要求9所述电池。