[發明專利]一種低成本碳包覆的磷酸鈦化合物批量制備的方法

有效

• 申請號: 201610821504.9
• 申請日: 2016-09-13
• 公開（公告）號: CN107814564B
• 公開（公告）日: 2019-12-17
• 發明（設計）人: 曾詩蒙;劉宇;夏驥;賀健;賀詩陽;張娜
• 申請（專利權）人: 上海硅酸鹽研究所中試基地;中國科學院上海硅酸鹽研究所
• 主分類號: C04B35/447
• 分類號: C04B35/447;C04B35/626;C04B35/628;C04B35/638;C04B35/64
• 代理公司: 31261 上海瀚橋專利代理事務所(普通合伙)
• 代理人: 鄭優麗;熊子君

本發明涉及一種低成本碳包覆的磷酸鈦化合物批量制備的方法，所述磷酸鈦化合物的化學式為M_xTi₂（PO₄）₃，其中M選自堿金屬中的至少一種，x=1～1.05，所述方法包括：步驟 1）以化學計量比的堿金屬源、磷源、鈦源和碳源為原料，濕法球磨制得漿料；步驟 2）將所述漿料用離心式噴霧干燥的方法得到碳包覆的磷酸鈦化合物前驅體混合粉體；步驟 3）將所述前驅體混合粉體采用固相合成方法燒結得到碳包覆的磷酸鈦化合物粉體。本發明工藝簡單、成本低，可廣泛應用于大規模生產磷酸鈦化合物。

技術領域

本發明涉及一種適于批量制備碳包覆的磷酸鈦化合物陶瓷粉體的方法，具體涉及一種采用含碳前驅物以及多種物相成分的前驅體進行球磨混料，噴霧干燥造粒，通過高溫固相合成反應方法制備碳包覆的磷酸鈦化合物粉體，屬于離子導電陶瓷材料領域。

背景技術

磷酸鈦化合物是一種典型的NASICON結構，其擁有較大的隧道尺寸能允許堿金屬離子自由遷移。它是一種快離子導體，具有高離子傳導性和較小的電子傳導，具有極好的熱穩定性，是一種重要的堿金屬離子電池電極材料。以NaTi₂(PO₄)₃為例，在1mol/LNa₂SO₄溶液中，NaTi₂(PO₄)₃在-0.82V(vs.Ag/AgCl)處有一對十分對稱的氧化還原峰，說明鈉離子在-0.82V能發生可逆嵌脫反應。這一反應電勢區間略高于水的析氫電位，這一較負的陽極電勢不僅充分的利用了水的析氫電勢窗口有利于提高電池的工作電壓，還確保了在正常的嵌脫鈉反應過程中不會發生析氫副反應。充放電曲線顯示，NaTi₂(PO₄)₃在-0.82V處有平穩的充放電平臺，可逆容量為120mAh/g，相當于兩個鈉離子的脫嵌容量。得益于NaTi₂(PO₄)₃材料的快離子導體結構，對其在100C的高倍率下進行充放電仍能釋放70％的可逆比容量，因此可以作為高功率負極材料。M_xTi₂(PO₄)₃經過碳包覆處理后，不僅材料的電子電導率改善了，活性物質利用率也會得到明顯的提高了，由于避免了電解液與材料表面的直接接觸，可以有效的防止副反應的發生，從而大大提高其循環穩定性。

目前，制備碳包覆的磷酸鈦化合物的方法主要有微波加熱合成法、水熱法、溶膠凝膠法等[J.Mater.Chem.A,2015,3,12089-12096]。通常相較于傳統的固相合成法，這些方法制備的粉體純度較高，性能優異，但生產工藝復雜，設備較多，難以實現大規模生產，尤其是進行碳包覆時候需要多次熱處理和研磨，成本較高，不能滿足降低電池成本的要求。傳統的固相合成法也有本身的缺陷，比如由于粉體混合不均造成的副反應多，產品不純等。

發明內容

針對上述問題，本發明的目的在于提供一種能制備高純度的碳包覆的磷酸鈦化合物且工藝簡單、成本低、能大規模生產的方法。

本發明提供一種制備碳包覆磷酸鈦化合物的方法，所述磷酸鈦化合物的化學式為M_xTi₂(PO₄)₃，其中M選自堿金屬中的至少一種，x＝1～1.05，所述方法包括：

步驟1)以化學計量比的堿金屬源、磷源、鈦源和碳源(優選為無機碳源)為原料，濕法球磨制得漿料；

步驟2)將所述漿料用離心式噴霧干燥的方法得到碳包覆的磷酸鈦化合物前驅體混合粉體；

步驟3)將所述前驅體混合粉體采用固相合成方法燒結得到碳包覆的磷酸鈦化合物粉體。