[發明專利]一種軟碳包覆磷酸鈦鈉介孔復合材料及其制備方法與應用

有效

• 申請號: 201910585590.1
• 申請日: 2019-07-01
• 公開（公告）號: CN110416503B
• 公開（公告）日: 2020-09-04
• 發明（設計）人: 張旭東;孫榮;何文
• 申請（專利權）人: 齊魯工業大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/58;H01M4/62;H01M10/054
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司 37219
• 代理人: 張宏松

1.一種軟碳包覆磷酸鈦鈉介孔復合材料，所述的復合材料包括磷酸鈦鈉顆粒和包覆在磷酸鈦鈉顆粒表面的軟碳骨架，復合材料中NaTi₂(PO₄)₃的質量含量為85-95%，碳的質量含量為5-15%；該復合材料具有介孔結構，孔徑為2-10nm；

制備方法，包括步驟如下：

（1）將殼聚糖溶于酸性溶液中，攪拌得到溶液A；

（2）將鈉源、磷源溶于去離子水中攪拌，采用乙酸調節pH=3～6，得到溶液B；

（3）將鈦源、檸檬酸溶于去離子水中攪拌，得到溶液C；

（4）將溶液B和溶液C混合，攪拌0.5～1h后于60～100℃水浴處理2-4h，形成凝膠D；

（5）將溶液A加入到凝膠D中，攪拌0.5～1h后于50～120℃水熱處理5～7h得到凝膠E，干燥后得到軟碳包覆磷酸鈦鈉前軀體；

（6）將軟碳包覆磷酸鈦鈉前軀體研磨后于惰性氣氛下，經過兩階段熱處理9-18h，冷卻后得到軟碳包覆磷酸鈦鈉介孔復合材料；所述的兩階段熱處理具體為：先以2～5℃/min的升溫速率升溫至300～450℃下熱處理3～6h；再以2～5℃/min的升溫速率升溫至700～900℃下熱處理6～12h。

2.根據權利要求1所述的軟碳包覆磷酸鈦鈉介孔復合材料，其特征在于，步驟（1）中所述的酸性溶液為質量濃度5%的乙酸溶液；溶液A中殼聚糖的質量濃度為0.5～2%。

3.根據權利要求1所述的軟碳包覆磷酸鈦鈉介孔復合材料，其特征在于，步驟（2）中鈉源與磷源以Na:P計，摩爾比為1：2～5，溶液B中鈉源的濃度為0.1～0.3mol/L，磷源的濃度為0.3～0.9mol/L。

4.根據權利要求1所述的軟碳包覆磷酸鈦鈉介孔復合材料，其特征在于，步驟（2）中所述的磷源為磷酸、磷酸二氫銨中的一種，鈉源為乙酸鈉、碳酸鈉、碳酸氫鈉中的一種。

5.根據權利要求1所述的軟碳包覆磷酸鈦鈉介孔復合材料，其特征在于，步驟（3）中鈦源：檸檬酸摩爾比為2～1:1～2，溶液C中鈦源的濃度為0.25～0.7mol/L，檸檬酸的濃度為0.2～0.6mol/L；所述鈦源為鈦酸四丁酯、鈦酸異丙酯中的一種。

6.根據權利要求1所述的軟碳包覆磷酸鈦鈉介孔復合材料，其特征在于，步驟（4）中，步驟（4）中溶液B和溶液C混合的比例以Na:Ti:P計，摩爾比為1:2:3。

7.根據權利要求1所述的軟碳包覆磷酸鈦鈉介孔復合材料，其特征在于，步驟（5）中，按殼聚糖：檸檬酸質量比為1：7～22將溶液A加入到凝膠D中。

8.一種權利要求1-7中任一項所述軟碳包覆磷酸鈦鈉介孔復合材料的應用，作為鈉離子電池負極材料使用；

具體應用方法如下：

（1）將軟碳包覆磷酸鈦鈉介孔復合材料與粘結劑、導電劑混合后充分研磨，加入N-甲基吡咯烷酮溶劑，攪拌得到涂覆漿液；軟碳包覆磷酸鈦鈉介孔復合材料、粘結劑、導電劑的質量比為：8:1:1；

（2）將涂覆漿液勻涂布在銅箔上，干燥后的銅箔真空處理后得到負極電極片，將電極片用于紐扣式鈉電池。