[發(fā)明專利]一種磷酸鈦鈉/碳復(fù)合材料的制備方法與應(yīng)用

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• 申請?zhí)枺?/td>: 202010654686.1
• 申請日: 2020-07-09
• 公開（公告）號: CN111916741A
• 公開（公告）日: 2020-11-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 毛武濤;丁一鳴;李茂龍;馬超;賀暢;曹志翔;鮑克燕
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇理工學(xué)院
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M4/58;H01M10/054;B82Y30/00
• 代理公司: 常州佰業(yè)騰飛專利代理事務(wù)所(普通合伙) 32231
• 代理人: 肖玲珊

本發(fā)明公開了一種磷酸鈦鈉/碳復(fù)合材料的制備方法與應(yīng)用。其制備方法包括：(1)將鈉源、鈦源和磷源加入到有機(jī)溶劑中并球磨，配制成均勻的漿料；(2)將所述漿料過濾，然后將濾渣制成粗坯；(3)在惰性氣氛下，將所述粗坯煅燒，然后冷卻，得到碳包覆的磷酸鈦鈉復(fù)合材料。其應(yīng)用：將上述制備方法制得的碳包覆的磷酸鈦鈉復(fù)合材料用作鈉離子電池的負(fù)極材料。本發(fā)明采用了一鍋制備磷酸鈦鈉/碳復(fù)合材料的簡易方法，適合規(guī)模化生產(chǎn)；本發(fā)明以五氧化二磷作為磷源降低了成本，且不會對生產(chǎn)設(shè)備造成腐蝕，不產(chǎn)生有害氣體，綠色環(huán)保。將本發(fā)明所制備的復(fù)合材料用作鈉離子電池的負(fù)極材料，組裝鈉離子電池可以表現(xiàn)出優(yōu)異的比容量、長循環(huán)等電化學(xué)性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及納米材料技術(shù)及電化學(xué)領(lǐng)域，具體涉及一種磷酸鈦鈉/碳復(fù)合材料的制備方法與應(yīng)用。

背景技術(shù)

在新舊能源形式轉(zhuǎn)變，新能源的利用與發(fā)展過程中，二次電池扮演著重要的角色。目前盡管鉛酸電池、鋰離子電池廣泛應(yīng)用于在移動電源、儲能領(lǐng)域等領(lǐng)域，但是由于各自的缺陷新的電池體系正開始快速的發(fā)展，新興的水系電池備受關(guān)注，磷酸鈦鈉(NaTi2(PO4)3)是目前備受關(guān)注的鈉離子電池或水系鈉離子電池負(fù)極材料。

具有NASICON結(jié)構(gòu)的磷酸鈦鈉(NaTi2(PO4)3),是一種聚陰離子型材料，三維的聚陰離子骨架使其具有高離子傳導(dǎo)率和高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的優(yōu)點(diǎn)。作為鈉離子電池或水系鈉離子電池負(fù)極材料在充放電的過程中能夠保持穩(wěn)定，同時體積變化幾乎為零。目前現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)室制備技術(shù)如水熱法或溶膠凝膠法均不適合規(guī)模化生產(chǎn)，即使有些技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)，也存在以下瓶頸：一、幾乎所有的技術(shù)均使用磷酸或磷酸二氫銨作為磷源(中國專利)，用磷酸二氫銨作為制備磷酸鈦鈉(NaTi2(PO4)3)的磷源無法避免腐蝕性有害尾氣——氨氣的產(chǎn)生，氨氣的產(chǎn)生不僅會增加環(huán)境污染的風(fēng)險，而且其后處理會大大增加設(shè)備的復(fù)雜性及生產(chǎn)成本；而磷酸作為一種中強(qiáng)酸具有強(qiáng)烈的腐蝕性，使用磷酸作為磷源對生產(chǎn)設(shè)備具有很高要求同時防腐也會增加生產(chǎn)成本。二、目前較多的技術(shù)在生產(chǎn)過程中均采用將原料濕磨分散然后干燥的過程，現(xiàn)有的噴霧干燥技術(shù)需要消耗大量的能源，使得成本過高。三、磷酸鈦鈉(NaTi2(PO4)3)本身的導(dǎo)電性差，導(dǎo)致循環(huán)性能、充放電性能、倍率性能等有待改善，目前主要有碳包覆或與石墨烯、碳納米管復(fù)合等方法，當(dāng)前的碳包覆技術(shù)主要是首先制備出產(chǎn)品后，然后再加入碳源經(jīng)球磨、噴霧干燥、煅燒等過程，制備工藝繁瑣。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種一鍋制備磷酸鈦鈉/碳復(fù)合材料的簡易方法，成本低，且本發(fā)明的制備過程中無有害或腐蝕性氣體排放，更加綠色環(huán)保；將所制得的碳包覆的磷酸鈦鈉復(fù)合材料用作鈉離子電池的負(fù)極材料，表現(xiàn)出優(yōu)異的比容量、長循環(huán)等電化學(xué)性能。

本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種磷酸鈦鈉/碳復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，該方法包括如下步驟：

(1)將鈉源、鈦源和磷源加入到有機(jī)溶劑中并球磨，配制成均勻的漿料；

(2)將所述漿料過濾，然后將濾渣制成粗坯；

(3)在惰性氣氛下，將所述粗坯煅燒，然后自然冷卻至室溫，得到碳包覆的磷酸鈦鈉復(fù)合材料(NaTi₂(PO4)₃/C)。

進(jìn)一步，步驟(1)中所述鈉源、所述鈦源和所述磷源之間的物質(zhì)的量比為(0.5-1)：4：3，所述鈉源與所述有機(jī)溶劑的摩爾體積比為0.125-0.25mol/L，所述球磨時間為1-5小時。

進(jìn)一步，步驟(1)中所述鈉源為無水檸檬酸鈉、無水蘋果酸鈉、乙二胺四乙酸二鈉、碳酸鈉、碳酸氫鈉中任一種。

進(jìn)一步，步驟(1)中所述鈦源為二氧化鈦或偏鈦酸。