[發(fā)明專利]一種用于水系鈉離子電池負極材料的中空納米立方塊的制備方法

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• 申請日: 2022-04-18
• 公開（公告）號: CN114824207A
• 公開（公告）日: 2022-07-29
• 發(fā)明（設計）人: 陳立鋒;曲逸凡
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/58;H01M4/587;H01M4/62;H01M4/04;H01M10/36;B82Y40/00;B82Y30/00
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司 34101
• 代理人: 盧敏

本發(fā)明公開了一種用于水系鈉離子電池負極材料的中空納米立方塊的制備方法，是首先將磷酸二氫鈉NaH₂PO₄、偏鈦酸H₃TiO₃和磷酸H₃PO₄溶于去離子水并加熱反應獲得中空NaTi₂(PO₄)₃立方塊，再將該立方塊與葡萄糖混合后進行熱處理，從而獲得中空NTP@C納米立方塊。本發(fā)明所制備的負極材料具有超長循環(huán)穩(wěn)定性、高能量密度以及優(yōu)異的成本效益，適用于大規(guī)模儲能系統(tǒng)。

技術領域

本發(fā)明涉及水系鈉離子電池負極材料技術領域，具體涉及一種用于水系鈉離子電池負極材料的中空納米立方塊的制備方法。

背景技術

日益增長的能源需求和不斷惡化的環(huán)境問題表明實現(xiàn)新能源的可持續(xù)發(fā)展勢在必行。具有高充放電效率、長循環(huán)壽命、較大功率和能量密度、無污染運行及低維護成本的可充電電池能夠滿足清潔能源儲存的需求。鋰離子電池具有高能量密度和長循環(huán)壽命，促進了智能手機和電動汽車的蓬勃發(fā)展。然而，鋰的安全隱患、有限的鋰資源和持續(xù)上漲的鋰資源價格阻礙了鋰離子電池的大規(guī)模應用。因此，具有可持續(xù)性、安全性和低成本的水系可充電鈉離子電池(ARSIBs)在大規(guī)模儲能中表現(xiàn)出更顯著的前景。

目前ARSIBs的負極材料主要有聚酰胺、蒽醌和NaTi₂(PO₄)₃(NTP)。相比之下，NTP具有較高的理論容量、合適的電壓平臺和顯著的熱穩(wěn)定性，是ARSIBs最有利的陽極材料之一。然而，大多數(shù)制備的NTP材料是固體顆粒，在高電流密度下阻礙離子傳輸并加劇體積變化。空心結(jié)構(gòu)的NTP材料具有大比表面積，能夠縮短離子擴散距離并適應材料的體積變化，但空心NTP的尺寸和形貌難以控制。同時，已報道的空心NTP的制備需要苛刻的合成條件和昂貴的前驅(qū)體。

在正極材料中，普魯士藍類似物、氧化錳和NASICON型Na₃V₂(PO₄)₃等已被嘗試用于具有改進電化學性能的ARSIBs正極材料。其中，Na_0.44MnO₂(NMO)具有優(yōu)異的性價比、環(huán)境友好性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，被認為是最有前景的規(guī)模化正極材料。然而，合成的NMO處于中間氧化狀態(tài)，難與負極耦合，因此其比容量較低。對正極進行預充電和負極預嵌入鈉在理論上可以解決上述問題，但是，預嵌入鈉的NTP材料空氣穩(wěn)定性較差，無法實現(xiàn)實際應用。

發(fā)明內(nèi)容

針對水系鈉離子電池目前存在的上述問題，本發(fā)明提供一種用于水系鈉離子電池負極材料的中空納米立方塊的制備方法，該方法制備的負極材料具有超長循環(huán)穩(wěn)定性、高能量密度以及優(yōu)異的成本效益，適用于大規(guī)模儲能系統(tǒng)。

本發(fā)明為實現(xiàn)目的，采用如下技術方案：

一種用于水系鈉離子電池負極材料的中空納米立方塊的制備方法，包括以下步驟：

步驟1、將磷酸二氫鈉NaH₂PO₄、偏鈦酸H₃TiO₃和磷酸H₃PO₄溶于去離子水并攪拌，所得溶液轉(zhuǎn)移到反應釜中加熱；加熱結(jié)束冷卻至室溫，所得懸浮液經(jīng)離心、洗滌、干燥，得到中空NaTi₂(PO₄)₃立方塊；

步驟2、將步驟1所得中空NaTi₂(PO₄)₃立方塊與葡萄糖混合后，在乙醇介質(zhì)中研磨，然后將懸濁液在空氣中干燥，得到白色粉末；

步驟3、將步驟2所得白色粉末在氬氣氣氛下進行熱處理，待自然冷卻至室溫后，得到用于水系鈉離子電池負極材料的中空NTP@C納米立方塊。