[发明专利]一种微球形钛磷氧化物及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电池电极材料制备方法领域，主要涉及一种微波水热法合成微球形钛磷氧化物的方法。

背景技术

锂离子电池由于其具有较大的容量，良好的循环寿命和安全性，已在便携式电子设备领域得到了广泛的应用，尤其近年来随着电动汽车和大型储能设备的发展，锂离子电池的应用和研究获得了爆发式的增长。但是，锂资源有限，材料成本较高，这些一定程度上限制了锂离子电池进一步的大规模应用，也迫切需要发展一种可与锂离子电池性能接近的电池体系。钠元素与锂元素处于同一主族，具有相似的化学性质，电极电位相近，而且钠资源丰富，提炼的成本较低，有望代锂离子电池体系。因此，发展具有大容量和优良的循环性能的钠离子电池负极材料已经引起工业界和学术界的普遍关注。

负极活性材料对钠离子电池的安全性能、倍率性能具有重要影响，磷酸钛钠、钛酸锂钠和钛氧化合物等负极活性物质体系是目前钠离子电池的研究热点。Jun-ichi Yamakiden等人研究了NaTi₂(PO₄)₃作为钠离子电池负极材料，具有2.1V的电压平台和130mAh/g的容量，30次循环容量几乎没有衰减(Journal of Electrochemical Society,2011,158(10),A1067-A1070)。Yuesheng Wang等人研究了P2-Na_0.66[Li_0.22Ti_0.78]O₂作为钠离子电池负极材料，该材料与钛酸锂结构相似，属于“零应变”材料，可避免在循环过程中体积变化造成的容量衰减，循环1200次，容量几乎无衰减。但现有报道的该类电极材料制备方法存在较大局限，材料合成中需要高温固烧结，存在批量生产中过程控制复杂、能耗和成本较大，且制备得到的产品颗粒形貌不可控，限制了材料的性能。因此，如何开发一种新型的电极材料，同时能通过简单的步骤合成具有较理想的容量和循环性能的钠离子电池负极材料是本领域技术人员的重点攻关方向之一。

发明内容

本发明旨在克服现有钠离子电池负极材料在性能以及制备方法上的缺陷，本发明提供了一种微球形钛磷氧化物及其制备方法。

本发明提供了一种微球形钛磷氧化物的制备方法，包括：

a)配制含有钛源的溶液A、以及含有磷源的溶液B；

b)量取溶液A和溶液B混合后得到前驱液，前驱液中Ti²⁺：PO₄^3-的摩尔比介于0.2-2.5之间；

c)向步骤b)制备的前驱液中加入碱性物质，调节前驱液的pH值至5-10，优选调节pH值至7-8，然后微波加热至80-200℃，微波反应时间为2-6h，反应完毕后，过滤得到沉淀物；

d)将步骤c)得到的沉淀物洗涤、干燥后，在600-900℃下焙烧，得到所述微球形钛磷氧化物。

较佳地，钛源包括TiCl₄、TiBr₄、Ti(SO₄)₂、C₁₆H₃₆O₄Ti中的至少一种，磷源包括NaH₂PO₄、Na₂HPO₄、NH₄H₂PO₄、(NH₄)₂HPO₄中的至少一种。

较佳地，溶液A中，Ti²⁺浓度为0.05mol/L-2mol/L；溶液B中，PO₄^3-浓度为0.05mol/L-2mol/L。

较佳地，溶液A和溶液B中的溶剂包括水、乙醇、PEG-400中的至少一种。

较佳地，碱性物质包括氨水、碳酸钠、乙酸钠中的至少一种，使用浓度为0.05mol/L-2mol/L的碱性物质溶液调节前驱液pH值。

较佳地，在80-200℃温度下的反应时间为1-24小时，反应在反应釜中进行，反应釜装填比控制为40％-50％。

较佳地，以1-10℃/分钟的速率升温至600-900℃焙烧2-12小时。