[发明专利]一种钛掺杂的碳包覆磷酸铁钠材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种钠离子电池正极材料及其制备方法，具体涉及一种钛掺杂的碳包覆磷酸铁钠材料及其制备方法。

背景技术

自20世纪90年代，锂离子电池因具有高能量密度、质量轻等优点，现已广泛应用于移动设备等电子装置。但锂离子电池存在价格高、储量有限等缺陷。

CN 102013496 A公开了一种金属钛掺杂覆碳磷酸铁锂及其制备方法，其步骤如下：（1） 将锂源、Fe₂O₃、TiO₂和NH₄H₂PO₄按摩尔比锂:铁:钛:磷＝1:1-x:x:1的比例称量进行配料，其中0＜x≤0.2；（2）将所配置的粉料加入丙酮后置于球磨机中以200～500r/min的速率下旋转2～10h，丙酮的量为粉料体积的3～5倍；（3）在烘箱中100～110℃下干燥研磨后的浆料，之后加入柠檬酸的饱和水溶液制成流变相的前躯体，其中柠檬酸的量按其含碳量为步骤（1）中原料锂源、Fe₂O₃、TiO₂和NH₄H₂PO₄质量之和的20%计算；（4）将上述前躯体在惰性气氛下，以1℃/min加热速率升温，于100℃恒温2～5h，再升温至400℃恒温3～6h，随炉降温后取出研磨，在100～200MPa压力下，将其压成紧密圆柱体；（5）将压好的圆柱体在惰性气氛下升温至500～900℃恒温焙烧5～15h，随炉降温至室温得到锂离子电池正极材料钛掺杂覆碳磷酸铁锂。此法合成的金属钛掺杂覆碳磷酸铁锂虽然具有较高的放电比容量，但其成本高、操作步骤复杂、能耗高。

钠离子电池较锂离子电池而言，其原料成本比锂离子电池低，电池电位比相应的锂离子电池电位高，且安全性能好。

Ann Sun，Faith R. Beck等人（Ann Sun, Faith R. Beck, et al. Synthesis, characterization, and electrochemical studies of chemically synthesized NaFePO_4. Materials Science and Engineering: B, Volume 177, Issue 20, 1 December 2012, Pages 1729-1733）以NaNO₃ 和 Fe(NO₃)₂·9H₂O为原料，加入柠檬酸和乙烯乙二醇，通过溶胶-凝胶法制备得到NaFePO₄前驱体，在高温下煅烧得到NaFePO₄材料。其具体步骤如下：（1）金属离子总量与柠檬酸和乙烯乙二醇的摩尔比为1:0.5:0.5；（2）所述溶胶-凝胶反应温度为60℃，反应时间为24h；（3）NaFePO₄前驱体烘干温度为120℃，烘干时间为24h；（4）所述煅烧气氛为惰性气氛，煅烧温度为550～600℃。此法合成的NaFePO₄材料虽循环性能较高，循环30次后容量保持率为138.1%（第30圈放电容量为27.9 mAh·g^-1），但放电容量不高，0.1C首次放电容量为20.2 mAh·g^-1。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种工艺简单、便于产业化控制，产品具有高放电容量，高倍率循环性能优越的钛掺杂的碳包覆磷酸铁钠材料及其制备方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：一种钛掺杂的碳包覆磷酸铁钠材料，由以下方法制成：以蔗糖为碳源，乙醇为分散剂，将FeC₂O₄、NaH₂PO₄·2H₂O、蔗糖和TiO₂在乙醇中进行球磨，经过烘干，返磨，煅烧后，得钛掺杂的碳包覆磷酸铁钠材料。

进一步，具体由以下方法制成：

（1）将FeC₂O₄、NaH₂PO₄·2H₂O、蔗糖和TiO₂按照摩尔比0.8～1.0:1:0.18～0.28:0.01～0.2的比例置于球磨罐中，再加入乙醇，混合均匀，球磨，烘干，得前驱体；