[发明专利]一种磷酸钛钠复合电极材料及其制备方法和电池

说明书

本申请属于电池的技术领域，尤其涉及一种磷酸钛钠复合电极材料及其制备方法和电池。本申请提供了一种磷酸钛钠复合电极材料的制备方法，包括以下步骤：步骤1、按照NaTi₂(PO₄)₃的化学计量比，将钠源、钛源、磷源、络合剂、氧化剂和溶剂混合，得到混合溶液；步骤2、将所述混合溶液进行溶剂热反应，然后进行冷冻干燥，得到反应物；步骤3、将所述反应物进行煅烧，得到磷酸钛钠复合电极材料。本申请提供了磷酸钛钠复合电极材料，有效解决了目前的磷酸钛钠晶体结构容易坍塌，导致的磷酸钛钠电极材料的充放电可逆性差的技术缺陷。

技术领域

本申请属于电池的技术领域，尤其涉及一种磷酸钛钠复合电极材料及其制备方法和电池。

背景技术

当今社会，能源问题已经成为阻碍社会可持续发展和进步的重要问题。传统化石能源诸如煤、石油、天然气等日益减少，环境逐渐恶化，而新型可再生能源诸如太阳能、风能、潮汐能等虽然备受关注，但受到客观因素(季节气候、地理位置等)仍旧难堪大用。因此，如何合理储存能源、实现能源利用最大化是目前解决能源、环境问题的重中之重。

现阶段，最高效的储能方式是电化学储能，其中最受欢迎的是锂离子电池，具有工作电压高、循环寿命长、能量密度高、自放电小、无记忆效应、环境友好等优点，已经广泛应用于各种电子器件、交通、航天等各个领域。但是，锂资源储量分布少、价格昂贵、电池安全性能指数偏低等问题极大地限制了其应用。

最近新开发的钠离子电池具有很好的发展前景，不仅具有和锂离子电池相似的“摇椅”式储能机理，而且钠元素在地壳中含量丰富、价格成本低廉。目前，影响钠离子电池发展的主要因素是缺少高性能的电极材料，尤其是负极材料。磷酸钛钠化合物是具有钠超离子导体结构(NASICON)的材料，离子传输率高和化学稳定性好。然而，其内部相互分离的TiO₆八面体造成其电子导电性较差。此外，由于钠离子半径较大，钠离子在磷酸钛钠晶格中脱嵌阻力大，使磷酸钛钠晶体结构容易坍塌，造成该电极材料的充放电可逆性较差，尤其是大电流密度下的不可逆容量损失较大，充放电时性能不理想，阻碍了磷酸钛钠材料在高性能钠离子电池中的进一步应用和发展。

发明内容

有鉴于此，本申请提供了磷酸钛钠复合电极材料，有效解决了目前的磷酸钛钠晶体结构容易坍塌，导致的磷酸钛钠电极材料的充放电可逆性差的技术缺陷。

本申请提供了一种磷酸钛钠复合电极材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、按照NaTi₂(PO₄)₃的化学计量比，将钠源、钛源、磷源与一定量的络合剂、氧化剂和溶剂混合，得到混合溶液；

步骤2、将所述混合溶液进行溶剂热反应，然后进行冷冻干燥，得到反应物；

步骤3、将所述反应物进行煅烧，得到磷酸钛钠复合电极材料。

作为优选，步骤1中，所述溶剂选自去离子水、乙醇、丙酮中的一种或多种。

具体的，步骤1可以先将钛源、溶剂和氧化剂混合，然后再添加钠源、磷源和络合剂混合，得到混合溶液。其中，钛源、溶剂和氧化剂混合为搅拌混合，转速为300～800r/min。

具体的，步骤1中，所述氧化剂在所述混合溶液的浓度为0.5-10mol/L。

具体的，步骤1的混合时间为0.2～1h。

作为优选，步骤1中，所述钠源选自柠檬酸钠、磷酸二氢钠、碳酸钠、草酸钠、碳酸氢钠、氯化钠、磷酸钠、乳酸钠、硫酸钠、乳酸钠、硝酸钠和氢氧化钠中的一种或多种；

所述钛源选自乙酰丙酮氧钛、钛酸丁酯、钛酸异丙酯、二氧化钛、氢氧化钛和偏钛酸中的一种或多种；