[发明专利]一种微米花结构TiP2

说明书

本发明涉及一种微米花结构TiP₂O₇/C复合材料及其制备方法与应用，本发明采用钛酸丁酯(TBOT)和植酸(PA)在乙醇中水热反应，然后在高温下煅烧，成功合成了微米花结构的TiP₂O₇@C。在该结构中，TiP₂O₇微米花片层外面包覆一层薄薄的碳层。这种结构作为钠离子电池负极材料，同时实现了高空间利用率和长循环寿命。在2.0A g^‑1的电流密度下循环10000次循环后，它的容量保持率为88％，是钛基化合物材料中性能非常优异的负极材料。

技术领域：

本发明提供一种微米花结构TiP₂O₇/C复合材料及其制备方法与应用，属于材料和钠离子电池技术领域。

背景技术：

锂离子电池(LIBs)作为清洁储能装备已经应该用到生活中的各个领域，但是，有限的锂资源缺乏限制了LIBs在大型储能设备中的使用。因此，寻找新的能源体系就显得尤为重要，与此同时钠离子电池(NIBs)吸引了人们的注意，从理论上分析，NIBs具有和LIBs相似的工作原理，丰富的储量和廉价的开采成本是研究的基础，直接使用铝箔作为集流体，降低了组装成本，较低的电位减少了有机电解液等副反应的发生，缺点就是大的离子半径减慢了钠离子在电极材料内部的扩散速率，而且会引发较大的体积膨胀效应，从而导致结构坍塌，活性物质脱落，容量迅速下降。因此，钠离子电池研发的关键在于稳定且高效的电极材料。从商业化角度讲，LIBs的生产线已经建立，NIBs只需要稍加优化即可，企业不愿意研究锂硫电池，锂空电池，是因为他们从基础研究到生产，还需要投入很大的人力物力。而且目前英国faradion公司的钠离子电池自行车已经上市，给我们提供了研究动力，但是能量密度还是没法和LIBs比，所以钠离子电池(NIBs)电极材料的开发是关键。

目前商业化的NIBs负极材料石墨，其钠存储能力较差而且电位较低，这会引起钠枝晶的生长并引起安全隐患。合金机制的材料具有大的理论比容量，例如Sb(660mAh g^-1)，Sn(847mAh g^-1)，P(2596mAh g^-1)，但是该类材料在循环过程中会发生较大的体积变化，从而导致电极材料粉碎和容量衰减。Ti基氧化物具有一些优于碳和合金的优点，例如对电极的高结合亲和力，对碳的优异的热稳定性和适当的放电电位。因此，对基于Ti相关氧化物的复合材料的研究是必要的。TiO₂材料引起了广泛的关注，申请人在研究过程中通过一个简单的工艺合成了明确定义的Sb/TiO₂纳米管，它们在锂离子电池和钠离子电池中重复放电/充电1000次循环，具有高的容量保持率。然而，纳米管的过大的内部空隙将显着降低体积能量密度。因此，为了提高能量密度，又研制出蛋黄蛋壳结构的Sb@Ti-P-O纳米线，其中多孔Sb纳米棒作为核心，无定形Ti-P-O纳米管作为壳。尽管空间利用率和可逆容量得到改善，但寿命仅为0.5Ag^-1时约200个循环。因此，平衡循环寿命和空间利用是一个巨大的挑战。申请人又通过简单的水热合成方法，制备了两相掺杂的TiO₂/C材料，在大电流密度下循环6000圈，还有120mAh g^-1的容量，但是，对于理论比容量为335mAh g^-1的TiO₂材料，比容量的发挥还是不尽人意。

因此，需要研发一种更高比容量、循环寿命、新型的Ti基氧化物电极材料。

发明内容：

针对现有技术的不足，本发明提供一种微米花结构TiP₂O₇/C复合材料及其制备方法与应用。

发明概述：