[发明专利]一种表面改性磷酸钛镁材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种表面改性磷酸钛镁材料及其制备方法和应用，表面改性磷酸钛镁材料包括表面包裹碳层的磷酸钛镁；碳层为晶态碳或非晶态碳，碳层为厚度在0.5nm‑5μm的连续包覆膜、非连续包覆膜、均匀包覆膜，或粒径为1nm‑2μm的碳微粒中的一种或多种；磷酸钛镁为Mg_xTi_2.25‑0.5x(PO₄)₃，0＜x≤3，颗粒大小为10nm‑100μm；表面改性磷酸钛镁材料的粒度大小为10nm‑100μm，表面改性磷酸钛镁材料中的碳含量为0.04％‑5.0％。拉曼光谱具有D峰和G峰两个特征峰；其中，D峰波长范围为1300cm^‑1‑1460cm^‑1，G峰波长范围1460cm^‑1‑1620cm^‑1，且材料在0‑500cm^‑1波长范围内的指纹特征峰相比未包裹碳层的磷酸钛镁的指纹特征峰明显减弱。表面改性磷酸钛镁材料具有高的电导率，材料首周放电比容量为300‑700mAh/g，1C放电比容量为2.0‑200mAh/g。

技术领域

本发明涉及电池材料技术领域，尤其涉及一种表面改性磷酸钛镁材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着电子产品，电动汽车，新能源产业以及航空航天等领域的迅速发展，对能源储存与转换所用的电池在能量密度、稳定性以及安全性等方面提出了越来越高的要求。其中锂离子电池因其较高的能量密度，受到学者们的关注。而目前高能量密度的追求已越来越凸显出锂离子电池的安全性问题，因此发展或开发更高安全性的电池技术具有重要的战略意义。

镁是一种活泼金属，地壳中镁含量居第5位，密度为1.74g/cm³，具有良好的导热导电性。镁不如锂活泼，易操作，安全性好，价格低廉，岂价格仅为Li的1/24，无污染，且镁负极不产生枝晶，Mg²⁺/Mg电势较负(-2.37V vs.标准氢电极)，其理论体积能量密度为3833mA·h/cm³远高于Li的2046mA·h/cm³。我国镁储量目前居世界首位，拥有开发镁材料用于电池的独特优势。开发低成本、能提高现有电池性能的含镁材料被视为二次储能技术发展的一个重要方向。

因此，开展含磷酸钛镁材料的电池相关研究工作对未来能源的可持续发展具有重要意义。

发明内容

本发明实施例提供了一种表面改性磷酸钛镁材料及其制备方法和应用，本发明表面改性磷酸钛镁材料具有高的电导率，材料首周放电比容量为300-700mAh/g，1C放电比容量为2.0-200mAh/g。

第一方面，本发明实施例提供了一种表面改性磷酸钛镁材料包括表面包裹碳层的磷酸钛镁；

所述碳层为晶态碳或非晶态碳，所述碳层为厚度在0.5nm-5μm的连续包覆膜、非连续包覆膜、均匀包覆膜，或粒径为1nm-2μm的碳微粒中的一种或多种；

所述磷酸钛镁为Mg_xTi_2.25-0.5x(PO₄)₃，0＜x≤3，颗粒大小为10nm-100μm；

所述表面改性磷酸钛镁材料的粒度大小为10nm-100μm，所述表面改性磷酸钛镁材料中的碳含量为0.04％-5.0％。

优选的，所述表面改性磷酸钛镁材料的拉曼光谱具有D峰和G峰两个特征峰；

其中，D峰波长范围为1300cm^-1-1460cm^-1，G峰波长范围1460cm^-1-1620cm^-1，且材料在0-500cm^-1波长范围内的指纹特征峰相比未包裹碳层的磷酸钛镁的指纹特征峰弱。