[发明专利]掺杂改性的碳包覆的磷酸钛钠复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种掺杂改性的碳包覆的磷酸钛钠复合材料及其制备方法，为铜、锡共掺杂改性的碳包覆的磷酸钛钠复合材料，其中，铜的质量分数为1%～8%，锡的质量分数为1%～8%，碳的质量分数为3%～12%。本发明的掺杂改性的碳包覆的磷酸钛钠复合材料的制备方法，副产物无害，无污染，可以应用于工业化大生产。采用掺杂改性的碳包覆的磷酸钛钠复合材料组装的电池，具有比容量大、长循环的电化学性能。

技术领域

本发明涉及微纳米材料技术领域，具体涉及一种掺杂改性的碳包覆的磷酸钛钠复合材料及其制备方法。

背景技术

在过去的几十年中锂离子电池被广泛用作可充电储能设备，但是锂资源的缺乏限制了锂离子电池的进一步发展。由于钠储量丰富得多且安全性更高，钠离子电池被公认为可再充电能量存储的良好候选者。

NASICON型NaTi₂(PO₄)₃因其高的Na⁺电导率，非常平坦的充放电平稳期，相对较高的133 mAh/g的理论容量和出色的热稳定性，成为极具竞争力的钠离子电池负极材料。NaTi₂(PO₄)₃具有较高的充放电平台，可减少形成SEI界面膜和在电极材料表面沉积金属钠的可能性。但是，NaTi₂(PO₄)₃在Na⁺插入/提取过程中电导率低且电荷转移动力学慢，从而导致差的速率性能和循环稳定性。

目前，有三种提高电导率和电化学性能的有效策略：（1）NaTi₂(PO₄)₃颗粒设计为纳米级，可缩短离子和电子传输路径，使电解质易于渗透；（2）NaTi₂(PO₄)₃的外表面采用导电性能良好的材料进行涂层或负载，以提高其导电性；（3）异质原子掺杂增强Na⁺扩散动力学。

关于异质原子掺杂增强Na⁺扩散动力学，中国专利文献CN 111477872A（申请号202010225170.5）公开了一种以铁掺杂磷酸钛钠作为负极活性材料的水系锂/钠离子电池及其制备方法，电池包括正极片﹑负极片、隔膜、电解液和外壳，所述正极片的正极活性物质为插入化合物，所述插入化合物中含有过渡金属；所述负极片的负极活性物质为铁掺杂磷酸钛钠；其中负极活性物质的制作是将二氧化钛、磷酸二氢钠、MC 2 O 4 混和均匀，在惰性气体氛围下高温煅烧制成铁掺杂磷酸钛钠；其中M为Fe ²⁺。

又例如中国专利文献CN 109888375A（申请号201910173953.0）公开了一种掺杂磷酸钛钠微孔纳米晶电解质及其制备方法和应用，该纳米晶电解质为金属铝、镧或铁掺杂的磷酸钛钠纳米材料，其通式为Na _1+x M _x Ti _2-x (PO ₄ ) ₃ ，其中，M为金属铝、镧或铁，x的值为0.1～0.4。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种导电性能好的铜锡共掺杂改性的碳包覆的磷酸钛钠复合材料及其制备方法和应用。实现本发明第一目的的技术方案是一种掺杂改性的碳包覆的磷酸钛钠复合材料，为铜、锡共掺杂改性的碳包覆的磷酸钛钠复合材料。

作为可选的，铜、锡共掺杂改性的碳包覆的磷酸钛钠复合材料中，铜的质量分数为1%～8%，锡的质量分数为1%～8%，碳的质量分数为3%～12%。

作为可选的，铜、锡共掺杂改性的碳包覆的磷酸钛钠复合材料中，铜的质量分数为1%～4%，锡的质量分数为2%～6%，碳的质量分数为5%～10%。

实现本发明第二目的的技术方案是上述掺杂改性的碳包覆的磷酸钛钠复合材料的制备方法，包括以下步骤：