一种微球形钛磷氧化物及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种微球形钛磷氧化物及其制备方法，所述制备方法包括：a）配制含有钛源的溶液A、以及含有磷源的溶液B；b）量取溶液A和溶液B混合后得到前驱液，前驱液中Ti2+：PO43-的摩尔比介于0.2-2.5之间；c）向步骤b）制备的前驱液中加入碱性物质，调节前驱液的pH值至5-10，优选调节pH值至7-8，然后微波加热至80-200℃，反应时间为2-6h，反应完毕后，过滤得到沉淀物；d）将步骤c）得到的沉淀物洗涤、干燥后，在600-900℃下焙烧，得到所述微球形钛磷氧化物。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电池电极材料制备方法领域，主要涉及一种微波水热法合成微球形钛磷氧化物的方法。
技术介绍
锂离子电池由于其具有较大的容量，良好的循环寿命和安全性，已在便携式电子设备领域得到了广泛的应用，尤其近年来随着电动汽车和大型储能设备的发展，锂离子电池的应用和研究获得了爆发式的增长。但是，锂资源有限，材料成本较高，这些一定程度上限制了锂离子电池进一步的大规模应用，也迫切需要发展一种可与锂离子电池性能接近的电池体系。钠元素与锂元素处于同一主族，具有相似的化学性质，电极电位相近，而且钠资源丰富，提炼的成本较低，有望代锂离子电池体系。因此，发展具有大容量和优良的循环性能的钠离子电池负极材料已经引起工业界和学术界的普遍关注。负极活性材料对钠离子电池的安全性能、倍率性能具有重要影响，磷酸钛钠、钛酸锂钠和钛氧化合物等负极活性物质体系是目前钠离子电池的研究热点。Jun-ichi Yamakiden等人研究了NaTi2(PO4)3作为钠离子电池负极材料，具有2.1V的电压平台和130mAh/g的容量，30次循环容量几乎没有衰减(Journal of Electrochemical Society,2011,158(10),A1067-A1070)。Yuesheng Wang等人研究了P2-Na0.66[Li0.22Ti0.78]O2作为钠离子电池负极材料，该材料与钛酸锂结构相似，属于“零应变”材料，可避免在循环过程中体积变化造成的容量衰减，循环1200次，容量几乎无衰减。但现有报道的该类电极材料制备方法存在较大局限，材料合成中需要高温固烧结，存在批量生产中过程控制复杂、能耗和成本较大，且制备得到的产品颗粒形貌不可控，限制了材料的性能。因此，如何开发一种新型的电极材料，同时能通过简单的步骤合成具有较理想的容量和循环性能的钠离子电池负极材料是本领域技术人员的重点攻关方向之一。
技术实现思路
本专利技术旨在克服现有钠离子电池负极材料在性能以及制备方法上的缺陷，本专利技术提供了一种微球形钛磷氧化物及其制备方法。本专利技术提供了一种微球形钛磷氧化物的制备方法，包括：a)配制含有钛源的溶液A、以及含有磷源的溶液B；b)量取溶液A和溶液B混合后得到前驱液，前驱液中Ti2+：PO43-的摩尔比介于0.2-2.5之间；c)向步骤b)制备的前驱液中加入碱性物质，调节前驱液的pH值至5-10，优选调节pH值至7-8，然后微波加热至80-200℃，微波反应时间为2-6h，反应完毕后，过滤得到沉淀物；d)将步骤c)得到的沉淀物洗涤、干燥后，在600-900℃下焙烧，得到所述微球形钛磷氧化物。较佳地，钛源包括TiCl4、TiBr4、Ti(SO4)2、C16H36O4Ti中的至少一种，磷源包括NaH2PO4、Na2HPO4、NH4H2PO4、(NH4)2HPO4中的至少一种。较佳地，溶液A中，Ti2+浓度为0.05mol/L-2mol/L；溶液B中，PO43-浓度为0.05mol/L-2mol/L。较佳地，溶液A和溶液B中的溶剂包括水、乙醇、PEG-400中的至少一种。较佳地，碱性物质包括氨水、碳酸钠、乙酸钠中的至少一种，使用浓度为0.05mol/L-2mol/L的碱性物质溶液调节前驱液pH值。较佳地，在80-200℃温度下的反应时间为1-24小时，反应在反应釜中进行，反应釜装填比控制为40％-50％。较佳地，以1-10℃/分钟的速率升温至600-900℃焙烧2-12小时。本专利技术还提供了一种上述方法制备的微球形钛磷氧化物，所述微球形钛磷氧化物的组成化学式为(TiO)xPyOz(z＝x+2.5y)，0<x<3，0<y<3，0<x<12，微球形钛磷氧化物的粒径为1-10微米。较佳地，微球形钛磷氧化物中钛、磷摩尔比在0.5-3.0之间。附图说明图1是本专利技术一个实施方式中制备的(TiO)xPyOz的XRD图谱；图2是本专利技术一个实施方式中制备的(TiO)xPyOz材料的SEM图谱。具体实施方式以下结合附图和下述实施方式进一步说明本专利技术，应理解，附图及下述实施方式仅用于说明本专利技术，而非限制本专利技术。本专利技术公开提供了一种微波水热法合成微球形钛磷氧化物的方法，所述材料制备方法简单，生产成本低，生产周期短，性能稳定。本专利技术采用了一种简单的制备方法合成出了一种微球形的钛磷氧化物负极，材料粒径容易实现最优分布，具有较高的电极堆积密度，用以制备的钠离子电池具有循环性能稳定、高功率特性和高比能量等优点。本专利技术公开了一种微波水热法合成微球形钛磷氧化物的方法。包括：1)分别称取钛源、磷源于烧杯中，加入一定量的溶剂，分别配制浓度为0.05mol/L-2mol/L的溶液A，浓度为0.05mol/L-2mol/L的溶液B；2)按Ti2+：PO43-的摩尔比介于0.5-3之间，量取一定量的溶液A和B，将溶液A逐滴滴加到溶液B中，混合均匀后得到前驱液；3)向步骤2)中的混合液中加入一定量的弱碱或弱碱盐，将前驱液pH范围调节至5-10；4)将前驱液装填于衬有聚四氟乙烯的反应釜中，微波加热至80-200℃，微波反应2h，结束反应后将反应釜自然冷却至室温，得到反应产物；5)将反应产物依次使用去离子水和无水乙醇清洗，然后将产物干燥，得到钛磷氧化物前驱体；6)将步骤5)中的前驱体置于马弗炉中以2℃/min的速率升温至600-900℃焙烧2-12h，冷却，得到(TiO)xPyOz球形颗粒。所述钛源可为TiCl4，TiBr4，Ti(SO4)2，C16H36O4Ti中的至少一种，所述磷源可为NaH2PO4，Na2HPO4，NH4H2PO4，(NH4)2HPO4中的至少一种。所述溶液A和溶液B的溶剂可为蒸馏水，乙醇，PEG-400中的至少一种。步骤3)中使用的弱碱或弱碱盐可为氨水，碳酸钠，乙酸钠等。步骤3)中使用浓度为0.05mol/L-2mol/L的弱碱或弱碱盐溶液调节前驱液pH值。反应釜装填比控制为40％-50％。步骤4)中在80-200℃温度下的反应时间为1-24h。该钛磷氧化物材料具有如下通式：(TiO)xPyOz(z＝x+2.5y)。0<x<3,0<y<3,0<x<12。本专利技术采用便捷的微波水热法有效地制备出了具有微球形的钛磷氧化物材料，并首次应用于钠离子电池负极材料，本专利技术采用微波加热的方式，以去离子水为反应介质，形成高温高压的特殊状态，然后高温处理，从而制备了本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微球形钛磷氧化物的制备方法，其特征在于，包括：a）配制含有钛源的溶液A、以及含有磷源的溶液B；b）量取溶液A和溶液B混合后得到前驱液，前驱液中Ti2+：PO43‑的摩尔比介于0.2‑2.5之间；c）向步骤b）制备的前驱液中加入碱性物质，调节前驱液的pH值至5‑10，优选调节pH值至7‑8，然后微波加热至80‑200℃，反应时间为2‑6h，反应完毕后，过滤得到沉淀物；d）将步骤c）得到的沉淀物洗涤、干燥后，在600‑900℃下焙烧，得到所述微球形钛磷氧化物。

【技术特征摘要】
1.一种微球形钛磷氧化物的制备方法，其特征在于，包括：
a）配制含有钛源的溶液A、以及含有磷源的溶液B；
b）量取溶液A和溶液B混合后得到前驱液，前驱液中Ti2+：PO43-的摩尔比介于0.2-2.5之间；
c）向步骤b）制备的前驱液中加入碱性物质，调节前驱液的pH值至5-10，优选调节pH值至7-8，然后微波加热至80-200℃，反应时间为2-6h，反应完毕后，过滤得到沉淀物；
d）将步骤c）得到的沉淀物洗涤、干燥后，在600-900℃下焙烧，得到所述微球形钛磷氧化物。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，钛源包括TiCl4、TiBr4、Ti(SO4)2、C16H36O4Ti中的至少一种，磷源包括NaH2PO4、Na2HPO4、NH4H2PO4、（NH4）2HPO4中的至少一种。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，溶液A中，Ti2+浓度为0.05mol/L-2mol/L；溶液B中，PO43-浓度为0.05mol/L-2mol/L。
4.根据权利要求1-3中任一所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘宇，吕仙月，贺诗阳，夏骥，贺健，
申请(专利权)人：中国科学院上海硅酸盐研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31