一种碳复合磷酸钛钠水系钠电纳米负极材料的制备方法及其电池技术

本发明专利技术提供本发明专利技术提供一种碳复合磷酸钛钠水系钠电纳米负极材料制备方法及电池。将钠源、钛源、磷酸盐和增稠剂与去离子水中进行搅拌，再喷雾干燥，制备水系钠电用磷酸钛钠前驱体材料粉末并压片，高温煅烧后通过粉碎机进行粉碎至微米量级，将磷酸钛钠负极材料、二维或三维导电碳材料、有机碳源和增稠剂与有机溶液中进行纳米研磨混合，干燥后在氩气氛围下碳化煅烧。本发明专利技术制备的纳米碳复合磷酸钛钠负极材料组装成扣式电池，具有较好的循环稳定性和倍率性能，制备的负极材料与锰酸锂组配水系锂钠混合全电池，电解液为1M的硫酸钠和2M的硫酸锂，制备的纳米碳复合磷酸钛钠负极材料应用于水系电池中具有较好的循环稳定性，给储能产业应用提供参考。应用提供参考。应用提供参考。

【技术实现步骤摘要】
一种碳复合磷酸钛钠水系钠电纳米负极材料的制备方法及其电池


[0001]本专利技术涉及电池领域，具体为一种碳复合磷酸钛钠水系钠电纳米负极材料的制备方法及其电池。

技术介绍

[0002]由于电动自行车对储能器件要求的不断提高，不同的电池被用来作为电动自行车动力电池以及储能电池进行研究。而水系锂钠离子电池由于具有原料来源丰富、环境友好、安全及价格便宜等优势成为该领域非常具有应用前景的电池材料候选者。传统的锂钠离子电池为有机电解液电池，具有一定的安全隐患。并且由于制造过程要求严格，因此成本较高，回收也存在一定难度。采用水系电解液能够很好的解决以上问题。
[0003]目前对储能器件的研究也引起了世界各国的广泛关注。锂离子电池储能技术在能量密度和循环寿命等方面具有明显优势，但现有商用锂离子电池体系～磷酸铁锂体系或三元锂离子电池体系中的电解液都采用易燃易爆的有机电解液，使得锂离子电池储能技术具有一定的安全隐患。近年来，使用有机体系电解液的储能电池均发生了不同程度起火爆炸事故。因此，发展高安全和高性能的电化学储能体系，从根本上保障储能设备的安全可靠运行，具有十分紧迫的现实意义，特别是具有较好的循环稳定性和倍率性能的储能设备。

技术实现思路

[0004]本专利技术目的在于提供一种碳复合磷酸钛钠水系钠电纳米负极材料的制备方法及其电池，上述方法制备的纳米碳复合磷酸钛钠负极材料组装成扣式电池，具有较好的循环稳定性和倍率性能。
[0005]为达成上述目的，本专利技术提出如下技术方案：一种碳复合磷酸钛钠水系钠电纳米负极材料的制备方法，包括如下步骤：步骤一：按NaTi
2 (PO4)3中的钠、钛和磷酸根的化学计量比称取钠源、钛源和磷酸盐，然后加入去离子水，去离子水含0.2～5%的增稠剂，再进行搅拌混合0.2～2h，使其充分溶解均匀，所述增稠剂为CMC、PVA、LA133和PAA中的一种；步骤二：将混合后的去离子水溶液在120～160℃进行喷雾干燥处理，制备水系钠离子电池用磷酸钛钠前驱体材料，喷雾干燥处理时温度设置为100～150℃；步骤三：使用压片机对前驱体粉末进行压片，其中压片机的压力为20MPa，随后移至马弗炉中进行高温煅烧，在马弗炉的加热工艺为先300～350℃预烧2～3h，然后800～900℃煅烧5～9h，升温速率为5℃/min，制备磷酸钛钠水系钠离子电池负极材料，将片状的磷酸钛钠负极材料通过粉碎机进行粉碎，过筛，粒度控制在0.5～20μm以下；步骤四：将制得的磷酸钛钠负极材料、二维或三维导电碳材料、有机碳源和增稠剂按质量比为85：（0.5～2）:（11～12.5）:2，所述有机碳源为葡萄糖、蔗糖、柠檬酸和沥青中的一种，所述增稠剂为硅烷偶联剂、聚乙烯醇（PVA）和PVB中的一种，加入到有机溶液中在砂磨
机中进行纳米研磨混合（2～5h），有机溶液为酒精、乙二醇、石油醚、甲醇和乙二醇醚中的一种，通过60～160℃烘箱干燥处理，在氮气或氩气氛围下进行碳化煅烧，煅烧工艺为：先300～350℃预烧2～3h，然后650～800℃煅烧2～3h，升温速率为5℃/min，制备碳复合磷酸钛钠水系钠电纳米负极材料。
[0006]一种碳复合磷酸钛钠水系钠电纳米负极材料，如上述的一种碳复合磷酸钛钠水系钠电纳米负极材料的制备方法获得。
[0007]一种电池，其负极采用如上述的一种碳复合磷酸钛钠水系钠电纳米负极材料与钠片组装的扣式电池。
[0008]一种电池，其负极采用如上述的一种碳复合磷酸钛钠水系钠电纳米负极材料和锰酸锂极片组装的水系锂钠混合全电池，其水系钠离子电池的电解液为1M的硫酸钠和2M的硫酸锂。
[0009]有益效果，本申请的技术方案具备如下技术效果：1、上述方法制备的纳米碳复合磷酸钛钠负极材料组装成扣式电池，具有较好的循环稳定性和倍率性能。然后制备的负极材料与锰酸锂组配水系锂钠混合全电池，电解液为1M的硫酸钠和2M的硫酸锂，制备的纳米碳复合磷酸钛钠负极材料应用于水系电池中具有较好的循环稳定性，给储能产业应用提供参考。
[0010]2、本专利技术的电池采用碳复合磷酸钛钠纳米负极材料组装成扣式电池，0.1C循环比容量达118mAh/g，循环44圈时容量保持率为98.5%，具有较好的循环稳定性。然后制备的负极材料与锰酸锂组配42mAh的水系钠离子全电池，电解液为1M的硫酸钠和2M的硫酸锂，2C循环500圈时，容量保持率近99%，制备的纳米碳复合磷酸钛钠负极材料应用于水系电池中具有较好的循环稳定性，给储能产业应用提供参考。
[0011]3、本专利技术通过喷雾干燥技术+粉末压片工艺制备水系钠电用磷酸钛钠前驱体材料，来提高制备磷酸钛钠负极材料的结晶性和反应程度。采用空气高温煅烧工艺技术+粉碎工艺制备微米量级的磷酸钛钠负极材料，避免了惰性气体的使用，降低材料合成成本。采用二维或三维导电碳材料添加+表面碳包覆技术，构建了致密的导电网络，增强了磷酸钛钠颗粒和颗粒之间的导电连接，提升了磷酸钛钠负极材料的循环稳定性和倍率性能。
[0012]应当理解，前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本公开的专利技术主题的一部分。
[0013]结合附图从下面的描述中可以更加全面地理解本专利技术教导的前述和其他方面、实施例和特征。本专利技术的其他附加方面例如示例性实施方式的特征和/或有益效果将在下面的描述中显见，或通过根据本专利技术教导的具体实施方式的实践中得知。
附图说明
[0014]附图不意在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。现在，将通过例子并参考附图来描述本专利技术的各个方面的实施例，其中。
[0015]图1为本专利技术碳复合磷酸钛钠纳米负极材料SEM形貌照片。
[0016]图2为本专利技术碳复合磷酸钛钠纳米负极材料SEM形貌和EDS元素分布图。
[0017]图3为本专利技术碳复合磷酸钛钠纳米负极材料X
‑
光衍射谱图。
[0018]图4为本专利技术碳复合磷酸钛钠纳米负极材料半电池的循环数据图。
[0019]图5为本专利技术锰酸锂与碳复合磷酸钛钠纳米负极材料组成水系锂钠混合全电池的循环数据图。
具体实施方式
[0020]为了更了解本专利技术的
技术实现思路
，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。在本公开中参照附图来描述本专利技术的各方面，附图中示出了许多说明的实施例。本公开的实施例不必定义在包括本专利技术的所有方面。应当理解，上面介绍的多种构思和实施例，以及下面更加详细地描述的那些构思和实施方式可以以很多方式中任意一种来实施，这是因为本专利技术所公开的构思和实施例并不限于任何实施方式。另外，本专利技术公开的一些方面可以单独使用，或者与本专利技术公开的其他方面的任何适当组合来使用。
[0021]实施例一、按摩尔比为0.5:2:3称取碳酸钠、二氧化钛和磷酸二氢铵，然后加入含3%的CMC的去离子水中进行高速搅拌混合2h，使其充分溶解均匀，将混合后本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳复合磷酸钛钠水系钠电纳米负极材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤一：按NaTi
2 (PO4)3中的钠、钛和磷酸根的化学计量比称取钠源、钛源和磷酸盐，然后加入去离子水，去离子水含0.2～5%的增稠剂，再进行搅拌混合0.2～2h，使其充分溶解均匀，所述增稠剂为CMC、PVA、LA133和PAA中的一种；步骤二：将混合后的去离子水溶液在120～160℃进行喷雾干燥处理，制备水系钠离子电池用磷酸钛钠前驱体材料，喷雾干燥处理时温度设置为100～150℃；步骤三：使用压片机对前驱体粉末进行压片，其中压片机的压力为20MPa，随后移至马弗炉中进行高温煅烧，在马弗炉的加热工艺为先300～350℃预烧2～3h，然后800～900℃煅烧5～9h，升温速率为5℃/min，制备磷酸钛钠水系钠离子电池负极材料，将片状的磷酸钛钠负极材料通过粉碎机进行粉碎，过筛，粒度控制在0.5～20μm以下；步骤四：将制得的磷酸钛钠负极材料、二维或三维导电碳材料、有机碳源和增稠剂按质量比为85：（0.5...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁波，郑福舟，武聪聪，李彤，周家峰，冯超，吴方，卢健，
申请(专利权)人：蚌埠学院，
类型：发明
国别省市：