本发明专利技术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%。本发明专利技术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。长循环的电化学性能。长循环的电化学性能。
【技术实现步骤摘要】
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
[0001]本专利技术涉及微纳米材料
，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。
技术介绍
[0002]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。
[0003]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。
[0004]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。
[0005]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+
。
[0006]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。
技术实现思路
[0007]本专利技术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。实现本专利技术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。
[0008]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%。
[0009]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%。
[0010]实现本专利技术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：
①
将钠源、钛源、磷源加入到纯水中并分散均匀，将分散均匀的浆料转移至反应釜中，水热反应得到磷酸钛钠备用。
[0011]②
将硝酸铜、氯化亚锡、碳源、乙醇、乙二醇、水、磷酸钛钠混合后，水热反应得到NaTi2(PO4)3基前驱体材料。
[0012]③
将步骤
②
制备的NaTi2(PO4)3基前驱体材料在惰性或还原气氛下煅烧，得到铜锡共掺杂改性的碳包覆的磷酸钛钠复合材料。
[0013]上述步骤
①
中钠源为氢氧化钠、磷酸钠、碳酸钠、酒石酸钠中的一种，钛源为纳米二氧化钛、钛酸、偏钛酸中的一种，磷源为磷酸或磷酸钠。
[0014]上述步骤
①
中，将钠源、钛源、磷源按反应摩尔比加入到纯水中，配成均匀的浆料后球磨2～10小时；将球磨后的浆料转移至反应釜中以5～20 ℃/min的速度升温至50～200 ℃，保温60～900 min，然后冷却得到NaTi2(PO4)3备用。
[0015]上述步骤
②
中碳源为葡萄糖、Span60、吐温80、聚丙烯酰胺、聚乙烯吡咯烷酮中的一种或一种以上的组合物。
[0016]作为优选的，步骤
②
中，硝酸铜：氯化亚锡：碳源：乙醇：乙二醇：水：磷酸钛钠按照质量比3～10: 3～10：8～30：15～25：3～8：20～40：80～120配制。
[0017]作为优选的，步骤
②
中，硝酸铜、氯化亚锡、碳源、乙醇、乙二醇、水、磷酸钛钠混合后，在50 ℃～150℃下搅拌2～8h，在真空干燥箱中冷却，随后抽真空排出气泡；再在60～100 ℃下保温6～12 h，冷却得到NaTi2(PO4)3基前驱体材料。
[0018]上述步骤
③
中，将步骤
②
制备的NaTi2(PO4)3基前驱体材料置于管式炉或箱式炉中，通入惰性或还原气氛10～30分钟，以2～5 ℃/min 的速度升温至800～1000 ℃，保温180～720min，然后冷却，停止通气，得到铜锡共掺杂改性的碳包覆的磷酸钛钠复合材料。
[0019]进一步的，步骤
③
中，所述惰性或还原气氛氮气、氩气或氩氢气中的一种。
[0020]实现本专利技术第三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应用，将铜锡共掺杂改性的碳包覆的磷酸钛钠复合材料作为钠离子电池的活性材料。
[0021]本专利技术具有积极的效果：（1）本专利技术的掺杂改性的碳包覆的磷酸钛钠复合材料是铜锡共掺杂改性的碳包覆的磷酸钛钠复合材料，在掺杂量相同的情况下，相比于单独锡掺杂改性或者单独铜掺杂改性，铜锡共掺杂改性的复合材料的导电性能显著提高。
[0022]（2）本专利技术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。
[0023]（3）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。
附图说明
[0024]图1为实施例1、2、3制备的掺杂改性的碳包覆的磷酸钛钠复合材料的XRD图谱。
[0025]图2为实施例1制备的掺杂改性的碳包覆的磷酸钛钠复合材料的SEM图。
[0026]图3为实施例2制备的掺杂改性的碳包覆的磷酸钛钠复合材料的SEM图。
[0027]图4为实施例3制备的掺杂改性的碳包覆的磷酸钛钠复合材料的SEM图。
[0028]图5为共掺杂改性的碳包覆的磷酸钛钠复合材料、单掺杂改性的碳包覆的磷酸钛钠复合材料的电化学阻抗谱。
[0029]图6为本专利技术的共掺杂改性的碳包覆的磷酸钛钠复合材料组装的电池与单掺杂改性的复合材料组装的电池的倍率性能对比图。
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种掺杂改性的碳包覆的磷酸钛钠复合材料，其特征在于：为铜、锡共掺杂改性的碳包覆的磷酸钛钠复合材料。2.根据权利要求1所述的掺杂改性的碳包覆的磷酸钛钠复合材料，其特征在于：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%。3.根据权利要求2所述的掺杂改性的碳包覆的磷酸钛钠复合材料，其特征在于：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%。4.一种如权利要求1所述的掺杂改性的碳包覆的磷酸钛钠复合材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
①
将钠源、钛源、磷源加入到纯水中并分散均匀，将分散均匀的浆料转移至反应釜中，水热反应得到磷酸钛钠备用；
②
将硝酸铜、氯化亚锡、碳源、乙醇、乙二醇、水、磷酸钛钠混合后，水热反应得到NaTi2(PO4)3基前驱体材料；
③
将步骤
②
制备的NaTi2(PO4)3基前驱体材料在惰性或还原气氛下煅烧，得到铜锡共掺杂改性的碳包覆的磷酸钛钠复合材料。5.根据权利要求4所述的掺杂改性的碳包覆的磷酸钛钠复合材料的制备方法，其特征在于：步骤
①
中钠源为氢氧化钠、磷酸钠、碳酸钠、酒石酸钠中的一种，钛源为纳米二氧化钛、钛酸、偏钛酸中的一种，磷源为磷酸或磷酸钠。6.根据权利要求4所述的掺杂改性的碳包覆的磷酸钛钠复合材料的制备方法，其特征在于：步骤
①
中，将钠源、钛源、磷源按反应摩尔比加入到纯水中，配成均匀的浆料后球磨2～10小时；将球磨后...
【专利技术属性】
技术研发人员：张佳其，毛武涛，卞皓伟，张新月，夏鹏，吴澳华，李巧慧，孙慧慧，朱龙伟，叶招莲，鲍克燕，
申请(专利权)人：江苏理工学院，
类型：发明
国别省市：
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