【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种多位点掺杂钛基磷酸盐材料及其制备方法与应用。
技术介绍
1、在全球化石能源危机的日益严峻下，更多依赖风能、太阳能、潮汐能等非稳定输出能源的利用。作为规模储能系统中关键部件，二次离子电池电化学性能尤显重要。二次钠离子电池由于低成本、优异低温性能等优势备受关注，而电极材料直接决定电池电化学性能。
2、作为一种钠离子电极材料，磷酸钛钠具有优异的结构和热稳定性能，然而，极低的电子电导率、不够宽敞的离子扩散通道等特点严重限制其在钠离子电池中的应用。在已有的材料改性技术手段中，掺杂由于种类丰富、制备方式等广受欢迎。k+具有相对于na+更大的离子半径，kti2(po4)3因此能为na+的插入提供更大的离子扩散通道改善材料电化学性能(doi:10.1002/aenm.201700247)；在ti位点掺杂过渡金属元素能改善材料电子导电率，提升材料电化学性能。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种多位点掺杂钛基磷酸盐材料及其制备方法与应用，通过多位点掺杂策略，从多角度、多维度改善钛基磷酸盐在二次钠离子电池中的应用电化学性能。通过可操作性强、易于实现量产化的制备方法制备多位点掺杂的钛基磷酸盐-磷酸钛钠，其在有机/水系二次钠离子电池中表现出优异电化学性能。
2、实现上述目的一种技术方案是：一种多位点掺杂钛基磷酸盐材料，所述多位点掺杂钛基磷酸盐材料的化学式为na1-xaxti2-yby(po4)3-zcz碳复合材料，a为碱金属离子、k、m
3、本专利技术还提供了一种上述的多位点掺杂钛基磷酸盐材料的制备方法，将na源材料、ti源材料、p源材料、a源材料、b源材料、c源材料及碳源材料混合均匀，干燥后制得前驱粉体，在惰性气氛烧结窑炉中烧结，冷却后粉碎制得多位点掺杂的na1-xaxti2-yby(po4)3-zcz碳复合材料，其中x为0.01-1，y为0.001-2，z为0.001-3；na1-xaxti2-yby(po4)3-zcz材料和碳源材料的质量比为(0.7-0.99):(0.01-0.3)。
4、上述的一种多位点掺杂钛基磷酸盐材料的制备方法，其中，所述na源材料为naoh、na2co3、na2so4、nah2po4和醋酸钠中的至少一种；
5、所述a源材料为k2co3、mgco3和k2so4中的至少一种，所述a源材料的k+离子半径大于所述na源材料的na+离子半径；
6、所述ti源材料为硫酸氧钛、tio2、钛酸四丁酯和四氯化钛中的至少一种；
7、所述b源材料为草酸铁、碱式碳酸铜、v2o5等含过渡金属元素化合物中的至少一种；
8、所述p源材料为h3po4、nh4h2po4、(nh4)2hpo4、p2o5等含磷化合物中的至少一种；
9、所述c源材料为sio2、硼酸、氢氟酸和硫酸中的至少一种；
10、所述碳源材料为乙炔黑、石墨、super p、蔗糖和葡萄糖中的至少一种。
11、上述的一种多位点掺杂钛基磷酸盐材料的制备方法，其中，所述c源材料用于形成聚阴离子bo33-、sio32-或so42-。
12、上述的一种多位点掺杂钛基磷酸盐材料的制备方法，其中，所述na源材料、ti源材料、p源材料、a源材料、b源、c源及碳源材料混合均匀的方式为干法球磨、湿法球磨和高速分散混合中的一种或几种。
13、上述的一种多位点掺杂钛基磷酸盐材料的制备方法，其中，所述干燥后制得前驱粉体中的干燥方式为流化床干燥、喷雾干燥和盘式干燥中一种或几种。
14、上述的一种多位点掺杂钛基磷酸盐材料的制备方法，其中，所述烧结窑炉的惰性气氛为氮气和/或氩气；所述烧结窑炉的烧结温度为650-1050℃，升温速率为1-5℃/min；保温时间为4-24h。
15、上述的一种多位点掺杂钛基磷酸盐材料的制备方法，其中，烧结后的冷却方式为主动冷却和/或自然冷却。
16、上述的一种多位点掺杂钛基磷酸盐材料的制备方法，其中，冷却后的粉碎方式为机械粉碎、气流磨粉碎和磨盘粉碎中的一种或多种。
17、本专利技术还提供了上述的多位点掺杂钛基磷酸盐材料或者采用上述的制备方法制成的多位点掺杂钛基磷酸盐材料在二次钠离子电池中的应用。
18、采用本专利技术的多位点掺杂钛基磷酸盐材料及其制备方法与应用的技术方案，通过多位点掺杂策略，从多角度、多维度改善钛基磷酸盐在二次钠离子电池中的应用电化学性能；通过可操作性强、易于实现量产化的制备方法制备多位点掺杂的钛基磷酸盐-磷酸钛钠，其在有机/水系二次钠离子电池中表现出优异电化学性能。
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1.一种多位点掺杂钛基磷酸盐材料，其特征在于，所述多位点掺杂钛基磷酸盐材料的化学式为Na1-xAxTi2-yBy(PO4)3-zCz碳复合材料，其中A为碱金属离子、K、Mg中的至少一种；B为过渡金属离子、Fe、Cu、V的至少一种；C为阴离子团，SiO44-、SO42-、F-、B4O72-，x为0.01-1，y为0.001-2，z为0.001-3。
2.一种如权利要求1所述的多位点掺杂钛基磷酸盐材料的制备方法，其特征在于，将Na源材料、Ti源材料、P源材料、A源材料、B源材料、C源材料及碳源材料混合均匀，干燥后制得前驱粉体，在惰性气氛烧结窑炉中烧结，冷却后粉碎制得多位点掺杂的Na1-xAxTi2-yBy(PO4)3-zCz碳复合材料，其中x为0.01-1，y为0.001-2，z为0.001-3；Na1-xAxTi2-yBy(PO4)3-zCz材料和碳源材料的质量比为(0.7-0.99):(0.01-0.3)。
3.如权利要求2所述的一种多位点掺杂钛基磷酸盐材料的制备方法，其特征在于，所述Na源材料为NaOH、Na2CO3、Na2SO4、NaH2PO4和醋酸钠
4.如权利要求2所述的一种多位点掺杂钛基磷酸盐材料的制备方法，其特征在于，所述C源材料用于形成聚阴离子BO33-、SiO32-或SO42-。
5.如权利要求2所述的一种多位点掺杂钛基磷酸盐材料的制备方法，其特征在于，所述Na源材料、Ti源材料、P源材料、A源材料、B源、C源及碳源材料混合均匀的方式为干法球磨、湿法球磨和高速分散混合中的一种或几种。
6.如权利要求2所述的一种多位点掺杂钛基磷酸盐材料的制备方法，其特征在于，所述干燥后制得前驱粉体中的干燥方式为流化床干燥、喷雾干燥和盘式干燥中一种或几种。
7.如权利要求2所述的一种多位点掺杂钛基磷酸盐材料的制备方法，其特征在于，所述烧结窑炉的惰性气氛为氮气和/或氩气；所述烧结窑炉的烧结温度为650-1050℃，升温速率为1-5℃/min；保温时间为4-24h。
8.如权利要求2所述的一种多位点掺杂钛基磷酸盐材料的制备方法，其特征在于，烧结后的冷却方式为主动冷却和/或自然冷却。
9.如权利要求2所述的一种多位点掺杂钛基磷酸盐材料的制备方法，其特征在于，冷却后的粉碎方式为机械粉碎、气流磨粉碎和磨盘粉碎中的一种或多种。
10.一种如权利要求1所述的多位点掺杂钛基磷酸盐材料或者采用如权利要求2所述的制备方法制成的多位点掺杂钛基磷酸盐材料在二次钠离子电池中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种多位点掺杂钛基磷酸盐材料，其特征在于，所述多位点掺杂钛基磷酸盐材料的化学式为na1-xaxti2-yby(po4)3-zcz碳复合材料，其中a为碱金属离子、k、mg中的至少一种；b为过渡金属离子、fe、cu、v的至少一种；c为阴离子团，sio44-、so42-、f-、b4o72-，x为0.01-1，y为0.001-2，z为0.001-3。
2.一种如权利要求1所述的多位点掺杂钛基磷酸盐材料的制备方法，其特征在于，将na源材料、ti源材料、p源材料、a源材料、b源材料、c源材料及碳源材料混合均匀，干燥后制得前驱粉体，在惰性气氛烧结窑炉中烧结，冷却后粉碎制得多位点掺杂的na1-xaxti2-yby(po4)3-zcz碳复合材料，其中x为0.01-1，y为0.001-2，z为0.001-3；na1-xaxti2-yby(po4)3-zcz材料和碳源材料的质量比为(0.7-0.99):(0.01-0.3)。
3.如权利要求2所述的一种多位点掺杂钛基磷酸盐材料的制备方法，其特征在于，所述na源材料为naoh、na2co3、na2so4、nah2po4和醋酸钠中的至少一种；
4.如权利要求2所述的一种多位点掺杂钛基磷酸盐材料的制备方法，其特征在于，所述c源材...
【专利技术属性】
技术研发人员：田剑莉亚，侯肖瑞，鲍宇杨，
申请(专利权)人：贲安能源科技江苏有限公司，
类型：发明
国别省市：
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