[发明专利]一种有机聚合物-钛酸钠材料的制备方法及其应用

说明书

为了解决钛酸钠材料容量衰减迅速、倍率性能较差等问题，本发明提供了一种有机聚合物‑钛酸钠的制备方法及其应用。该有机聚合物‑钛酸钠由如下方法制备得到：以一定比例的含钠无机化合物和二氧化钛为原料，将二者充分混合后进行高温烧结，获得钛酸钠；再将一定比例的有机化合物与合成的钛酸钠混合，二次热处理后获得有机聚合物‑钛酸钠材料。其中，获得的所述交联有机聚合物‑钛酸钠为微米级短棒状形貌，尺寸为2~6μm。本发明提供的有机聚合物‑钛酸钠材料制备工艺简单、原材料资源丰富、成本低廉，采用上述材料作为负极活性材料的钠离子二次电池，具有较高的容量和较好的循环稳定性。

技术领域

本发明涉及材料制备领域，具体涉及一种有机聚合物-钛酸钠材料的制备方法及其应用。

背景技术

随着我们生活水平和技术实力的不断发展，全球能源消费呈指数级增长，具有优异的储能能力、高能量转化率、快速反应动力学等特点的二次电池逐渐成为人们社会生活与工业生产中重要的储能器件。常见的二次电池包括铅酸电池、镍镉电池、燃料电池、锂离子电池、钠离子电池等，其中锂离子电池凭借着高输出电压、高容量、宽工作温度范围和稳定的嵌入式材料结构等优势迅速获得业界的关注，从便携式电子产品到运输系统再到能源网领域均占据了主导市场。

作为锂离子电池的重要原材料，锂比其他元素的需求更大。由于锂在地球的分布不均且丰度低，随着金属锂的不断消耗，含锂原料的价格日益增长。为解决这一问题，研究人员正在积极寻找可替代锂离子电池的储能器件。目前，已有部分国家、地区开发钠离子电池应用在大规模储能领域，用于储存太阳能、风能、潮汐能等清洁能源所转换产生的电能。

钠离子电池与锂离子电池的工作原理一致，开发钠离子电池材料可以借鉴锂离子电池的经验。在钠离子电池的研究中，负极材料对电池的性能起到决定性的作用。钠离子电池负极材料主要有碳材料、合金材料、过渡金属氧化物材料和有机材料。合金材料主要为硅、锡等，具有容量高的优点，但是充放电过程中体积膨胀较大，导致倍率性能和循环性能较差。过渡金属氧化物包括二氧化钛、钛酸钠等，钛酸钠嵌钠前后的体积变化小于0.8%，具有较好的结构稳定性。但是由于钛酸钠材料的离子电导率和电子电导率较低，导致容量不能充分发挥。

本发明采用有机化合物为前驱体，通过简单的操作工艺使有机化合物并对钛酸钠材料进行包覆处理，相比未经处理的钛酸钠材料，其电化学性能提升明显，该制备工艺对钛酸钠的产品制备及其在钠离子电池领域的应用具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的缺点和不足，而提供一种有机聚合物-钛酸钠材料的制备方法及其应用。

本发明所采取的技术方案如下：

本发明的第一方面，提供一种有机聚合物-钛酸钠材料的制备方法，具体包括以下步骤：

（1）将含钠无机化合物和二氧化钛按比例均匀混合，得到钛酸钠前驱体粉体；

（2）将钛酸钠前驱体粉体在特定气氛下进行高温处理，得到钛酸钠粉末；

（3）将有机化合物按比例溶于溶剂，加热搅拌至有机化合物完全溶解；

（4）将步骤（2）合成的钛酸钠粉末加入步骤（3）的溶液中，搅拌得到混合悬浊液；

（5）对步骤（4）的混合悬浊液进行加热搅拌直至溶剂挥发，得到有机聚合物-钛酸钠前驱体粉末；

（6）将步骤（5）的有机聚合物-钛酸钠前驱体粉末在特定气氛下进行热处理得到有机聚合物-钛酸钠材料。

进一步的，步骤（1）中所述的含钠无机化合物为草酸钠、乙酸钠、碳酸钠、氟化钠中的一种或多种；所述的二氧化钛为纯度大于10%的粉体或块体；所述的含钠无机化合物和二氧化钛的摩尔比为0.01~2:1。

进一步的，步骤（2）中所述的特定气氛为含有氮气、氢气、氩气、氧气或甲醇中的一种或多种混合气氛；所述高温处理的温度为500~1200 ℃，高温处理时间为6~24 h。