[发明专利]一种氮掺杂碳包覆双核壳磷酸钛锂或磷酸钛钠的制备方法

摘要

本发明涉及一种氮掺杂碳包覆双核壳磷酸钛锂或磷酸钛钠的制备方法，属于电极材料合成领域。该制备方法是在一次导电碳与磷酸钛锂/磷酸钛钠复合和初次碳包覆的基础上，利用多巴胺在固体颗粒表面氧化聚合附着的过程实现了二次的均匀、致密包覆，高温碳化后得到氮掺杂碳包覆双核壳磷酸钛锂或磷酸钛钠材料，有效解决了磷酸钛锂和磷酸钛钠电子电导率低和碳包覆层不均匀、不致密的问题，制得的磷酸钛锂和磷酸钛钠电极性能优良、稳定。本发明采用高产率、低成本的钛源，制备方法简单、易操作，便于推广应用。

主权项

一种氮掺杂碳包覆双核壳磷酸钛锂或磷酸钛钠的制备方法，其特征是该制备方法步骤如下：(1)将锂源或钠源、钛源、磷源和掺杂元素源按锂、钛、磷、掺杂元素的摩尔比0.95～1.05∶1.9～2.1∶2.85～3.15∶0.01～0.1进行混合，得到前驱体；锂源为氢氧化锂、磷酸二氢锂、磷酸氢二锂、草酸锂、醋酸锂、碳酸锂或碳酸氢锂，钠源为氢氧化钠、磷酸二氢钠、磷酸氢二钠、草酸钠、醋酸钠、碳酸钠、碳酸氢钠中的一种以上，钛源为二氧化钛、氢氧化钛、偏钛酸中的一种以上；磷源为磷酸、磷酸二氢铵、磷酸氢二铵、磷酸铵、磷酸二氢钠、磷酸氢二钠中的一种以上；所述的掺杂金属元素为铝、铬、铌、镁、钒、锡、铋、镉中的一种以上，掺杂金属元素以无机盐和金属元素的氢氧化物的形式加入，无机盐为碳酸盐、碳酸氢盐、硝酸盐、醋酸盐或草酸盐；加入一次碳源和分散剂，碳源为葡萄糖、蔗糖、柠檬酸、丙烯酸、淀粉、糊精、聚乙二醇、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、酚醛树脂、糠醛树脂、环氧树脂、导电碳黑、科琴碳黑、Super‑p乙炔黑、KS‑6石墨中的一种以上；分散剂为水、甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、乙酸乙酯、乙二醇二甲醚、1，3二氧戊环或四氢呋喃中的一种以上；将前驱体的质量为100％、碳源加入的质量为3～30％、分散剂加入的质量为5％～50％在行星式球磨机上以200～500r/min的转速球磨1～12小时进行混料，按照球珠∶混料质量比为5～10∶1加入球珠；(2)将步骤1所得的浆状前驱体在加热磁力搅拌器中搅拌烘干去除溶剂，加热温度为40～90℃，转速为50～600转/分；然后将得到的混合均匀的粉状前驱体在惰性气氛保护下500℃～1000℃温度下恒温焙烧4～20小时，实现一次碳的复合和初步碳包覆；(3)按球料质量比5～10∶1加入球珠，将步骤2得到的一次碳包覆产物在行星式球磨机上以200～500r/min的转速球磨5～12小时进行球磨粉碎，得到的粉体加入浓度为0.5～5g/L的Tris‑HCl缓冲液中，调pH为8.5，室温20～35℃下搅拌反应5～48小时；多巴胺在一次碳包覆产物表面自聚合得聚多巴胺层，然后，过滤、干燥得到粉状的前驱体；(4)将步骤3所得粉状前驱体在惰性气氛保护下，在500℃～1000℃温度下恒温焙烧4～20小时，实现第二次氮掺杂碳包覆，得到氮掺杂碳包覆双核壳磷酸钛锂/磷酸钛钠材料。