一种熔融盐制备磷酸钛钠的方法与流程

本发明涉及电池电极材料，特别是涉及一种熔融盐制备磷酸钛钠的方法。

背景技术：

1、为应对全球日益严峻的“能源危机”和保护全球生态环境，新型的诸如太阳能、风能、潮汐能等绿色环保的利用很早被提上日程。随着新能源广泛使用，以二次电池为主的储能系统受到全球关注与研究。作为一种新型二次电池，钠离子电池由于原料来源广泛、价格低廉和制备工艺简练备受关注，其商业化正在快速发展。作为电池关键部件之一，一种性能优异、制备工艺简单的电极材料是推动电池发展的助力。

2、磷酸钛钠是一种聚阴离子材料，作为电池具有良好的热稳定、结构稳定等特性，但是，低的电子电导率等物化特性限制其发展。在已有的制备工艺中，液相喷雾法、水热法(cn113764620b)、溶胶凝胶法（cn116495714a）、静电纺丝法(cn112072104a)虽然能成功制备磷酸钛钠，但是对设备、原料、工艺参数控制的要求高，难以实现低成本的高效生产。

3、公开号为cn115064681a的专利公开了一种碳包覆磷酸钛钠材料的制备方法，该专利制备方法中采用的原料以混合溶液的方式进行热处理，该方案是一种典型的水热反应，需要在水系或者其他液相条件下进行，有以下问题：1.工艺流程复杂：先配溶液、然后混合、接着热处理，然后是过滤得到前驱体，再然后需要用水或者其他溶剂对滤饼进行清洗，最后需要干燥前驱体；2.成本/绿色：原料需要溶于溶剂中，过滤前驱体需要清洗，需要大量溶剂，同时产生的废液需要处理；3.安全性：专利实施例中提到水溶液在反应釜中在150-210℃进行热处理，涉及高压环境，有一定操作风险；4.产能：通过液相反应方式，原料溶解于溶剂中，其溶解度有上限，无法做到高产出率。在热处理干燥后，直接高温烧结会存在的技术问题：该专利强调在热油处理在于提升产品质量，即在热油处理中对材料进行碳包覆；直接高温烧结会造成产品性能无法达到理想状态。

4、为解决以上问题，本发明公布一种熔融盐制备磷酸钛钠的方法，旨在开发一种新型的磷酸钛钠制备工艺，实现高效制备，应用于有机/水系钠离子电池中具有优异电化学性能。熔融盐方法使用熔融方式对原料实现均质化，无须使原料溶于溶剂中(水热法、溶胶凝胶法、液相喷雾法等)，因此生产过程能耗低，同时在150-350℃的熔融盐均质方式对设备及工艺控制要求低，具备高效的生产能力，是一种可能满足磷酸钛钠高效规模化量产方法之一。

技术实现思路

1、本发明的目的在于针对背景技术中所述的现有技术中磷酸钛钠的制备方法存在的问题，提供一种熔融盐制备磷酸钛钠的方法。

2、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种熔融盐制备磷酸钛钠的方法，其包括以下步骤：

3、s1、将钠熔盐、磷熔盐、钛源和碳源通过干法混合，得到前驱物a；

4、s2、将前驱物a转移至恒温搅拌装置中熔融热处理，当料浆粘度为300-2500mpas时停止恒温搅拌及熔融热处理，冷却后得前驱体b；

5、s3、将前驱体b转移至烧结炉中煅烧，煅烧完成后冷却，然后粉碎，制得碳包覆磷酸钛钠。

6、在上述方案中，所述钠熔盐为含钠化合物中的一种或者多种，其熔点为-20-190℃。钠熔盐可以选用磷酸二氢钠或其他含钠化合物。所述磷熔盐为含磷化合物中的一种或者多种，其熔点为-20-190℃。磷熔盐可以选用磷酸二氢铵、磷酸、磷酸二氢钠或其他含磷化合物。所述钛源为二氧化钛，为锐钛矿结构，其一次粒径为10-500nm。所述碳源为含碳有机物中的一种或者多种，其熔点为-20-300℃。碳源可以选用蔗糖、葡萄糖、聚乙二醇等含碳有机物中的一种或者多种。

7、在上述方案中，步骤s1中，所述钠熔盐、磷熔盐、钛源和碳源通过球磨或高速混料方式混合，混合时间为0.02-4h。

8、在上述方案中，步骤s1中，按摩尔比，na︰ti︰p=1.00-1.05︰1.98-2.02︰2.97-3.03。

9、在上述方案中，步骤s2中，所述恒温搅拌装置为螺杆捏合机、对辊捏合机或电热马弗炉搅拌机；熔融热处理的温度为200-350℃；处理时间为0.02-5h。

10、在上述方案中，步骤s2中，所述烧结炉为马弗炉、推板窑或辊道窑，在烧结过程中烧结炉中为惰性气体气氛；烧结温度为600-900℃，烧结时间为2-12h。

11、在上述方案中，步骤s3中，所述粉碎方法为锷式破碎、对辊破碎或气流磨破碎。

12、在上述方案中，步骤s3中，制备得到的碳包覆磷酸钛钠中，nati2(po4)3和c材料的质量比为0.7-0.99:0.01-0.3。

13、本发明具有积极的效果：本发明的熔融盐制备磷酸钛钠的方法，采用干法混合的方法，将钠熔盐、磷熔盐、钛源和碳源混合后得到前驱物a，能使原料的混合更均匀，而且与背景技术中所述的溶液混合方法相比，工艺流程简化，不需要消耗大量的溶剂，生产过程不产生废液，生产过程不需要高压环境，安全性高；产能不会受到材料溶解度的影响，因而制备磷酸钛钠的产能更高。本发明的熔融盐制备磷酸钛钠的方法，通过熔融盐来制备磷酸钛钠，在恒温搅拌条件下使原料成为熔融盐状态，在熔融盐状态下，能使原料的混合更均匀，提高原料的反应率，并提高产物的纯度。

技术特征：

1.一种熔融盐制备磷酸钛钠的方法，其特征在于：其包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的熔融盐制备磷酸钛钠的方法，其特征在于：所述钠熔盐为含钠化合物中的一种或者多种，其熔点为-20-190℃；所述磷熔盐为含磷化合物中的一种或者多种，其熔点为-20-190℃；所述钛源为二氧化钛，为锐钛矿结构，其一次粒径为10-500nm；所述碳源为含碳有机物中的一种或者多种，其熔点为-20-300℃。

3.根据权利要求1所述的熔融盐制备磷酸钛钠的方法，其特征在于：步骤s1中，所述钠熔盐、磷熔盐、钛源和碳源通过球磨或高速混料方式混合，混合时间为0.02-4h。

4.根据权利要求1所述的熔融盐制备磷酸钛钠的方法，其特征在于：步骤s1中，按摩尔比，na︰ti︰p=1.00-1.05︰1.98-2.02︰2.97-3.03。

5.根据权利要求1所述的熔融盐制备磷酸钛钠的方法，其特征在于：步骤s2中，所述恒温搅拌装置为螺杆捏合机、对辊捏合机或电热马弗炉搅拌机；熔融热处理的温度为200-350℃；处理时间为0.02-5h。

6.根据权利要求1所述的熔融盐制备磷酸钛钠的方法，其特征在于：步骤s2中，所述烧结炉为马弗炉、推板窑或辊道窑，在烧结过程中烧结炉中为惰性气体气氛；烧结温度为600-900℃，烧结时间为2-12h。

7.根据权利要求1所述的熔融盐制备磷酸钛钠的方法，其特征在于：步骤s3中，所述粉碎方法为锷式破碎、对辊破碎或气流磨破碎。

8.根据权利要求1所述的熔融盐制备磷酸钛钠的方法，其特征在于：步骤s3中，制备得到的碳包覆磷酸钛钠中，nati2(po4)3和c材料的质量比为0.7-0.99:0.01-0.3。

技术总结
本发明涉及一种熔融盐制备磷酸钛钠的方法,其包括以下步骤：S1、将钠熔盐、磷熔盐、钛源和碳源通过干法混合，得到前驱物A；S2、将前驱物A转移至恒温搅拌装置中熔融热处理，当料浆粘度为300‑2500mPaS时停止恒温搅拌及熔融热处理，冷却后得前驱体B；S3、将前驱体B转移至烧结炉中煅烧，煅烧完成后冷却，然后粉碎，制得碳包覆磷酸钛钠。本发明的熔融盐制备磷酸钛钠的方法，采用干法混合的方法，将钠熔盐、磷熔盐、钛源和碳源混合后得到前驱物A，能使原料的混合更均匀，而且工艺流程简化，不需要消耗大量的溶剂，制备磷酸钛钠的产能更高；本发明在熔融盐状态下，能使原料的混合更均匀，提高原料的反应率，并提高产物的纯度。

技术研发人员：田剑莉亚,侯肖瑞
受保护的技术使用者：太仓中科赛诺新能源科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/8/16