一種含有含氟磷酸鈦化合物的復合材料及其制備方法和用圖
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種含有含氟磷酸鈦化合物的復合材料及其制備方法和用途，特別涉 及所述復合材料在鋰離子電池和鈉離子電池中的應用。
【背景技術】
[0002] 目前，對能源需求的日益增加刺激了對高效、低成本和環境友好的替代能量轉化 和儲存系統的研發。與其它能量儲存器件相比較，鋰離子電池具有高的能量密度，可以將核 能、太陽能、風能、潮汐能轉化成的電能存儲起來，在供電不足的情況下再將電能釋放出來 以滿足人們對電能的需求。
[0003] 到目前為止，石墨仍然是可充電的鋰離子電池的主要陽極材料，其工作原理為：在 放電和充電的過程中鋰離子分別在石墨層間嵌入和拔出。氧化物嵌入材料的密度是石墨的 兩倍，將會使最終制備的電池的體積能量密度提高大約兩倍。對于電子和電動汽車應用，體 積能量密度是一個非常重要的參數，因而氧化物嵌入材料非常有吸引力[1]。氧化物嵌入材 料中電壓最低的是鈦酸鹽(例如，Li4Ti5012)，但其嵌鋰電位（即放電電位)相對于Li+/Li約為 1.6V，仍然非常高。與石墨的嵌鋰電位約0.IV相比較，將會使總的電池電壓減半，抵消了使 用高密度氧化物的好處。
[0004] 由于具有低嵌鋰電壓（即低放電電位）（約0.IV)的過渡金屬氧化物LihVA理 論體積容量為1360mAhcm_3,比石墨高將近一倍，因此近年來，的研究受到廣泛的 關注[1-5]。但是，這一材料含有有毒元素V，對環境不友好。因此，仍然非常迫切需要找到 其它低電壓、高密度的負極材料。
[0005]Yang等人在文獻[6]中報道了一種含有氟的磷酸鈦化合物（Na3[Ti2P201QF])，這一 材料具有較高的離子電導率，由TiF05八面體和P04四面體構成，其中TiF05八面體和P04四 面體經過共用四個氧原子交替地連接，方網層僅僅通過共用TiF05八面體上的F原子相互 連接，形成的框架結構含有兩維六環通道。
[0006] 大規模的電能儲存要求電池系統不僅具有足夠高的儲存容量，也要求該系統是成 本有效和環境友好的。近年來，與鋰離子電池相比，由于鈉豐富的自然資源和低的成本，作 為電能儲存應用，鈉離子電池引起了廣泛的關注[7,8]。在這一背景下，要求研發新型先 進能源材料推動這一技術。盡管大量過渡金屬氧化物[9, 10]、磷酸鹽[11，12]、氟磷酸鹽 [13]、六氰化物[14]和聚合物[15]對于鈉離子嵌入和拔出反應已經顯示出相當大的容量 和循環能力，但是其能量密度和倍率能力距離電池應用的要求還很遠，這是因為鈉離子的 半徑（丨,02A)比鋰離子的（0.76A)大很多，導致慢的鈉離子遷移動力學。因此，對于 設計高性能的鈉離子電池非常需要發現具有開放結構的材料。
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