[发明专利]一种用于锂离子电池负极材料的纳米五氧化二铌粉体的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种用于锂离子电池负极材料的纳米五氧化二铌粉体的制备方法。

背景技术

五氧化二铌作为一种重要的N型半导体，在气敏、催化剂、陶瓷电容器、压电元件、储氢材料等多个行业具有广泛的应用。在多个应用领域中，对于五氧化二铌粉体性能要求较高，主要表现为颗粒粒径小、粒径分布窄、分散性好等，传统的固相合成法已经不能满足上述性能需求。此外，五氧化二铌应用于锂离子电池负极材料也有所报道，其主要的缺点在于材料的导电性差（约为3*10^-6S/cm），严重限制了材料的电化学性能。主要的解决方法之一是控制五氧化二铌材料尺寸，利用纳米材料电子传输距离缩短的优点来弥补导电率低的缺点。Wei等（ElectrochemistryCommunications，10，2008，980-983）利用金属铌与尿素在水热条件下反应，制备出约15nm厚、约60nm宽的五氧化二铌纳米带作为锂离子电池负极材料，在1.2-3.0V区间内克容量可达250mAh/g，其克容量和循环性能远优于商品五氧化二铌材料。

目前，最常见的制备方法主要有醇盐水解法和氢氧化铌HF溶解后氨水沉淀法两种。其中醇盐水解发采用铌的醇盐为原料，成本高昂，工艺条件苛刻；氢氧化铌HF溶解氨水沉淀法中，采用HF作为原料，设备腐蚀严重，对设备要求高，污染严重，氟离子难以完全去除影响材料性能。其他湿化学法（例如水热或溶剂热法、模板法等）制备工艺复杂、成本高，难以实现大规模应用。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种工艺简单、成本低廉的用于锂离子电池负极材料的纳米五氧化二铌粉体的制备方法，制备出颗粒粒径小、粒度分布窄、形貌可控的纳米五氧化二铌粉体，此种纳米五氧化二铌材料应用于锂离子电池负极材料时，其克容量可达270mAh/g以上，循环性能优异。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种用于锂离子电池负极材料的纳米五氧化二铌粉体的制备方法，包括以下步骤：

（1）将五氧化二铌粉体与碱盐加热进行熔融反应，冷却后进行水洗、过滤；

（2）在过滤后的上清液中加水配制成含铌0.05-1摩尔/升的含铌溶液；

（3）在含铌溶液中加入表面活性剂，搅拌后加入酸调节溶液pH值为7-9，沉淀得水合五氧化二铌；

（4）将水合五氧化二铌经过滤、水洗、烘干后进行焙烧，得到纳米五氧化二铌粉体。

进一步方案，所述碱盐中碱金属与五氧化二铌粉体中铌的摩尔比为5:1-15:1。

进一步方案，所述碱盐为氢氧化钠、氢氧化钾或碳酸钾。

进一步方案，所述加热熔融反应的温度为400-500℃、时间为1-6小时。

进一步方案，所述表面活性剂为十二烷基磺酸钠（SDS）、十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）、聚乙烯吡咯烷酮（PVP）、聚乙二醇（PEG）中的至少一种。

进一步方案，所述表面活性剂加入量占含铌溶液的质量体积比为0.1-10克/升。

进一步方案，所述酸为硝酸、盐酸、醋酸、草酸、柠檬酸中的至少一种。

进一步方案，所述步骤（4）中的水洗是指对经过滤后的水合五氧化二铌进行水洗至流出液的pH值为中性为止。

进一步方案，所述焙烧的温度为800-1200℃、时间为2-20小时。

本发明采用商品五氧化二铌为铌源，制备工艺简单、成本低，适合工业化生产；通过优选铌溶液的浓度、选择表面活性剂种类和浓度、调节体系pH值来控制五氧化二铌材料的颗粒大小和分散程度，制备出分散性良好、形貌可控的纳米五氧化二铌粉体材料；采用本发明所制备的纳米五氧化二铌材料作为锂离子电池负极材料，具有比容量高、循环性能好的优点。

附图说明

图1为实施例1制备的纳米五氧化二铌粉体的电子扫描电镜图；

图2为实施例1制备的纳米五氧化二铌粉体的X射线衍射图谱；

图3为实施例1制备的纳米五氧化二铌粉体作为负极材料的扣式电池在25mA/g的电流下的首次充放电曲线图；

图4为实施例1制备的纳米五氧化二铌粉体作为负极材料的扣式电池在100mA/g的电流下的充放电循环性能曲线图；

图5为实施例2制备的纳米五氧化二铌粉体的电子扫描电镜图；

图6为实施例2制备的纳米五氧化二铌粉体的X射线衍射图谱；