[发明专利]一种海胆状Nb2O5电极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池电极材料领域，具体地说，涉及一种海胆状Nb₂O₅电极材料及其制备方法。

背景技术

五氧化二铌(Nb₂O₅)属于层状“剪切面ReO₃结构”，在嵌脱锂过程中，材料内部结构基本不发生变化，具有良好的循环稳定性。该材料的的嵌脱锂电位较高(1-2.0V)，避免了锂枝晶和固体电解质氧化膜(SEI膜)的生成，具有高的安全性。Nb₂O₅是一种n型半导体材料，其低的固有电子电导率，导致其电化学性能不理想。

为了改善Nb₂O₅的电化学性能，当前研究者们主要通过制备纳米级Nb₂O₅材料，比如，纳米粒子、纳米球、纳米片、纳米棒等。电极材料纳米化不仅可以缩短锂离子的扩散距离，而且还可以增加电极材料与电解液的接触面积，有利于锂离子的快速扩散。近年来人们研究发现，电极材料的形貌结构对其电化学性能有很大影响，通过设计合成具有特殊形貌结构的电极材料可以大幅提高材料的电化学性能。例如，Lu等人利用水热法合成出类海胆状Nb₂O₅微球表现出较好的电化学性能(H.Lu,K.Xiang,N.Bai,W.Zhou,S.Wang,H.Chen,Urchin-shaped Nb₂O₅microspheres synthesized by the facile hydrothermal method and their lithium storage performance.Materials Letters,167(2016)106-108)。但是依照上述方法合成出的样品形貌不规则，并且分散性差。

发明内容

有鉴于此，本发明所要解决的技术问题是提供了一种海胆状Nb₂O₅电极 材料及其制备方法，所制备的Nb₂O₅电极材料形貌规则，分散性好；在用作锂离子电池负极材料时表现出优异的电化学性能。

本发明提供一种海胆状Nb₂O₅电极材料的制备方法，具体包括以下步骤：

步骤1)：配制由异丙醇和丙三醇组成的混合液，搅拌0.2-26小时；

步骤2)：将铌源加入到所述混合液中，其中铌的浓度为0.015-17mol/L；

步骤3)：将步骤2)所得溶液转移至不锈钢反应釜中，在恒温干燥箱中在预定加热温度下加热反应，得到沉淀物；

步骤4)：将步骤3)所得的所述沉淀物分别用乙醇和去离子水洗涤数次，然后置于真空干燥箱中在预定干燥温度下真空干燥，得到粉状前驱物；

步骤5)：将步骤4)所得的所述粉状前驱物置于管式炉中，在预定焙烧温度下焙烧0.5-50小时，即得海胆状Nb₂O₅电极材料。

进一步的，所述步骤1)中所述异丙醇和所述丙三醇的体积比为1:15-15:1。

进一步的，所述步骤2)中所述铌源为乙醇铌、草酸铌、五氯化铌、氟化铌、碘化铌中的一种或几种。

进一步的，所述步骤3)中所述预定加热温度为70-260℃。

进一步的，所述步骤4)中所述预定干燥温度为45-120℃。

进一步的，所述步骤5)中的焙烧温度为300-950℃。

本发明还提供一种根据上述的海胆状Nb₂O₅电极材料的制备方法制得的海胆状Nb₂O₅电极材料。

与现有技术相比，本发明可以获得包括以下技术效果：

1)本发明制备的海胆状Nb₂O₅电极材料形貌规则，平均尺寸约为0.5微米，且分散性好。

2)本发明制备的海胆状Nb₂O₅电极材料是由Nb₂O₅纳米线组装形成的，既能发挥纳米材料优良的电化学反应动力学，又具有微米材料稳定性好的特性，用作锂离子电池负极材料表现出优异的电化学性能。