[發明專利]鋰離子電池用改性五氧化二鈮的合成方法

有效

• 申請號: 201210048031.5
• 申請日: 2012-02-27
• 公開（公告）號: CN102593441B
• 公開（公告）日: 2017-06-27
• 發明（設計）人: 孫春勝;江衛軍;吳劍文;王浩然;張春玲;朱曉沛;龐自釗;白珍輝;李化一
• 申請（專利權）人: 中信國安盟固利電源技術有限公司
• 主分類號: H01M4/48
• 分類號: H01M4/48
• 代理公司: 北京市京大律師事務所11321
• 代理人: 李光松

技術領域

本發明涉及一種鋰離子電池負極材料五氧化二鈮的改性合成方法。特別涉及為提高五氧化二鈮的電導性能，使其保持較高充放電容量的同時提高其高倍率充電放電性能，進行離子摻雜和/或包覆處理的合成方法。

背景技術

鋰離子電池是當前和今后一段時間內廣泛應用的新型綠色高能量的可充電電池。由于具有一系列的優點，其在國民經濟和社會生活中扮演著重要角色。鋰離子電池在廣泛領域均有著良好的應用前景，成為各國競相發展的產品。在決定電池性能的材料中，負極材料是一個重要的組成部分。當前研究的負極材料主要包括錫基，硅基，鈦酸鋰及人造石墨等。其中，錫基和硅基材料由于其充放電過程中體積膨脹和收縮比較大，導致循環性能嚴重劣化；碳負極的比容量雖然可達到300mAh/g以上，但是其振實密度比較低；鈦酸鋰的比容量為170mAh/g左右，其充放電過程中體積變化幾乎為零，使得其循環性能較優，但是比容量仍然比較低。

近來，出現了關于五氧化二鈮作為鋰離子電池負極的報道。五氧化二鈮可以用作2V鋰離子電池，其燒結溫度常在900～1000C。該材料具有較高的放電比容量，但由于純的五氧化二鈮的較低導電性(約為3×10^-6S·cm^-1)，材料的實際應用受到了嚴重限制。Kodama，R等人[J.Ceram.Soc.Jpn.108(2000)1067]于2006年報道了不同晶型五氧化二鈮的電化學特性。A.Le Viet等人[J.Phys.Chem.C 114(2010)664]于2010年報道了五氧化二鈮納米結構多晶體在鋰離子電池中的電化學性能，不同煅燒溫度條件下得到五氧化二鈮的電化學特性差別比較大；在裝配電池的過程中，活性物質僅占到總質量的65％。迄今為止，有關用于鋰離子電池的五氧化二鈮的改性研究尚未見報道。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，優化五氧化二鈮的電導性，提高其在電極極片中的實用比例。

本發明所采用的技術方案是：通過離子摻雜和/或表面包覆處理制得改性五氧化二鈮，改性五氧化二鈮的合成方法如下：

離子摻雜：將含有摻雜離子的可溶性化合物的溶液添加到含有Nb的溶液中，其中，摻雜離子為Li、Na、Mg、Al、K、Ca、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Y、Zr、Mo、In、Sn、Ta、W、La或Ce中的一種或幾種，摻雜離子的物質的量與摻雜離子與Nb元素的物質的量之和的比值為0.01％～5％，在水浴加熱及攪拌條件下加入沉淀劑，形成共沉淀化合物，經過濾洗滌、干燥、焙燒、粉碎等過程得到離子摻雜改性的五氧化二鈮；

表面包覆處理：可以在被包覆材料的表面沉積碳的化合物(如葡萄糖，蔗糖，檸檬酸等)、碳、Al₂O₃或導電性金屬氧化物(如TiO、Fe₃O₄或Cu₂O等)中的一種或幾種，所述被包覆材料為未經離子摻為雜的五氧化二鈮或上述方法中所得的共沉淀化合物或上述方法中所得的離子摻雜改性的五氧化二鈮，包覆物的量占被包覆材料質量的0.1％～5％，再經過干燥、煅燒，得到表面包覆改性的五氧化二鈮；

所述的改性五氧化二鈮的制備方法可以是單純的離子摻雜或單純的表面包覆，也可以是離子摻雜和包覆處理相結合的方法。

其中，沉淀劑優選氨水。水浴加熱溫度優選50℃～60℃。攪拌速度優選450轉/min～550轉/min。

摻雜離子的可溶性化合物包括鹵化物、氫氧化物、氧化物、碳酸鹽、硫酸鹽、硝酸鹽、磷酸鹽、乙酸鹽、草酸鹽，或含有所述摻雜離子的酸或堿等。

焙燒溫度范圍為300℃～1300℃。

所述的溶液的溶劑采用去離子水，工業酒精，無水乙醇中的一種或幾種。

有益效果：本發明通過離子摻雜和包覆處理，進而在高溫下煅燒的方法，提高材料的電導率，進而提高極片中活性物質的實用比例和倍率充電性能，本發明的五氧化二鈮粉末的導電性能得到較大程度的提高(可提高到×10^-3S·cm^-1以上)，極片中活性物質的實用比例可達到90％以上。

附圖說明

圖1為實施例1的首次放電/充電容量曲線圖；

圖2為實施例1的充電循環性能曲線圖；

圖3為實施例1的倍率充電性能曲線圖；

圖4為實施例1的電鏡照片。

具體實施方式

下面的實施例可以使本專業技術人員更全面的理解本發明，但不以任何方式限制本發明。