[發(fā)明專利]一種具有規(guī)則空心四方盒子狀的五氧化二鈮納米棒材料及其制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710108151.2
• 申請(qǐng)日: 2017-02-27
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106809879B
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-07-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳晗;石崇福;向楷雄;朱裔榮;周偉;陳憲宏
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 湖南工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): C01G33/00
• 分類號(hào): C01G33/00;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 廣州粵高專利商標(biāo)代理有限公司 44102
• 代理人: 任重;馮振寧

本發(fā)明公開(kāi)了一種具有規(guī)則空心四方盒子狀的五氧化二鈮納米棒材料的制備方法，將可溶性的鈮鹽、非離子型表面活性劑、陽(yáng)離子型表面活性劑分別溶于去離子水中，攪拌均勻后混合，繼續(xù)攪拌，將混合溶液進(jìn)行水熱反應(yīng)，將反應(yīng)完全的溶液離心處理，得到的固體物質(zhì)；通過(guò)對(duì)所得的固體物質(zhì)洗滌干燥后，在空氣中煅燒，得到具有規(guī)則空心四方盒子狀的五氧化二鈮納米棒材料。本發(fā)明解決了現(xiàn)有鈉離子在五氧化二鈮晶體中擴(kuò)散緩慢的問(wèn)題，通過(guò)改變離子的擴(kuò)散距離來(lái)改善鈉離子的擴(kuò)散，提升了該材料作為負(fù)極材料的電化學(xué)性能；本發(fā)明的具有規(guī)則空心四方盒子狀的五氧化二鈮納米棒材料倍率性能高、循環(huán)性能優(yōu)良、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，且制備方法工藝簡(jiǎn)單、操作容易、成本較低。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種電池負(fù)極材料及其制備，尤其涉及一種具有規(guī)則空心四方盒子狀的五氧化二鈮納米棒材料及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

隨著電動(dòng)汽車時(shí)代的的到來(lái)，對(duì)全球的鋰源提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，而鈉元素不僅含量豐富，成本低廉，而且鈉離子電池具有較低的分解電勢(shì)和較高的密度，可以儲(chǔ)存更多的能量，具有大規(guī)模儲(chǔ)能的獨(dú)特優(yōu)越性。因此，鈉離子電池引起了廣泛的關(guān)注。

鈉離子電池與鋰離子電池原理是相同的，鈉離子在正負(fù)極之間嵌入脫出實(shí)現(xiàn)充放電，所以鈉離子電池與鋰離子電池有許多相似之處。但是，由于鈉離子的半徑(0.102nm)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于鋰離子的半徑(0.076nm)，所以，大多數(shù)材料的晶體結(jié)構(gòu)中沒(méi)有足夠大的晶格間隙來(lái)容納鈉離子，從而導(dǎo)致無(wú)法實(shí)現(xiàn)鈉離子的脫嵌過(guò)程，即使實(shí)現(xiàn)充放電過(guò)程也可能表現(xiàn)出較慢的動(dòng)力學(xué)效應(yīng)。因此，尋找新的價(jià)格低廉、性能優(yōu)良的負(fù)極活性材料成為鈉離子電池研究的重點(diǎn)。

五氧化二鈮(Nb2O5)因其獨(dú)特的晶體結(jié)構(gòu)引起了關(guān)注，特別是正交相Nb2O5(T-Nb2O5)，其(001)面的晶格條紋間距為0.39nm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于鈉離子的的直徑，能促進(jìn)鈉離子擴(kuò)散和儲(chǔ)存。但是，Nb2O5的導(dǎo)電性較差(3.4*10-6S cm-1)，致使鈉離子的移動(dòng)緩慢，倍率性能較差。因此，研究一種倍率性能高、導(dǎo)電性能優(yōu)良的五氧化二鈮材料尤為重要。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)現(xiàn)有鈉離子在五氧化二鈮晶體中擴(kuò)散緩慢的問(wèn)題，通過(guò)改變離子的擴(kuò)散距離，來(lái)改善鈉離子的擴(kuò)散，提升五氧化二鈮作為負(fù)極材料的電化學(xué)性能；提供一種倍率性能高、循環(huán)性能優(yōu)良、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的具有規(guī)則空心四方盒子狀的五氧化二鈮納米棒材料的制備方法，該制備方法工藝簡(jiǎn)單、操作容易、成本較低。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種具有規(guī)則空心四方盒子狀的五氧化二鈮納米棒材料。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種具有規(guī)則空心四方盒子狀的五氧化二鈮納米棒材料的應(yīng)用。

本發(fā)明的目的通過(guò)以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：

提供一種具有規(guī)則空心四方盒子狀的五氧化二鈮納米棒材料的制備方法，包括以下步驟：

S1.在常溫下，將可溶性鈮鹽、非離子型表面活性劑和陽(yáng)離子型表面活性劑分別溶于去離子水中，進(jìn)行第一次攪拌后混合；

S2.將步驟S1所得的混合溶液進(jìn)行第二次攪拌，將攪拌后的混合溶液移至反應(yīng)釜中，在120～200℃溫度下，進(jìn)行水熱反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間為12～36h，反應(yīng)完全后，自然冷卻至室溫；

S3.將步驟S2所得的溶液移至離心設(shè)備中進(jìn)行離心處理，將離心所得固體物質(zhì)分別，通過(guò)離子水和無(wú)水乙醇先后洗滌3～6次，在40～70℃溫度下，干燥24～48h；

S4.將步驟S3的所得干燥的固體物質(zhì)置于空氣中，在600～800℃溫度下，煅燒2～9h，得到具有規(guī)則空心四方盒子狀的五氧化二鈮納米棒材料。