[發明專利]一種用于鋰離子電池的Nb18

有效

• 申請號: 201910547664.2
• 申請日: 2019-06-24
• 公開（公告）號: CN110304658B
• 公開（公告）日: 2020-09-22
• 發明（設計）人: 呂建國;任磊
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H01M4/48
• 分類號: H01M4/48;H01M10/0525;B82Y30/00;C01G41/00
• 代理公司: 杭州宇信知識產權代理事務所(普通合伙) 33231
• 代理人: 梁群蘭

本發明公開了一種用于鋰離子電池的Nb₁₈W₁₆O₉₃負極材料及其制備方法。制備步驟包括：將鈮源、鎢源溶于無水乙醇，一定條件水熱得到前驅體溶液；前驅體溶液離心所得沉淀真空烘干后于一定條件下熱處理，即可得到Nb₁₈W₁₆O₉₃負極材料。本發明制備方法操作簡單，不需要復雜設備，成本低廉；制備的Nb₁₈W₁₆O₉₃由不規則的納米顆粒、紡錘形納米球、納米棒組成，紡錘形的納米球由一次納米顆粒構成。本發明制得的Nb₁₈W₁₆O₉₃負極材料在0.3C的倍率下表現出177.1mAh g^?1的高放電比容量，是一種優異的鋰離子電池負極材料。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池電極材料的領域，特別涉及一種用于鋰離子電池的過渡金屬氧化物電極材料及其制備方法。

背景技術

為遵循可持續發展、可再生能源理念，開發高效綠色無污染的新型儲能設備逐漸成為人類的共識。在此前提下，伴隨各種便攜式電子設備與電動汽車的興起，對電能儲存與釋放的研究逐漸引起研究人員的關注。電能的常見儲存器件主要有兩種：傳統電容器和化學電池。傳統電容器的顯著優勢是具有較高的功率密度，這是因為它可以迅速釋放或存儲電荷。然而傳統電容器儲存的電荷量少也決定其能量密度較低；化學電池依靠化學反應來儲存電荷，即通過化學能與電能的相互轉化來儲存和釋放電能。在這方面，科研人員不斷突破研究瓶頸，化學電池憑借其高能量密度得以成為現如今應用廣泛的電儲能設備。在化學電池中，鋰離子電池自上世紀末由SONY公司商業開發，現已被廣泛應用于電子設備、通信器件、交通工具等多個領域。

鋰離子電池主要由正負兩個電極、集流體、隔膜和電解質五個部分組成，其中影響鋰離子電池電化學性能最關鍵的因素是電極材料。目前已開發的鋰離子電池正極材料有層狀過渡金屬和錳的離子嵌入化合物，商業負極材料則主要是碳材料。雖然碳材料具有較高的比容量且循環穩定良好，然而其在鋰離子電池實際使用過程中仍存在待解決的問題，例如導致庫倫效率降低的碳層表面SEI膜和低嵌鋰電位引起的鋰枝晶生長，因此科研人員竭力尋找熱力學穩定和循環性能優異的新型負極材料。

發明內容

本發明旨在探索一種熱力學穩定和循環性能優異的新型鋰離子電池負極材料及其制備方法。基于此，本發明設計出Nb₁₈W₁₆O₉₃負極材料，并采用水熱方法合成出該鈮鎢化合物，并證實，鈮鎢化合物可以在輕微的體積形變下存儲大量的鋰離子，是極具發展前景的鋰離子電池負極材料，鋰離子可以存儲于擁有tetragonal tungsten bronze結構的Nb₁₈W₁₆O₉₃材料中，并且Nb₁₈W₁₆O₉₃材料在較小的形變條件下就可以可逆脫嵌鋰離子，因此本發明的Nb₁₈W₁₆O₉₃材料可作為一種理想的鋰離子電池負極材料；且本發明采用簡單便捷的水熱合成方法，此方法無需昂貴的實驗設備和復雜工藝。

本發明的技術方案如下。

本發明提供了一種用于鋰離子電池的Nb₁₈W₁₆O₉₃負極材料，具體的，一種用于鋰離子電池的Nb₁₈W₁₆O₉₃負極材料，由不規則的納米顆粒、紡錘形納米球、納米棒組成，紡錘形的納米球由尺寸分布不均勻的一次顆粒構成；納米顆粒尺寸大約為100nm，納米球尺寸范圍大約為300~400nm，構成納米球的一次顆粒尺寸范圍大約為50~200nm；納米棒直徑約為150nm。這些納米結構能夠增加電極材料與電解液的接觸面積，并抑制電化學脫嵌鋰過程中的體積微應變，有利于電化學性能的提升。