[發(fā)明專(zhuān)利]納米結(jié)構(gòu)LiNbO3/石墨烯電極材料及其制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910604834.6
• 申請(qǐng)日: 2019-07-05
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110380048A
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-10-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郝青麗;焦新艷;宋娟娟;雷武;丹尼爾·曼德勒
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 南京理工大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H01M4/58
• 分類(lèi)號(hào): H01M4/58;H01M4/62;H01M10/0525;B82Y40/00
• 代理公司: 南京理工大學(xué)專(zhuān)利中心 32203
• 代理人: 鄒偉紅

本發(fā)明涉及一種納米結(jié)構(gòu)LiNbO₃/石墨烯電極材料及其制備方法，其步驟為：先用NbCl₅作為原料，與油胺混合，攪拌均勻后進(jìn)行水熱反應(yīng)，再通過(guò)高溫?zé)崽幚淼玫絅b₂O₅納米顆粒；然后將Nb₂O₅納米顆粒與Li₂CO₃混合研磨，在空氣下煅燒得到LiNbO₃納米顆粒；最后將LiNbO₃納米顆粒分散到水中，加入硅烷偶聯(lián)劑，再與氧化石墨烯水分散液混合，充分?jǐn)嚢韬蟮玫絃iNbO₃/氧化石墨烯，空氣下煅燒得到最終產(chǎn)物納米結(jié)構(gòu)LiNbO₃/石墨烯電極材料。高導(dǎo)電性石墨烯和均勻分布的納米結(jié)構(gòu)LiNbO₃，可以縮短離子和電子擴(kuò)散路徑，使得電解液和電極材料充分接觸，從而使電極材料表現(xiàn)出高倍率特性和突出的循環(huán)穩(wěn)定性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于納米儲(chǔ)能材料制備領(lǐng)域，具體涉及一種納米結(jié)構(gòu)LiNbO₃/石墨烯電極材料的制備方法。

背景技術(shù)

鈮酸鋰(LiNbO₃)，早期是一種應(yīng)用非常廣泛的光電材料，現(xiàn)在有些研究工作者開(kāi)始嘗試將LiNbO₃作為儲(chǔ)能器件的電極材料，主要是由于LiNbO₃與Li₄Ti₅O₁₂具有類(lèi)似特性，其中Nb⁵⁺/Nb³⁺氧化還原對(duì)具有高的工作電壓（1.7 V vs. Li⁺/Li），可以有效地阻止SEI層和鋰枝晶的形成，使儲(chǔ)能器件具有更高的安全性；LiNbO₃在電化學(xué)充放電過(guò)程中體積變化小，促進(jìn)鋰離子嵌入脫出過(guò)程的可逆性；而且LiNbO₃具有比Li₄Ti₅O₁₂更高的理論容量（363 mA hg^-1）。Fan課題組采用一種微波輔助自然法制備得到3D多孔LiNbO₃納米材料，作為鋰離子電池的負(fù)極材料，表現(xiàn)出高的可逆容量(Fan Q, Lei L X, Sun Y M. Facile synthesis ofa 3D-porous LiNbO₃ nanocomposite as a novel electrode material for lithiumion batteries. Nanoscale, 2014, 6(13): 7188-7192.)。然而，LiNbO₃本身的電子電導(dǎo)率較低，電化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)較慢，導(dǎo)致其倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性較差，一種解決這個(gè)問(wèn)題的有效方法是制備LiNbO₃與導(dǎo)電碳材料的復(fù)合電極材料。Fan課題組又制備得到一種CNT-LiNbO₃-PPy柔性復(fù)合電極，相互交織的高導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)和多孔結(jié)構(gòu)有效提高了材料的電子和離子傳輸效率以及電極的電化學(xué)穩(wěn)定性，測(cè)試結(jié)果表明，這種復(fù)合電極表現(xiàn)出高容量，優(yōu)異的倍率特性和循環(huán)穩(wěn)定性(Fan Q, Lei L X, Yin G, et al. Self-weaving CNT-LiNbO₃nanoplate-polypyrrole hybrid as a flexible anode for Li-ion batteries.Chemical Communications, 2014, 50(18): 2370-2373.)。石墨烯是當(dāng)今最受歡迎的導(dǎo)電碳材料，具有比表面積大，力學(xué)性能強(qiáng)和高導(dǎo)電性等優(yōu)點(diǎn)，將LiNbO₃和石墨烯復(fù)合可以充分發(fā)揮二者的優(yōu)勢(shì)，獲得優(yōu)異電化學(xué)性能的電極材料，但是據(jù)我們所知，現(xiàn)在還沒(méi)有報(bào)道關(guān)于LiNbO₃和石墨烯的復(fù)合電極材料的制備及其在儲(chǔ)能器件中的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種容量高，倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性優(yōu)異的LiNbO₃/石墨烯電極材料及其制備方法。