[發明專利]納米結構LiNbO3/石墨烯電極材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201910604834.6
• 申請日: 2019-07-05
• 公開（公告）號: CN110380048A
• 公開（公告）日: 2019-10-25
• 發明（設計）人: 郝青麗;焦新艷;宋娟娟;雷武;丹尼爾·曼德勒
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58;H01M4/62;H01M10/0525;B82Y40/00
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 鄒偉紅

本發明涉及一種納米結構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，攪拌均勻后進行水熱反應，再通過高溫熱處理得到Nb₂O₅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，加入硅烷偶聯劑，再與氧化石墨烯水分散液混合，充分攪拌后得到LiNbO₃/氧化石墨烯，空氣下煅燒得到最終產物納米結構LiNbO₃/石墨烯電極材料。高導電性石墨烯和均勻分布的納米結構LiNbO₃，可以縮短離子和電子擴散路徑，使得電解液和電極材料充分接觸，從而使電極材料表現出高倍率特性和突出的循環穩定性。

技術領域

本發明屬于納米儲能材料制備領域，具體涉及一種納米結構LiNbO₃/石墨烯電極材料的制備方法。

背景技術

鈮酸鋰(LiNbO₃)，早期是一種應用非常廣泛的光電材料，現在有些研究工作者開始嘗試將LiNbO₃作為儲能器件的電極材料，主要是由于LiNbO₃與Li₄Ti₅O₁₂具有類似特性，其中Nb⁵⁺/Nb³⁺氧化還原對具有高的工作電壓（1.7 V vs. Li⁺/Li），可以有效地阻止SEI層和鋰枝晶的形成，使儲能器件具有更高的安全性；LiNbO₃在電化學充放電過程中體積變化小，促進鋰離子嵌入脫出過程的可逆性；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極材料，表現出高的可逆容量(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本身的電子電導率較低，電化學反應動力學較慢，導致其倍率性能和循環穩定性較差，一種解決這個問題的有效方法是制備LiNbO₃與導電碳材料的復合電極材料。Fan課題組又制備得到一種CNT-LiNbO₃-PPy柔性復合電極，相互交織的高導電網絡和多孔結構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穩定性，測試結果表明，這種復合電極表現出高容量，優異的倍率特性和循環穩定性(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.)。石墨烯是當今最受歡迎的導電碳材料，具有比表面積大，力學性能強和高導電性等優點，將LiNbO₃和石墨烯復合可以充分發揮二者的優勢，獲得優異電化學性能的電極材料，但是據我們所知，現在還沒有報道關于LiNbO₃和石墨烯的復合電極材料的制備及其在儲能器件中的應用。

發明內容

本發明的目的在于提供一種容量高，倍率性能和循環穩定性優異的LiNbO₃/石墨烯電極材料及其制備方法。