[发明专利]锂离子电池用改性五氧化二铌的合成方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池负极材料五氧化二铌的改性合成方法。特别涉及为提高五氧化二铌的电导性能，使其保持较高充放电容量的同时提高其高倍率充电放电性能，进行离子掺杂和/或包覆处理的合成方法。

背景技术

锂离子电池是当前和今后一段时间内广泛应用的新型绿色高能量的可充电电池。由于具有一系列的优点，其在国民经济和社会生活中扮演着重要角色。锂离子电池在广泛领域均有着良好的应用前景，成为各国竞相发展的产品。在决定电池性能的材料中，负极材料是一个重要的组成部分。当前研究的负极材料主要包括锡基，硅基，钛酸锂及人造石墨等。其中，锡基和硅基材料由于其充放电过程中体积膨胀和收缩比较大，导致循环性能严重劣化；碳负极的比容量虽然可达到300mAh/g以上，但是其振实密度比较低；钛酸锂的比容量为170mAh/g左右，其充放电过程中体积变化几乎为零，使得其循环性能较优，但是比容量仍然比较低。

近来，出现了关于五氧化二铌作为锂离子电池负极的报道。五氧化二铌可以用作2V锂离子电池，其烧结温度常在900～1000C。该材料具有较高的放电比容量，但由于纯的五氧化二铌的较低导电性(约为3×10^-6S·cm^-1)，材料的实际应用受到了严重限制。Kodama，R等人[J.Ceram.Soc.Jpn.108(2000)1067]于2006年报道了不同晶型五氧化二铌的电化学特性。A.Le Viet等人[J.Phys.Chem.C 114(2010)664]于2010年报道了五氧化二铌纳米结构多晶体在锂离子电池中的电化学性能，不同煅烧温度条件下得到五氧化二铌的电化学特性差别比较大；在装配电池的过程中，活性物质仅占到总质量的65％。迄今为止，有关用于锂离子电池的五氧化二铌的改性研究尚未见报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，优化五氧化二铌的电导性，提高其在电极极片中的实用比例。

本发明所采用的技术方案是：通过离子掺杂和/或表面包覆处理制得改性五氧化二铌，改性五氧化二铌的合成方法如下：

离子掺杂：将含有掺杂离子的可溶性化合物的溶液添加到含有Nb的溶液中，其中，掺杂离子为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中的一种或几种，掺杂离子的物质的量与掺杂离子与Nb元素的物质的量之和的比值为0.01％～5％，在水浴加热及搅拌条件下加入沉淀剂，形成共沉淀化合物，经过滤洗涤、干燥、焙烧、粉碎等过程得到离子掺杂改性的五氧化二铌；

表面包覆处理：可以在被包覆材料的表面沉积碳的化合物(如葡萄糖，蔗糖，柠檬酸等)、碳、Al₂O₃或导电性金属氧化物(如TiO、Fe₃O₄或Cu₂O等)中的一种或几种，所述被包覆材料为未经离子掺为杂的五氧化二铌或上述方法中所得的共沉淀化合物或上述方法中所得的离子掺杂改性的五氧化二铌，包覆物的量占被包覆材料质量的0.1％～5％，再经过干燥、煅烧，得到表面包覆改性的五氧化二铌；

所述的改性五氧化二铌的制备方法可以是单纯的离子掺杂或单纯的表面包覆，也可以是离子掺杂和包覆处理相结合的方法。

其中，沉淀剂优选氨水。水浴加热温度优选50℃～60℃。搅拌速度优选450转/min～550转/min。

掺杂离子的可溶性化合物包括卤化物、氢氧化物、氧化物、碳酸盐、硫酸盐、硝酸盐、磷酸盐、乙酸盐、草酸盐，或含有所述掺杂离子的酸或碱等。

焙烧温度范围为300℃～1300℃。

所述的溶液的溶剂采用去离子水，工业酒精，无水乙醇中的一种或几种。

有益效果：本发明通过离子掺杂和包覆处理，进而在高温下煅烧的方法，提高材料的电导率，进而提高极片中活性物质的实用比例和倍率充电性能，本发明的五氧化二铌粉末的导电性能得到较大程度的提高(可提高到×10^-3S·cm^-1以上)，极片中活性物质的实用比例可达到90％以上。

附图说明

图1为实施例1的首次放电/充电容量曲线图；

图2为实施例1的充电循环性能曲线图；

图3为实施例1的倍率充电性能曲线图；

图4为实施例1的电镜照片。

具体实施方式

下面的实施例可以使本专业技术人员更全面的理解本发明，但不以任何方式限制本发明。