[发明专利]一种具有铌酸锂/铌基氧化物/硅复合负极材料及其制备和应用

权利要求书

1.一种具有铌酸锂/铌基氧化物/硅复合负极材料，其特征在于：包括硅活性中心和均匀包覆在硅活性中心表面的铌酸锂/铌基氧化物混合壳层，所述混合壳层通过亚临界状态的自组装行为首先在硅表面生成铌基氧化物的壳层，所述在硅表面生成铌基氧化物的壳层包括如下步骤：S1、将硅粉加入醇溶液中超声震荡大于等于30分钟，得到混合均匀的硅粉/醇溶液；S2、将氯化铌或草酸铌溶解于醇溶液，或将氯化铌与钛酸四丁酯的混合物溶解于醇溶液，或将草酸铌与钛酸四丁酯的混合物溶解于醇溶液，得到均匀的氧化物前驱物/醇溶液；S3、将步骤S1中得到的硅粉/醇溶液加入到步骤S2中得到的氧化物前驱物/醇溶液中强力搅拌大于等于30分钟，得到混合均匀的硅粉-氧化物前驱物/醇溶液；S4、将步骤S3得到的硅粉-氧化物前驱物/醇溶液移至密封反应釜中反应20小时，之后冷却、沉淀过滤，洗涤，并真空烘干，得到硅/铌基氧化物；再通过高温固相反应或高速球磨与氮化锂反应，使铌基氧化物中原位生成铌酸锂，获得铌酸锂/铌基氧化物混合壳层。

2.根据权利要求1所述的具有铌酸锂/铌基氧化物/硅复合负极材料，其特征在于：所述硅活性中心为颗粒尺寸在20-100纳米的硅粉；

所述铌酸锂/铌基氧化物混合壳层为铌氧化物和氮化锂通过高温固相反应或高速球磨原位合成的铌酸锂与铌基氧化物均匀混合的壳层；

所述铌酸锂/铌基氧化物混合壳层的厚度为5-50纳米。

3.根据权利要求1所述的具有铌酸锂/铌基氧化物/硅复合负极材料，其特征在于：所述硅活性中心与所述铌酸锂/铌基氧化物混合壳层的二者质量比为1:0.1～1:2。

4.根据权利要求2所述的具有铌酸锂/铌基氧化物/硅复合负极材料，其特征在于：所述铌酸锂/铌基氧化物混合壳层为摩尔比为0.5:1～5:1的氮化锂和铌氧化物通过高温固相反应或高速球磨原位合成的铌酸锂与铌基氧化物均匀混合的壳层。

5.一种根据权利要求1-4任一权利要求所述的具有铌酸锂/铌基氧化物/硅复合负极材料制备的负极。

6.一种具有铌酸锂/铌基氧化物/硅复合负极材料的制备方法，其特征在于具有如下步骤：

S1、将硅粉加入醇溶液中超声震荡大于等于30分钟，得到混合均匀的硅粉/醇溶液；

S2、将氯化铌或草酸铌溶解于醇溶液，或将氯化铌与钛酸四丁酯的混合物溶解于醇溶液，或将草酸铌与钛酸四丁酯的混合物溶解于醇溶液，得到均匀的氧化物前驱物/醇溶液；

S3、将步骤S1中得到的硅粉/醇溶液加入到步骤S2中得到的氧化物前驱物/醇溶液中强力搅拌大于等于30分钟，得到混合均匀的硅粉-氧化物前驱物/醇溶液；

S4、将步骤S3得到的硅粉-氧化物前驱物/醇溶液移至密封反应釜中反应20小时，之后冷却、沉淀过滤，洗涤，并真空烘干，得到硅/铌基氧化物；

S5、将步骤S4中得到的硅/铌基氧化物与氮化锂在氩气保护下混合研磨，移入管式炉中进行高温固相反应或封装到不锈钢球磨罐进行高速球磨，反应得到的产物即为具有铌酸锂/铌基氧化物/硅复合负极材料。

7.根据权利要求6所述的具有铌酸锂/铌基氧化物/硅复合负极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S1和步骤S2中的所述醇溶液为甲醇溶液、乙醇溶液或乙二醇溶液；

所述步骤S2中氯化铌、草酸铌、钛酸四丁酯均为分析纯；

所述氧化物前驱物/醇溶液中Nb⁵⁺的摩尔浓度范围为0.01-0.1mol/L；

所述步骤S5中，氮化锂与步骤S4中得到的硅/铌基氧化物中Li⁺与Nb⁵⁺的摩尔比为1:1～5:1。

8.根据权利要求6所述的具有铌酸锂/铌基氧化物/硅复合负极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S4中所述反应釜内的温度为150～210℃。