[发明专利]一种用于锂离子电池的Nb18

说明书

本发明公开了一种用于锂离子电池的Nb₁₈W₁₆O₉₃负极材料及其制备方法。制备步骤包括：将铌源、钨源溶于无水乙醇，一定条件水热得到前驱体溶液；前驱体溶液离心所得沉淀真空烘干后于一定条件下热处理，即可得到Nb₁₈W₁₆O₉₃负极材料。本发明制备方法操作简单，不需要复杂设备，成本低廉；制备的Nb₁₈W₁₆O₉₃由不规则的纳米颗粒、纺锤形纳米球、纳米棒组成，纺锤形的纳米球由一次纳米颗粒构成。本发明制得的Nb₁₈W₁₆O₉₃负极材料在0.3C的倍率下表现出177.1mAh g^‑1的高放电比容量，是一种优异的锂离子电池负极材料。

技术领域

本发明涉及锂离子电池电极材料的领域，特别涉及一种用于锂离子电池的过渡金属氧化物电极材料及其制备方法。

背景技术

为遵循可持续发展、可再生能源理念，开发高效绿色无污染的新型储能设备逐渐成为人类的共识。在此前提下，伴随各种便携式电子设备与电动汽车的兴起，对电能储存与释放的研究逐渐引起研究人员的关注。电能的常见储存器件主要有两种：传统电容器和化学电池。传统电容器的显著优势是具有较高的功率密度，这是因为它可以迅速释放或存储电荷。然而传统电容器储存的电荷量少也决定其能量密度较低；化学电池依靠化学反应来储存电荷，即通过化学能与电能的相互转化来储存和释放电能。在这方面，科研人员不断突破研究瓶颈，化学电池凭借其高能量密度得以成为现如今应用广泛的电储能设备。在化学电池中，锂离子电池自上世纪末由SONY公司商业开发，现已被广泛应用于电子设备、通信器件、交通工具等多个领域。

锂离子电池主要由正负两个电极、集流体、隔膜和电解质五个部分组成，其中影响锂离子电池电化学性能最关键的因素是电极材料。目前已开发的锂离子电池正极材料有层状过渡金属和锰的离子嵌入化合物，商业负极材料则主要是碳材料。虽然碳材料具有较高的比容量且循环稳定良好，然而其在锂离子电池实际使用过程中仍存在待解决的问题，例如导致库伦效率降低的碳层表面SEI膜和低嵌锂电位引起的锂枝晶生长，因此科研人员竭力寻找热力学稳定和循环性能优异的新型负极材料。

发明内容

本发明旨在探索一种热力学稳定和循环性能优异的新型锂离子电池负极材料及其制备方法。基于此，本发明设计出Nb₁₈W₁₆O₉₃负极材料，并采用水热方法合成出该铌钨化合物，并证实，铌钨化合物可以在轻微的体积形变下存储大量的锂离子，是极具发展前景的锂离子电池负极材料，锂离子可以存储于拥有tetragonal tungsten bronze结构的Nb₁₈W₁₆O₉₃材料中，并且Nb₁₈W₁₆O₉₃材料在较小的形变条件下就可以可逆脱嵌锂离子，因此本发明的Nb₁₈W₁₆O₉₃材料可作为一种理想的锂离子电池负极材料；且本发明采用简单便捷的水热合成方法，此方法无需昂贵的实验设备和复杂工艺。

本发明的技术方案如下。

本发明提供了一种用于锂离子电池的Nb₁₈W₁₆O₉₃负极材料，具体的，一种用于锂离子电池的Nb₁₈W₁₆O₉₃负极材料，由不规则的纳米颗粒、纺锤形纳米球、纳米棒组成，纺锤形的纳米球由尺寸分布不均匀的一次颗粒构成；纳米颗粒尺寸大约为100nm，纳米球尺寸范围大约为300~400nm，构成纳米球的一次颗粒尺寸范围大约为50~200nm；纳米棒直径约为150nm。这些纳米结构能够增加电极材料与电解液的接触面积，并抑制电化学脱嵌锂过程中的体积微应变，有利于电化学性能的提升。