[发明专利]一种铌基氧化物材料、其制备方法及应用

说明书

本发明提供了一种铌基氧化物材料、其制备方法及应用，铌基氧化物材料为具有三维多孔结构的Nb₂O₅，铌基氧化物材料的尺寸为微米级，微米级铌基氧化物材料保证电极具有高振实密度，有利于提高电池体积比能量，保证电池良好的安全性和稳定性。

技术领域

本发明涉及铌基氧化物材料技术领域，具体是一种铌基氧化物材料、其制备方法及应用。

背景技术

近年来锂离子电池已广泛应用在移动电子产品如手机、平板电脑、智能穿戴设备、数码相机等之中，并且电动汽车的发展也为锂离子电池带来更广阔的的市场。随着终端应用技术的革新和需求的增加，人们对电池的性能也提出了更高的要求，高功率性能是目前锂离子电池研究的热点之一。

作为锂离子电池能量储存的主体，电极材料的性质直接决定了电池的性能。目前商用化锂离子电池所采用的负极材料主要是石墨类负极，其具有低嵌锂电位(0.2V，vs.Li⁺/Li)。由于该嵌锂电位接近于锂金属沉积电位，在高电流密度下，石墨负极嵌锂过电位增大，因而电极存在析锂风险，进而可能引起电池电路而产生电池安全性问题，因此其不适用于高倍率充放电。因此，探索合适的负极材料是研发下一代高倍率高安全性储能技术的热点和难点。

发明内容

基于现有技术中锂离子电池负极材料存在析锂、安全性低等缺点，本发明提供了一种铌基氧化物材料，可以作为负极用于锂离子电池。

根据本申请的一个方面，提供了一种铌基氧化物材料，所述铌基氧化物材料为具有三维多孔结构的Nb₂O₅。

可选地，所述铌基氧化物材料的尺寸为微米级。

可选地，所述铌基氧化物材料的孔隙径为10～100nm，比表面积为 15m²/g～50m²/g；所述铌基氧化物材料的尺寸为2～6μm。

本申请还提供了一种制备上述铌基氧化物材料的方法，所述方法至少包括以下步骤：将含有铌源和表面活性剂的混合物，在微波加热的条件下，反应，煅烧，即可得到所述铌基氧化物材料。

可选地，所述反应在微波反应器中进行。

可选地，所述反应完成后还包括离心分离、溶剂洗涤、真空干燥步骤，即可得到Nb₂O₅材料前驱体。

可选地，所述洗涤使用的溶剂包括水、甲醇、乙醇中的至少一种。

可选地，所述真空干燥的温度为80～120℃；干燥时间为12～24h。

可选地，所述反应完成后将得到的Nb₂O₅材料前驱体进行研磨后煅烧，即可得到Nb₂O₅材料。

常用的煅烧条件均可用于本申请，本领域技术人员可根据实际生产需要，选择合适的反应条件。优选地，所述煅烧的反应过程为：将所得Nb₂O₅材料前驱体研磨，装入刚玉坩埚中，放入马弗炉在空气条件下从室温以 2～10℃/min的升温速率升温至900～1200℃，恒温热处理4～12h后降至室温，即可得到Nb₂O₅材料。

可选地，所述铌源选自铌盐、铌酸盐中的至少一种。

可选地，所述铌源包括五氯化铌、草酸铌、铌酸锂、乙醇铌中的至少一种。

可选地，所述表面活性剂包括普兰尼克(F127)、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基氯化铵、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)中的至少一种。

可选地，所述表面活性剂的加入量为铌元素的物质的量的1～20％。