[发明专利]一种用于高安全性锂离子电池的钨酸铌材料及其制备方法和应用

说明书

本发明属于材料合成及能源技术领域，公开一种用于高安全性锂离子电池的钨酸铌材料及其制备方法和应用。所述钨酸铌材料的分子式为Nb₁₄W₃O₄₄，是将水合草酸铌、偏钨酸铵和燃料在无机酸中均匀混合，空气气氛中在1050～1250℃自蔓延燃烧反应，然后在上述温度煅烧反应制得；所述燃料为甘氨酸、尿素或葡萄糖中的一种以上。本发明制备的Nb₁₄W₃O₄₄材料具有优异的循环性能，在0.5C循环200圈容量可保持在215.9mAh g^‑1，容量保持率高达98.1％。该电极材料的电化学稳定性能要明显优于固相法合成的常规Nb₁₄W₃O₄₄材料和商业化的Li₄Ti₅O₁₂材料。

技术领域

本发明属材料合成及能源技术领域，更具体地，涉及一种用于高安全性锂离子电池的钨酸铌(Nb₁₄W₃O₄₄)材料及其制备方法和应用。

背景技术

电化学能源是一种高效洁净的能量储存与转换体系，在这其中，锂离子电池以其工作电压高、能量密度高、无记忆效应及环境友好等优点受到广泛瞩目，成为电化学能源转换和存储领域最受关注的研究热点，也被认为最有希望成为电动汽车动力电池体系。但不可否认的是，虽然锂离子电池的应用范围越来越广，其现有的工作模式仍然存在巨大的安全隐患。SONY、HP、Dell等业内知名公司都曾因为产品中所使用的锂离子电池的安全问题召回大量电池。而随着电动汽车产业的发展，大容量锂离子动力电池在电动汽车的运用过程中，考虑的首要因素更是如何确保电池的安全性。因此，提高锂离子电池安全性的研究显得尤为重要。

锂离子电池的安全性虽然与电池的设计、使用条件等密切相关，但本质上还是取决于所用电池材料的特性。目前，商业化广泛应用的石墨类负极材料因其嵌锂电压过低(0.1Vvs.Li⁺/Li)，极易在大倍率放电时产生锂枝晶，并最终导致电池内短路甚至热失控。尖晶石型钛酸锂(Li₄Ti₅O₁₂)是一类新型高安全性锂离子电池负极材料，得益于其较高的锂化电压(～1.55Vvs.Li⁺/Li)，抑制了金属锂在负极上析出，从根本上解决了锂枝晶引起的短路问题，提高了电池的安全性。但是钛酸锂的理论容量过低，仅为175mAhg^-1，导电性较差，使其在实际应用中受到了极大的限制。