[发明专利]一种海胆状五氧化二铌材料及其制备方法和应用

说明书

本发明属于锂离子电池材料技术领域，具体地说，涉及一种海胆状五氧化二铌材料及其制备方法和应用。该海胆状五氧化二铌材料的制备方法，包括下述步骤：(1)将可溶性铌源溶于乙酸中；(2)使步骤(1)所得溶液进行加热反应；(3)加热反应结束后离心分离沉淀物，并洗涤、干燥；(4)对经步骤(3)处理所得的固体进行焙烧处理，即得海胆状五氧化二铌材料。该制备方法简易、高效、成本低，采用该方法制备的海胆状五氧化二铌电极材料形貌规则、分散性好，用作锂离子电池负极具有优异的电化学性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池材料技术领域，具体地说，涉及一种海胆状五氧化二铌材料及其制备方法和应用。

背景技术

五氧化二铌具有优良的物理化学性质，广泛应用于锂离子电池、气体传感器、光催化等领域。五氧化二铌用作锂离子电池负极材料具有高的嵌/脱锂电位，可以避免锂枝晶的生成，增强了电池的安全性；此外，五氧化二铌属于ReO₃结构，具有高的倍率充放电性能和循环性能。因此，五氧化二铌被认为是一种理想的高性能锂离子电池负极材料。

在研究过程中人们发现五氧化二铌材料的形貌结构对其电化学性能影响较大。设计合成具有特定形貌结构的五氧化二铌材料已成为研究的热点之一。近年来人们发现由纳米结构单元组装形成的结构体系(微纳结构体系)具有一些独特的物理化学特性，用作锂离子电极材料展现出优异的电化学性能。到目前为止，这类结构的五氧化二铌材料报道的还较少。Lu等人利用水热法合成出海胆状五氧化二铌(H.Lu,K.Xiang,et al.MaterialsLetters,167(2006)106-108)；Liu等人也利用水热法合成出海胆状五氧化二铌(S.Liu,J.Zhou,et al.Nanotechnology,27(2016)LT01)，都表现出较好的电化学性能。但是他们的制备过程中较繁琐，并且都需要使用草酸辅助，且合成出的海胆状五氧化二铌形状不规则、分散性差。

发明内容

有鉴于此，本申请所要解决的技术问题是提供了一种简易、高效、低成本制备海胆状五氧化二铌材料的制备方法，采用该方法制备的海胆状五氧化二铌电极材料形貌规则、分散性好，用作锂离子电池负极具有优异的电化学性能。

本发明的第二目的在于提供一种海胆状五氧化二铌材料。

本发明的第三目的在于提供了所述海胆状五氧化二铌的应用。

本发明的第四目的在于提供一种锂离子电池负极。

本发明的目的还在于提供一种锂离子电池。

本发明的海胆状五氧化二铌材料的制备方法采用如下技术方案：一种海胆状五氧化二铌材料的制备方法，包括下述步骤：(1)将可溶性铌源溶于乙酸中；(2)使步骤(1)所得溶液进行加热反应；(3)加热反应结束后离心分离沉淀物，并洗涤、干燥；(4)对经步骤(3)处理所得的固体进行焙烧处理，即得海胆状五氧化二铌材料。

作为进一步优选的技术方案，所述铌源选自乙醇铌、草酸铌、五氯化铌或草酸铌铵中的任意一种或几种。

作为进一步优选的技术方案，所述步骤(2)中加热反应的温度为75-310℃，反应时间为0.1-60h(例如，加热反应的时间可为0.1-0.5h、0.5h-60h、6h-60h、6h-48h、6h-15h、0.5h-6h、0.5h-12h、0.5h-48h等)。

作为进一步优选的技术方案，所述步骤(4)中焙烧的温度为200-950℃(例如，焙烧的温度可为200-375℃、375-450℃、375-600℃、450-600℃、450-900℃、600-900℃、900-950℃等)，焙烧时间为0.1-24h(例如，焙烧的时间可为0.1-1h、0.1-5h、0.1-4h、0.1-8h、0.1-11h、4-8h、4-5h、4-11h、4-24h、5-8h、5-11h、5-24h、8-11h、8-24h、11-24h等)。