[发明专利]快充型储能材料及其制备方法与应用

说明书

本发明提供了一种快充型储能材料及其制备方法与应用。制备方法包括如下步骤：将NbC在空气中退火处理，得到H‑Nb₂O₅粉末；将H‑Nb₂O₅粉末和WO₃按预设比例球磨混合后在空气中加热至600‑800℃并保持11‑13h，接着升温至1100‑1300℃并保持11‑13h，得到Nb₁₆W₅O₅₅；向GO中加入去离子水，超声处理得到GO溶液；将经等离子体处理的Nb₁₆W₅O₅₅加入到GO溶液中，搅拌、离心、干燥后在空气中退火处理，得到rGO/Nb₁₆W₅O₅₅材料。本发明得到的rGO/Nb₁₆W₅O₅₅高速率性能好、容量高且安全性能好。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种快充型储能材料及其制备方法与应用。

背景技术

随着智能电子、“物联网”和电动汽车的广泛应用，锂离子电池(LIBs)已经深刻地影响了人类社会的方方面面。快速充放电、容量及安全问题已经成为LIBs进一步商业化的关键挑战。

为了实现电池的快速充放电，电池的正负极材料需要有足够高的离子传导性以及电子传导性。石墨凭借自身出色的锂迁移率曾被广泛应用于电池的负极材料，但石墨的嵌锂电位接近锂电位(仅比Li⁺/Li高0.2V)，这导致其在高倍率下使用时会在石墨表面形成锂枝晶，进而导致电池短路，出现安全问题。锂枝晶的形成限制了低电压阳极在高速率下的应用。

目前使用较多的电池负极材料为钛酸锂(Li₄Ti₅O₁₂；LTO)，其嵌锂电位比锂电位高1.55V(避免了锂枝晶的形成)，具有优良的高速率性能，但其理论比容量只有175mA·h·g^-1，钛酸锂的低比容量将极大地限制电池的能量密度，造成电池的容量较小。

探索适合的快速充放电电极材料仍然是现阶段的重点。提高速率性能最常见的方法一般有构建纳米结构或多孔结构的电极和在电池正负极材料上使用碳质层和碳涂层的方法。构建纳米结构或多孔结构的电极，不仅能缩短锂离子的扩散距离，还能增加电极材料与电解质的接触面积；但是该方法会导致锂离子电池体积能量密度严重下降，同时面临电解质分解、初始库仑效率低和循环寿命有限等问题，且这些精心设计的纳米和多孔结构耗时且合成、表征和制造昂贵，导致该方法不被工业界所青睐。而在电池正负极材料上使用碳质层和碳涂层的方法能提高电子传导性，进而实现快速充放电。

有鉴于此，有必要设计一种改进的快充型储能材料及其制备方法与应用，以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种快充型储能材料及其制备方法与应用，利用NbC为初始原料，将NbC退火处理后得到高稳定性的单斜型H-Nb₂O₅，使生成的Nb₁₆W₅O₅₅成分更加均匀，且分子结构排布整齐，进而使GO均匀包覆在Nb₁₆W₅O₅₅的表面；再经过高温还原，最终得到高速率性能好、容量高且安全性好的rGO/Nb₁₆W₅O₅₅。

为实现上述发明目的，本发明提供了一种快充型储能材料的制备方法，包括如下步骤：

S1.H-Nb₂O₅的制备：将NbC在900-1000℃的空气中退火处理9-11h，得到H-Nb₂O₅粉末；