[发明专利]一种铌基双金属氧化物负极材料的制备方法及其应用

说明书

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种铌基双金属氧化物负极材料的制备方法及其应用。首先通过球磨法制备铌基双金属氧化物前驱体，然后经煅烧、清洗得到铌基双金属氧化物负极材料；将铌基双金属氧化物负极材料和导电剂、粘结剂加入有机溶剂中得到浆料，将浆料涂覆在涂碳铜箔的一面制得铌基双金属氧化物；以其作为负极，金属锂片作为对电极和参比电极，在氩气气氛下按照负极、电解液、功能隔膜、电解液、锂片的顺序进行组装得到锂离子电池。本发明通过熔盐法合成的铌基双金属氧化物具有特殊的晶体结构和锂离子插层赝电容特性，有利于锂离子的快速脱嵌，使锂离子电池具有优异的倍率性能和循环稳定性。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种铌基双金属氧化物负极材料的制备方法及应用于快充锂离子电池的用途。

背景技术

锂离子电池的快速充放电能力对电动汽车、智能电网等技术领域的大规模应用至关重要。高倍率的电极材料是实现锂离子电池快速充放电性能的关键。而电极材料的高倍率性能可通过多种途径实现，如纳米化、多孔结构、碳包覆和基于导电材料的分层结构等。目前研究普遍认为纳米尺寸和多孔结构不仅减小了锂离子在固体电极中的扩散距离，增强了锂离子的迁移能力，同时还增大了液态电解质与电极材料的接触面积，从而能够实现更高的电流密度。

铌基双金属氧化物具备的赝电容特性可以大幅提升负极材料的比容量和倍率性能。目前铌基双金属氧化物负极材料的设计合成思路主要是通过将材料缩小到纳米尺度，但这将导致电极的体积比容量降低和副反应的发生，原因是纳米结构具有较大的比表面积，反应过程中可能发生形貌变化，导致纳米结构坍塌和较高的首次循环容量损失。此外，制备这些精细的纳米结构、多孔结构和复合材料通常需要苛刻的合成环境、昂贵的反应物和多个合成步骤，从而导致合成过程复杂而昂贵。所以目前迫切需要一种适合工业化大批量生产，原料廉价且尺寸为亚微米级的材料制备方法。

发明内容

针对上述问题，本发明设计了一种铌基双金属氧化物负极材料的制备方法，并将铌基双金属氧化物负极材料应用于快充锂离子电池。本发明中，通过熔盐法合成的铌基双金属氧化物具有特殊的晶体结构和锂离子插层赝电容特性，有利于锂离子的快速脱嵌，使锂离子电池具有优异的倍率性能和循环稳定性。

本发明提供的一种铌基双金属氧化物可以通过熔盐法制得的，形貌为金属元素均匀分布的亚微米块状颗粒结构，且大小尺寸均一。

一种铌基双金属氧化物负极材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)球磨法制备铌基双金属氧化物前驱体：首先将铌化合物和金属氧化物放入球磨罐中，然后再加入氯化盐，其中氯化盐至少为两种且为等摩尔比；所述球磨罐中铌化合物、金属氧化物、氯化盐的共混物记为混合物料；所述铌化合物、金属氧化物、氯化盐的摩尔比为1：1：3；

再称取一定质量的氧化锆球或者钢球放入球磨罐；选择干磨或湿磨法进行球磨处理，球磨后得到铌基双金属氧化物前驱体；所述球磨处理为湿磨处理时，加入无水乙醇分散物料；

(2)铌基双金属氧化物负极材料的制备：将步骤(1)制得的铌基双金属氧化物前驱体在空气氛围下以2～5℃/min的升温速率升温至800～1000℃，保温2～5h后降至室温，再经去离子水和乙醇清洗后得到铌基双金属氧化物负极材料。

进一步的，步骤(1)中所述铌化合物包括Nb₂O₅或Nbcl₅；所述金属氧化物包括ZnO或NiO；所述氯化盐为NaCl和KCl。

进一步的，步骤(1)中所述氧化锆球或者钢球与混合物料的质量比1：5～10。

进一步的，步骤(1)中所述球磨处理的转速为500～1000转/分钟，时间为10～12小时。

进一步的，步骤(1)中所述无水乙醇的用量为混合物料质量的20％。

应用：基于所制备的铌基双金属氧化物负极材料应用于锂离子电池的用途：