[发明专利]可快充的Co掺杂铌氧化物负极材料的制备方法及其深海储能电池

说明书

本发明公开了一种可快充的Co掺杂铌氧化物负极材料的制备方法及其深海储能电池，该方法将对苯二甲酸搅拌溶解于N,N‑二甲基甲酰胺中，充分搅拌直至得到澄清溶液；将五氯化铌和无水氯化钴分别加入澄清溶液中，充分搅拌至澄清，将混合液转移到高压反应釜内，将反应釜置于烘箱中进行水热反应；将反应液进行离心得到沉淀物，利用乙醇洗涤沉淀物，烘干，将前驱体材料进行高温煅烧，自然冷却至室温即得到可快充的Co掺杂铌氧化物负极材料。本发明具有工艺简单、材料的快充性能优异、普适性高等特点。且易于推广到相似快充氧化物负极材料中，并具有可用于面向深海岛礁分布式储能系统的锂离子电池负极材料的潜力。

技术领域

本发明涉及电化学技术领域，具体涉及一种可快充的Co掺杂铌氧化物负极材料的制备方法及其深海储能电池。

背景技术

由于距离海岸线较远，海底电缆建设困难，大多采用传统柴油发电对岛礁进行能源供给保障，但存在以下缺点：不能满足大规模用电需求；成本高、存在环境污染。深海岛礁风能、太阳能和波浪能等清洁能源资源丰富，多种新型清洁能源耦合利用的能源供给系统，将是岛礁能源供给的重要方式。但是，清洁能源受环境影响较大，存在不连续性，因此，面向岛礁分布式能源的低成本储能系统开发意义重大。其中，可充电电池由于其长寿命，高能效和工艺简单而被认为是目前最佳的大规模储能系统。为实现深海能源供应全生命周期清洁化，需要开发具有超快倍率性能的先进锂离子电池作为深海岛礁分布式储能系统的储能器件。而商业石墨负极的且易生成锂枝晶从而带来安全问题，这些潜在问题使得石墨并不能满足快充要求。因此，需要寻找一种具有稳定晶体结构和快速扩散动力学的电极材料来替代石墨基负极。

五氧化二铌金属氧化物(Nb₂O₅)具有较快的离子传输动力学和丰富的氧化还原电对，因此具有较高的理论容量(202mAh g^-1)和优异的倍率性能，这使其被认为极具潜力的快充负极材料。通过不同烧结温度，可以获得几种不同的Nb₂O₅晶型，包括a-Nb₂O₅(无定形)、TT-Nb₂O₅(伪六角形)、T-Nb₂O₅(斜方晶形)、M-Nb₂O₅(四方晶形)和H-Nb₂O₅(单斜晶形)。在这些晶体中，H-Nb₂O₅表现出最高的比容量，但在循环时会出现容量快速衰减。TT-Nb₂O₅与T-Nb₂O₅结构相似，但其倍率性能较差。T-Nb₂O₅作为最有潜力替代商业的材料，表现出优异的倍率性能和循环性能，可以作为锂离子电池快充负极材料，用于深海岛礁分布式储能系统。但是，T-Nb₂O₅是一种电子绝缘体，且离子扩散动力学相对缓慢，其较差的导电性会大大限制其电化学容量和快速充电能力，高倍率下电化学性能损失严重进而不利于其应用于深海储能电池的电极材料。因此，仍需要进一步优化才能适应更为严苛的深海环境。

目前，为了缩短锂离子传输路径，增大锂离子传输面积，提高离子反应动力学，现有方法以改性T-Nb₂O₅材料，例如导电材料涂层、构建纳米结构和固溶体化合物。这些方法不利于从根本上改进材料的电子电导率。

发明内容