[发明专利]一种新型负极材料制备方法及其固态锂离子电池

说明书

本发明公开了一种新型负极材料制备方法及其固态锂离子电池，该材料制备过程包括以下步骤：（1）用高速分散器使表面活性剂均匀分散于超纯水中得到悬浊液；（2）将铌盐在机械搅拌情况下完全溶解于上述悬浊液中，然后水热反应后经分离、洗涤、干燥得到Nb₂O₅前驱体粉末；（3）通过将上述前驱体粉末在空气氛围下高温煅烧后得到正交相五氧化二铌（T‑Nb₂O₅）纳米线负极材料；此材料呈现出多孔且相互交联的纳米线状结构，结构稳定、电导率高，与复合型凝胶聚合物电解质等制备出固态锂离子电池，能形成良好的接触界面，电池具有能量密度高、循环寿命长、倍率性能优异和安全性好等优点。同时，该制备方法具有简单快速、成本低的优点。

技术领域

本发明属于聚合物锂离子电池负极材料开发技术领域，具体涉及一种新型负极材料制备方法及其固态锂离子电池。

背景技术

在人口迅速增长和经济迅猛发展的情况下，环境污染、能源短缺等问题对人类的生存空间和社会的可持续发生产生巨大的威胁，对可持续能源的需求也不断增加。因此，高效的可再生能源存储于转化装置的开发已经引起了广泛的关注。具有能量密度高、循环寿命长、工作电压高以及快速充放电速率等优点的锂离子电池在手机、笔记本电脑等消费电子得到了广泛的应用。作为锂离子电池的重要组成部分，负极材料制约着电池的性能，因此，高性能负极材料的开发对高能量、高电压、长寿命、高充放电速率的锂离子电池体系的构建起到重要推动作用。

正交相五氧化二铌(T-Nb₂O₅)因其独特的优势被认为最有潜力的负极材料。首先，T-Nb₂O₅可以提供~200mAh/g的理论比容量，大于Li₄Ti₅O₁₂的175mAh/g。其次，由于其特殊晶体结构中八面体（001）晶面之间几乎全空的位点，本身的二维通道将允许锂离子快速扩散穿过a-b的晶面。因此在电极表面或者近表面锂离子脱嵌反应过程中，反应动力学能够得到较大幅度提升。此外，T-Nb₂O₅的脱嵌锂电位较高（1.2~2.0V），避免了枝晶锂的产生，具有高安全性。不过T-Nb₂O₅在锂离子电池中的实际应用受限于其本身导电能力差而导致其循环寿命及倍率性能降低的影响。为此，设计并制备结构稳定、性能优异的T-Nb₂O₅纳米材料仍然存在巨大挑战。

与此同时，以碳酸酯为溶剂的液态电解质作为离子传导介质是目前商业化锂离子电池主要采用的电解质。但是，由于存在电解液的漏液、有机溶剂的易挥发、易燃烧等缺点，使得液态锂离子电池存在严重的安全隐患，最终致使液态电解质并不能完全满足大规模储能对安全性的要求。因此，兼顾聚合物良好加工性能和液体电解质的高离子电导率，可以有效改善液态锂离子电池的漏液、易燃和爆炸等问题, 且电池的外形设计灵活, 可连续生产的凝胶聚合物电解质(GPEs)受到了广泛的关注与研究。

凝胶聚合物电解质（GPEs）就是聚合物单体、增塑剂和锂盐通过一定方法而制备出的聚合物电解质膜。因此其具有质量轻、粘弹性好、形状可控等优势。由于固态聚合物电解质几乎不含有有机溶剂，因而很少会发生泄漏，大大提高了安全性能；作为一种特殊的物质形态，凝胶介于固态与液态之间，这种二元性保证了凝胶既具有固体的粘结性，同时也具备液体扩散传输物质的性质，因此凝胶聚合物电解质既具有聚合物的良好加工性能，同时又具有有机液体电解质离子电导率高的性能，成为目前研究的重点及热点。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明目的是提供一种新型负极材料正交相五氧化二铌（T-Nb₂O₅）纳米线制备方法及其固态锂离子电池。

本发明的技术方案为：

一种新型负极材料制备方法，其制备方法包括以下步骤：