[发明专利]纳米结构LiNbO3/石墨烯电极材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种纳米结构LiNbO₃/石墨烯电极材料及其制备方法，其步骤为：先用NbCl₅作为原料，与油胺混合，搅拌均匀后进行水热反应，再通过高温热处理得到Nb₂O₅纳米颗粒；然后将Nb₂O₅纳米颗粒与Li₂CO₃混合研磨，在空气下煅烧得到LiNbO₃纳米颗粒；最后将LiNbO₃纳米颗粒分散到水中，加入硅烷偶联剂，再与氧化石墨烯水分散液混合，充分搅拌后得到LiNbO₃/氧化石墨烯，空气下煅烧得到最终产物纳米结构LiNbO₃/石墨烯电极材料。高导电性石墨烯和均匀分布的纳米结构LiNbO₃，可以缩短离子和电子扩散路径，使得电解液和电极材料充分接触，从而使电极材料表现出高倍率特性和突出的循环稳定性。

技术领域

本发明属于纳米储能材料制备领域，具体涉及一种纳米结构LiNbO₃/石墨烯电极材料的制备方法。

背景技术

铌酸锂(LiNbO₃)，早期是一种应用非常广泛的光电材料，现在有些研究工作者开始尝试将LiNbO₃作为储能器件的电极材料，主要是由于LiNbO₃与Li₄Ti₅O₁₂具有类似特性，其中Nb⁵⁺/Nb³⁺氧化还原对具有高的工作电压（1.7 V vs. Li⁺/Li），可以有效地阻止SEI层和锂枝晶的形成，使储能器件具有更高的安全性；LiNbO₃在电化学充放电过程中体积变化小，促进锂离子嵌入脱出过程的可逆性；而且LiNbO₃具有比Li₄Ti₅O₁₂更高的理论容量（363 mA hg^-1）。Fan课题组采用一种微波辅助自然法制备得到3D多孔LiNbO₃纳米材料，作为锂离子电池的负极材料，表现出高的可逆容量(Fan Q, Lei L X, Sun Y M. Facile synthesis ofa 3D-porous LiNbO₃ nanocomposite as a novel electrode material for lithiumion batteries. Nanoscale, 2014, 6(13): 7188-7192.)。然而，LiNbO₃本身的电子电导率较低，电化学反应动力学较慢，导致其倍率性能和循环稳定性较差，一种解决这个问题的有效方法是制备LiNbO₃与导电碳材料的复合电极材料。Fan课题组又制备得到一种CNT-LiNbO₃-PPy柔性复合电极，相互交织的高导电网络和多孔结构有效提高了材料的电子和离子传输效率以及电极的电化学稳定性，测试结果表明，这种复合电极表现出高容量，优异的倍率特性和循环稳定性(Fan Q, Lei L X, Yin G, et al. Self-weaving CNT-LiNbO₃nanoplate-polypyrrole hybrid as a flexible anode for Li-ion batteries.Chemical Communications, 2014, 50(18): 2370-2373.)。石墨烯是当今最受欢迎的导电碳材料，具有比表面积大，力学性能强和高导电性等优点，将LiNbO₃和石墨烯复合可以充分发挥二者的优势，获得优异电化学性能的电极材料，但是据我们所知，现在还没有报道关于LiNbO₃和石墨烯的复合电极材料的制备及其在储能器件中的应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种容量高，倍率性能和循环稳定性优异的LiNbO₃/石墨烯电极材料及其制备方法。