[发明专利]一种单晶颗粒组装片层WNb2

说明书

本发明涉及锂电池负极材料技术领域，尤其涉及一种单晶颗粒组装片层WNb₂O₈及其制备方法与应用。所述WNb₂O₈是由单晶颗粒组装片层二维片层状物质，且该WNb₂O₈的晶型为正交晶型。所述制备方法包括：（1）提供含有多层铌基MXenes材料、钨源的前驱体。（2）将所述前驱体研磨后退火处理，即得。本发明以二维多层铌基MXenes作为铌源，经过退火处理后转化为一种由单晶纳米颗粒堆积而成的二维片层状WNb₂O₈材料，其作为锂离子电池负极材料时，表现出了较高的氧化还原电位及出色的电化学性能。

技术领域

本发明涉及锂离子电池负极材料技术领域，尤其涉及一种单晶颗粒组装片层WNb₂O₈及其制备方法与应用。

背景技术

本发明背景技术中公开的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

伴随的化石燃料的不可逆消耗和对环境的严重污染，绿色新能源的开发和应用成为人们的研究热点。在各类储能设备中，以锂离子电池为代表的电化学储能器件因便于携带可持续、不受环境因素影响等优点被广泛应用于日常生活之中。虽然，锂离子电池拥有高能量密度，但受限于锂离子缓慢的固态扩散导致其功率密度较低，这一定程度妨碍其实际应用。而嵌入式的电极材料，如TiO₂、Li₄Ti₅O₁₂、Nb₂O₅等，因快速的充放电过程被广泛作为锂离子电池负极材料而研究，并且这一类材料氧化还原电位高（大于1.0 V），可有效抑制固体电解质界面膜（SEI膜）的形成及锂枝晶的生长，进而确保电池的安全性。但这些材料理论容量较低（如TiO₂≈168 mAh g^-1，Li₄Ti₅O₁₂≈175 mAh g^-1），并不是理想的锂离子电池负极材料。故探究一种具有高容量、高安全性且具有快速充放电特性的锂离子电池负极材料成为研究热点。

2018年，Kent J. Griffith等人在国际顶级期刊Nature (2018, 559, 556)杂志上报道了两种铌钨系列嵌入式氧化物（Nb₁₆W₅O₅₅和Nb₁₈W₁₆O₉₃）。当以这两种铌钨氧化物作为锂离子电池负极材料时，即使在材料粒径为微米级别情况下，仍能表现出快速的充放电过程及较高的可逆容量，引起人们对该系列材料的广泛关注。2020年，Zhou等人通过溶剂热法及后续的高温退火处理合成了一维WNb₂O₈纳米棒作为锂离子电池负极材料，但其制备过程较为繁琐且所制备的一维WNb₂O₈纳米棒结晶度较低，不利于电子的快速传输。此外，纳米级别一维WNb₂O₈材料振实密度比较低，导致体积比容量较低，不利于商业化生产。

发明内容

针对上述的问题，本发明提供一种单晶颗粒组装片层WNb₂O₈及其制备方法与应用，这种WNb₂O₈作为锂离子电池负极材料，具有高的氧化还原电位（大于1.5 V）及出色的可逆容量，并且由单晶堆叠而成的微米级二维结构可加快电子的传输响应及具有更高的振实密度。为实现上述目的，本发明公开如下技术方案：