[发明专利]一种锂离子电池铟铌氧化物负极材料及其制备方法

说明书

本发明属于电池技术领域，公开了一种锂离子电池铟铌氧化物负极材料及其制备方法。本发明采用铌源和铟源为原料，加入添加剂，分别溶解于合适的溶剂中；将其混合搅拌均匀后，置于高温反应釜中进行溶剂热反应，将沉淀物多次洗涤、干燥后得到前驱体；将所得的前驱体材料转移至管式炉中，在不同气氛下进行煅烧处理，随炉冷却即得块状的铟铌氧化物负极材料，所得材料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负极材料技术领域，具体涉及一种铟铌氧化物负极材料及其制备方法。

背景技术

目前商业化锂离子电池负极材料大多使用石墨，然而石墨的倍率性能不太理想，而且嵌锂电位比较低，在快速充放电过程中容易形成锂枝晶，具有严重的安全隐患，难以满足日益发展的储能领域对它的要求；具有尖晶石结构的Li₄Ti₅O₁₂的工作电压为1.5V左右，充放电过程中不会有SEI膜和锂枝晶的产生，所以其倍率性能的循环性能非常好，然而较低的比容量(175mAh g^-1)限制了其发展。

铌基氧化物由于其较高的理论比容量(～400mAh g^-1)及其较高的脱嵌锂电位(1～2V)成为锂离子电池负极材料具有竞争力的候选材料。庞大的铌基族群为其储能性能研究提供了大量的参考，开发新的铌基族群体系对其进一步研究具有重要的意义。由于铟和铌的离子半径相差不大，引入铟离子后不会对材料结构造成很大影响，相反由于金属铟离子的引入，会导致材料结构层出现迁移形成稳定的剪切相结构，非常有利于Li⁺的快速脱嵌，并且大大提高了铌的利用率。同时，自掺杂、煅烧条件可以对材料结构和电子性质进行进一步的调控。溶剂热法是水热法的一种特殊形式，其具有合成纳米材料纯度高、晶粒发育好、团聚程度低、粒度分布窄等优点。各类添加剂具有一定程度上的软模板作用和调控溶液物理化学性质(如pH值、溶液表面张力、分散能力)的作用。因此本发明提出采用溶剂热法制备铟铌氧化物负极材料，目前还未见相关报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铟铌氧化物负极材料及其制备方法，并对其进行进一步改性，从而得到具有优异的电化学性能的铟铌氧化物负极材料。

本发明的技术方案：

一种锂离子电池铟铌氧化物负极材料的制备方法，包括以下步骤：

将铌源、铟源和添加剂分别溶于溶剂中溶解，之后将各溶液混合均匀，混合液继续搅拌2～24h后转入高温反应釜进行溶剂热反应，所得产物过滤后分别用去离子水和无水乙醇多次洗涤，干燥后得固体前驱体；然后将固体前驱体置于程序控温管式炉中，在不同气氛下进行煅烧处理，随炉冷却即得块状铟铌氧化物负极材料。

所述铌源包括五氯化铌、草酸铌及其络合物、氢氧化铌、醋酸铌中的至少一种；

所述铟源包括三氯化铟、硝酸铟、醋酸铟中的一种或几种。

所述的添加剂包括十二烷基硫酸钠、聚醚F127、十二烷基苯磺酸钠、N-(十二酰基)赖氨酸、聚乙烯吡咯烷酮、三乙醇胺、氨水、尿素、氢氧化钠、氨基酸及其盐类中的一种或几种。

所述的溶剂为去离子水、无水乙醇中的至少一种。

所述混合液中，铌源、铟源溶液浓度均为0.01～0.1mol L^-1；添加剂:溶剂总量的质量比＝(1～7):(100)。

所述的溶剂热反应温度为160～240℃，反应时间为6～48h。

所述的气氛包括空气、氧气、氩气、氮气、氢氩混合气中的至少一种；所述升温速度为1～10℃min^-1；所述煅烧温度为600～1300℃，煅烧时间为2～24h。