一种用于锂离子电池负极材料的纳米五氧化二铌粉体的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种用于锂离子电池负极材料的纳米五氧化二铌粉体的制备方法，其先将五氧化二铌粉体与碱盐加热进行熔融反应，冷却后进行水洗、过滤；将上清液配制成含铌0.05‑1摩尔/升的含铌溶液；加入表面活性剂，搅拌后加入酸调节溶液pH值为7‑9，沉淀得水合五氧化二铌；经过滤、水洗、烘干后进行焙烧，得到纳米五氧化二铌粉体。本发明专利技术制备的五氧化二铌粉体为纳米尺度、分散性好，作为锂离子电池负极材料应用时具有比容量高、循环性能好等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于锂离子电池
，具体涉及一种用于锂离子电池负极材料的纳米五氧化二铌粉体的制备方法。
技术介绍
五氧化二铌作为一种重要的N型半导体，在气敏、催化剂、陶瓷电容器、压电元件、储氢材料等多个行业具有广泛的应用。在多个应用领域中，对于五氧化二铌粉体性能要求较高，主要表现为颗粒粒径小、粒径分布窄、分散性好等，传统的固相合成法已经不能满足上述性能需求。此外，五氧化二铌应用于锂离子电池负极材料也有所报道，其主要的缺点在于材料的导电性差（约为3*10-6S/cm），严重限制了材料的电化学性能。主要的解决方法之一是控制五氧化二铌材料尺寸，利用纳米材料电子传输距离缩短的优点来弥补导电率低的缺点。Wei等（ElectrochemistryCommunications，10，2008，980-983）利用金属铌与尿素在水热条件下反应，制备出约15nm厚、约60nm宽的五氧化二铌纳米带作为锂离子电池负极材料，在1.2-3.0V区间内克容量可达250mAh/g，其克容量和循环性能远优于商品五氧化二铌材料。目前，最常见的制备方法主要有醇盐水解法和氢氧化铌HF溶解后氨水沉淀法两种。其中醇盐水解发采用铌的醇盐为原料，成本高昂，工艺条件苛刻；氢氧化铌HF溶解氨水沉淀法中，采用HF作为原料，设备腐蚀严重，对设备要求高，污染严重，氟离子难以完全去除影响材料性能。其他湿化学法（例如水热或溶剂热法、模板法等）制备工艺复杂、成本高，难以实现大规模应用。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术的不足，提供一种工艺简单、成本低廉的用于锂离子电池负极材料的纳米五氧化二铌粉体的制备方法，制备出颗粒粒径小、粒度分布窄、形貌可控的纳米五氧化二铌粉体，此种纳米五氧化二铌材料应用于锂离子电池负极材料时，其克容量可达270mAh/g以上，循环性能优异。为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种用于锂离子电池负极材料的纳米五氧化二铌粉体的制备方法，包括以下步骤：（1）将五氧化二铌粉体与碱盐加热进行熔融反应，冷却后进行水洗、过滤；（2）在过滤后的上清液中加水配制成含铌0.05-1摩尔/升的含铌溶液；（3）在含铌溶液中加入表面活性剂，搅拌后加入酸调节溶液pH值为7-9，沉淀得水合五氧化二铌；（4）将水合五氧化二铌经过滤、水洗、烘干后进行焙烧，得到纳米五氧化二铌粉体。进一步方案，所述碱盐中碱金属与五氧化二铌粉体中铌的摩尔比为5:1-15:1。进一步方案，所述碱盐为氢氧化钠、氢氧化钾或碳酸钾。进一步方案，所述加热熔融反应的温度为400-500℃、时间为1-6小时。进一步方案，所述表面活性剂为十二烷基磺酸钠（SDS）、十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）、聚乙烯吡咯烷酮（PVP）、聚乙二醇（PEG）中的至少一种。进一步方案，所述表面活性剂加入量占含铌溶液的质量体积比为0.1-10克/升。进一步方案，所述酸为硝酸、盐酸、醋酸、草酸、柠檬酸中的至少一种。进一步方案，所述步骤（4）中的水洗是指对经过滤后的水合五氧化二铌进行水洗至流出液的pH值为中性为止。进一步方案，所述焙烧的温度为800-1200℃、时间为2-20小时。本专利技术采用商品五氧化二铌为铌源，制备工艺简单、成本低，适合工业化生产；通过优选铌溶液的浓度、选择表面活性剂种类和浓度、调节体系pH值来控制五氧化二铌材料的颗粒大小和分散程度，制备出分散性良好、形貌可控的纳米五氧化二铌粉体材料；采用本专利技术所制备的纳米五氧化二铌材料作为锂离子电池负极材料，具有比容量高、循环性能好的优点。附图说明图1为实施例1制备的纳米五氧化二铌粉体的电子扫描电镜图；图2为实施例1制备的纳米五氧化二铌粉体的X射线衍射图谱；图3为实施例1制备的纳米五氧化二铌粉体作为负极材料的扣式电池在25mA/g的电流下的首次充放电曲线图；图4为实施例1制备的纳米五氧化二铌粉体作为负极材料的扣式电池在100mA/g的电流下的充放电循环性能曲线图；图5为实施例2制备的纳米五氧化二铌粉体的电子扫描电镜图；图6为实施例2制备的纳米五氧化二铌粉体的X射线衍射图谱；图7为实施例3制备的纳米五氧化二铌粉体的电子扫描电镜图；图8为实施例4制备的纳米五氧化二铌粉体的电子扫描电镜图；图9为实施例5制备的纳米五氧化二铌粉体的电子扫描电镜图；图10为实施例6制备的纳米五氧化二铌粉体的电子扫描电镜图。具体实施方式实施例1按钾与铌的摩尔比例为10:1的比例称取氢氧化钾和五氧化二铌，加热至450℃进行熔融反应4小时，冷却后用去离子水洗涤并过滤；称取不溶物质量以计算上清液中铌的摩尔含量，然后加入适量去离子水，配置成铌摩尔浓度为0.1摩尔/升的含铌溶液；加入表面活性剂SDS并进行搅拌，使表面活性剂的加入量占含铌溶液质量体积比为0.5克/升，然后加入硝酸调节体系pH值为8进行沉淀反应得水合五氧化二铌；将水合五氧化二铌进行过滤、水洗至流出液的pH值为中性后再进行烘干，最后在900℃焙烧20小时即可制备出纳米五氧化二铌粉体。采用电子扫描电镜和X射线衍射仪分别对本实施例制备的纳米五氧化二铌粉体进行表征，结果如图1和图2所示。从图1中可知，本实施例制备的纳米五氧化二铌粉体的粒径约为150-250纳米，粒径分布较窄，分散性良好。从图2可看出，五氧化二铌材料为典型正交相结构。将本实施例制备的纳米五氧化二铌材料作为锂离子电池负极材料制备扣式电池，其中五氧化二铌为活性物质，导电剂为乙炔黑，粘结剂为聚偏氟乙烯，三者比例为8:1:1（质量比）。然后测试扣式电池的电化学性能，扣式电池测试区间为1.0-3.0V，前三次充放电电流为25mA/g，后续充放电循环电流大小为100mA/g。其测试结果如图3、4所示，从图中可知本实施例制备的纳米五氧化二铌材料作为锂离子电池负极材料制备扣式电池，其首次充电比容量可达286.9mAh/g，100mA/g下循环100周后容量保持率可达88.5%。实施例2按钾与铌的摩尔比例为5:1的比例称取氢氧化钾和五氧化二铌，加热至500℃进行熔融反应3小时，冷却后用去离子水洗涤并过滤；称取不溶物质量以计算上清液中铌的摩尔含量，然后加入适量去离子水，配置铌摩尔浓度为0.1摩尔/升的含铌溶液；加入表面活性剂SDS并搅拌，使表面活性剂的加入量占含铌溶液质量体积比为1克/升，加入硝酸调节体系pH值为8进行沉淀反应得水合五氧化二铌；将水合五氧化二铌进行过滤、水洗至流出液的pH值为中性后再烘干，最后在1200℃焙烧15小时即可制备出纳米五氧化二铌粉体。采用电子扫描电镜和X射线衍射仪对本实施例制备的纳米五氧化二铌粉体进行表征，结果如图5和图6所示。从图5中可知，本实施例制备的纳米五氧化二铌粉体的粒径约为300-600纳米，分散性良好。从图6可看出五氧化二铌材料为典型单斜相结构。将本实施例制备的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于锂离子电池负极材料的纳米五氧化二铌粉体的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：（1）将五氧化二铌粉体与碱盐加热进行熔融反应，冷却后进行水洗、过滤；（2）在过滤后的上清液中加水配制成含铌0.05‑1摩尔/升的含铌溶液；（3）在含铌溶液中加入表面活性剂，搅拌后加入酸调节溶液pH值为7‑9，沉淀得水合五氧化二铌；（4）将水合五氧化二铌经过滤、水洗、烘干后进行焙烧，得到纳米五氧化二铌粉体。

【技术特征摘要】
1.一种用于锂离子电池负极材料的纳米五氧化二铌粉体的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）将五氧化二铌粉体与碱盐加热进行熔融反应，冷却后进行水洗、过滤；
（2）在过滤后的上清液中加水配制成含铌0.05-1摩尔/升的含铌溶液；
（3）在含铌溶液中加入表面活性剂，搅拌后加入酸调节溶液pH值为7-9，沉淀得水合五氧化二铌；
（4）将水合五氧化二铌经过滤、水洗、烘干后进行焙烧，得到纳米五氧化二铌粉体。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述碱盐中碱金属与五氧化二铌粉体中铌的摩尔比为5:1-15:1。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：所述碱盐为氢氧化钠、氢氧化钾或碳酸钾。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述加热...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁楚雄，
申请(专利权)人：合肥国轩高科动力能源有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34