一种锂离子电池用一维铟铌氧化物负极材料及其制备方法技术

本发明专利技术属于锂离子电池负极材料技术领域，公开了一种锂离子电池用一维铟铌氧化物负极材料及其制备方法。该方法包括以下步骤：配置浓度为0.05～0.3mol

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池用一维铟铌氧化物负极材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于锂离子电池负极材料
，尤其涉及一种锂离子电池用一维铟铌氧化物负极材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]铌基氧化物具有较高的嵌脱锂电位(1～2V vs Li/Li
+
)，安全性好，且大多数铌基氧化物具有插层赝电容效应。因此，铌基氧化物用作快速储能锂离子电池负极材料具有明显的优势。研究者们已经开发出具有ReO3剪切结构的Al
‑
Nb
‑
O负极材料，In元素和Al同属第Ⅲ主族，具有相似的化学性质，铟的金属性大于铝，这有利于提高氧化物材料的电子电导率，铟离子半径(In
3+
：0.62A
°
)大于铝离子(Al
3+
：0.535A
°
)，掺入铟以后可以扩大锂离子脱嵌通道，即对材料结构进行调控。
[0003]一维纳米结构材料(如纳米线、纳米管、纳米棒、纳米带)作为锂离子电池负极材料已被广泛研究，由于它具有好的电化学活性，高的机械强度和大的比表面积。静电纺丝技术一直被用来合成一维纳米结构，因为这一技术具有操作简单、成本低、重现性好等特点。
[0004]因此，本专利技术提出采用静电纺丝法合成一维铟铌氧化物负极材料，通过调控分子比例、自掺杂比例、煅烧条件等，优化其结构、形貌和电化学性能。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种锂离子电池用一维铟铌氧化物负极材料及其制备方法，从而得到具有优异的倍率性能和长循环寿命的电化学性能的一维铟铌氧化物负极材料。制备的材料具有一维方向延伸的典型形貌特征，促进了锂离子的快速传输；同时材料具备稳定的ReO3剪切结构，保证了其在快速充放电过程中的结构稳定性，并可以通过煅烧条件控制其物相结构和空间群，从而进一步调控其电化学性能。
[0006]本专利技术的技术方案包括以下步骤：
[0007]将铌源和铟源分别溶于溶剂中后混合均匀，配置成总金属离子摩尔浓度为0.05～0.3mol
·
L
‑1二元金属盐溶液，滴加添加剂A，然后在超声外场作用下边搅拌边缓慢加入添加剂B或添加剂B溶液，加入完毕后，持续搅拌4～24h，得均一的混合溶液，然后进行静电纺丝；所得到的样品干燥后置于程序控温管式炉中，在空气或惰性气体中煅烧，随炉冷却即得一维铟铌氧化物负极材料。
[0008]所述的铌源包括五氯化铌、铌酸铵、铌酸铵草酸盐、乙醇铌、氟化铌(V)中的至少一种；所述铟源包括三氯化铟及其水合物、硫酸铟及其水合物、三氟甲磺酸铟(III)、铟酞菁、乙酰丙酮铟、硝酸铟及其水合物、溴化铟(III)、乙酰丙酮铟、三(2,4
‑
戊二酮酸)铟(III)、醋酸铟中的至少一种；所述铟离子摩尔浓度为总金属离子摩尔浓度的1～8％；溶解温度为20～50℃。
[0009]所述的溶剂为去离子水、无水乙醇、N，N
‑
二甲基甲酰胺、N
‑
甲基二乙醇胺、氨基磺酰胺、L
‑
谷氨酰胺、邻氨基苯甲酰胺中的至少一种。
[0010]所述的添加剂A包括N，N
‑
二甲基甲酰胺、三乙醇胺、2
‑
氨基苯磺酰胺、亚氨基二乙酸、谷氨酸、甘氨酸中的至少一种；
[0011]所述的添加剂B包括聚乙烯吡咯烷酮、聚醚F127、聚氧乙烯
‑
聚氧丙烯
‑
聚氧乙烯、C9
‑
C14的烷基苯磺酸钠盐、十六烷基三甲基卤化铵、十二烷基二甲基苄基溴化铵、长链烷基葡萄糖苷、异丙醇钛中的至少一种；所述的添加剂B溶液指添加剂B溶解于无水乙醇、N，N
‑
二甲基甲酰胺或N
‑
甲基二乙醇胺所制得的溶液；添加剂B的质量为总溶液质量的3～10％。
[0012]所述的静电纺丝过程中，液体流速为0.05～0.3mm
·
min
‑1，电压为15～20kV。
[0013]所述的升温速度为1～6℃
·
min
‑1；煅烧温度为750～1250℃，煅烧时间为2～24h。
[0014]本专利技术的有益效果为：
[0015]本专利技术采用静电纺丝技术，制备的材料具有一维方向延伸的典型形貌特征，促进了锂离子的快速传输；同时材料具备稳定的ReO3剪切结构和丰富的阴离子缺陷或阳离子缺陷，增加了材料的活性位点，保证了其在快速充放电过程中的结构稳定性。并且有效控制了材料的形貌和晶体构型，最终获得了性能优异的一维铟铌氧化物负极材料。
附图说明
[0016]图1是实施例1中一维铟铌氧化物负极材料的XRD图。
[0017]图2是实施例1中一维铟铌氧化物负极材料的SEM图
[0018]图3是实施例1中铟铌氧化物电极材料的充放电曲线图。
[0019]图4是实施例2中铟铌氧化物电极材料的SEM图。
[0020]图5是实施例3中铟铌氧化物电极材料的XRD图。
具体实施方式
[0021]实施例1
[0022]将1.0817g NbCl5与0.018g InCl3分别溶解于乙醇中，后混合均匀，配置成总金属离子摩尔浓度为0.136mol
·
L
‑1二元金属盐溶液，滴加N，N
‑
二甲基甲酰胺，最后缓慢加入1.2g聚乙烯吡咯烷酮，持续搅拌12h，得到前驱体溶液，之后进行纺丝。采用滚筒式收集器进行样品收集，针尖与收集器的距离为20cm，液体流速为0.1mm
·
min
‑1，电压为18kV。最后将收集到的前驱体纤维在空气气氛中1200℃下煅烧6h，以除去聚合物载体，得到In
0.5
Nb
24.5
O
62
纳米纤维。所得产物充放电曲线如图3所示，在0.1C时首次充电比容量为414.1mAh
·
g
‑1。
[0023]实施例2
[0024]将1.0817g NbCl5与0.018g InCl3分别溶解于乙醇中，后混合均匀，配置成总金属离子摩尔浓度为0.136mol
·
L
‑1二元金属盐溶液，滴加N，N
‑
二甲基甲酰胺，最后缓慢加入1.2g聚乙烯吡咯烷酮，持续搅拌12h，得到前驱体溶液，之后进行纺丝。采用滚筒式收集器进行样品收集，针尖与收集器的距离为20cm，液体流速为0.2mm
·
min
‑1，电压为18kV。最后将收集到的前驱体纤维在空气气氛中1200℃下煅烧6h，以除去聚合物载体，得到In
0.5
Nb
24.5
O
62
纳米纤维。
[0025]图2是实施例1中一维铟铌氧化物负极材料的SEM图，图4是实施例2中铟铌氧化物电极材料的SEM图，可以看出，在纺丝过程中，实施例1和实施例2均可本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池用一维铟铌氧化物负极材料的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：(1)将铌源和铟源分别溶于溶剂中后混合均匀，配置二元金属盐溶液，滴加添加剂A，然后在超声外场作用下边搅拌边缓慢加入添加剂B或添加剂B溶液，加入完毕后，持续搅拌4～24h，得均一的混合溶液，然后进行静电纺丝；(2)将步骤(1)静电纺丝所得到的样品干燥后置于程序控温管式炉中，在空气或惰性气体中煅烧，随炉冷却即得一维铟铌氧化物负极材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的铌源包括五氯化铌、铌酸铵、铌酸铵草酸盐、乙醇铌、氟化铌(V)中的至少一种；所述铟源包括三氯化铟及其水合物、硫酸铟及其水合物、三氟甲磺酸铟(III)、铟酞菁、乙酰丙酮铟、硝酸铟及其水合物、溴化铟(III)、乙酰丙酮铟、三(2,4
‑
戊二酮酸)铟(III)、醋酸铟中的至少一种。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，二元金属盐溶液中，总金属离子摩尔浓度为0.05～0.3mol
·
L
‑1；其中，铟离子摩尔浓度为总金属离子摩尔浓度的1～8％；溶解温度为20～50℃。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的溶剂为去离子水、无水乙醇、N，N
‑
二甲基甲酰胺、N
‑
甲基二乙醇胺、氨基磺酰胺、L
‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘鸿嘉，付凯，苏明如，刘云建，李浩，窦爱春，周玉，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：