一种含氧空位五氧化二铌材料的制备方法及其在钠离子电池中的应用技术

本发明专利技术涉及一种含氧空位五氧化二铌材料的制备方法及其在钠离子电池中的应用

【技术实现步骤摘要】
一种含氧空位五氧化二铌材料的制备方法及其在钠离子电池中的应用


[0001]本专利技术属于钠离子电池领域，具体涉及一种含氧空位五氧化二铌材料的制备方法及其在钠离子电池中的应用
。

技术介绍

[0002]由于地壳中锂的可获得性和地缘政治发展导致的供应脆弱性，探寻可取代锂离子电池，能够大规模生产和应用的储能技术至关重要
。
钠离子电池与锂离子电池在工作原理以及生产工艺方面类似，并且钠自然资源储量丰富，成本低廉
。
与锂离子电池相比，钠离子电池在倍率性能
、
安全性能
、
低温性能以及成本维修方面具有一定的优势
。
[0003]然而，由于钠离子的半径
(0.102nm)
比锂离子的半径
(0.076nm)
大，导致钠离子的扩散动力学缓慢，因此现阶段钠离子电池存在着倍率性能差
、
循环寿命短
、
首圈库伦效率低等一系列技术问题
。
因此，亟需发展高效的电极材料改善钠离子电池的整体性能
。
[0004]根据储钠机理的不同，钠离子电池的负极材料可以分为三种类型：合金型
、
转化型以及插层型
。
合金化负极材料在钠离子储存过程中经历合金化反应，其具有较高的理论比容量以及低工作电压平台
。
但是，合金化材料反应过程中存在的体积膨胀使得循环稳定性低
。
转化型负极材料在充放电过程中经历相转化，具有较高的理论比容量
。
但是其具有首圈库伦效率低
、
倍率性能差
、
以及体积膨胀导致的循环稳定性差等问题
。
插层型材料在充放电过程中的体积膨胀较小，因而具有优良的倍率以及循环性能
。
[0005]五氧化二铌作为典型的插层材料已被广泛研究，但是其在室温下导电性差，使得离子扩散动力学缓慢，进而导致其倍率性能差，循环寿命短
。
目前的研究主要通过纳米结构材料设计以及将其与导电性材料进行复合来改善
。
降低材料的尺寸可以有效缩短离子的传输速率提升电池的倍率性能，但是其较大的比表面积易于与电解液发生副反应且在循环过程中易于团聚从而导致循环寿命短
。
此外，复合导电材料可以提高五氧化二铌的导电性，但其制备成本高，均匀性差，结晶性差以及材料振实密度低等限制了其大规模生产及应用
。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种可改善电池的倍率性能
、
循环稳定性以及库伦效率的含氧空位五氧化二铌负极材料的制备方法及其在钠离子电池中的应用
。
[0007]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0008]一种含氧空位五氧化二铌材料的制备方法，所述含氧空位五氧化二铌材料采用以下步骤方法制备得到：
[0009]步骤
(1)、
将五氧化二铌前驱体在乙醇中分散，得到分散液；所述五氧化二铌前驱体为五氯化铌
、
铌酸钠
、
铌酸铵草酸盐水合物
、
水合草酸铌中的一种或者几种；
[0010]步骤
(2)、
将上述步骤
(1)
得到的分散液在
50
‑
150℃
下搅拌进行凝胶化，得到凝胶；
[0011]步骤
(3)、
将上述步骤
(2)
得到的凝胶在气体保护下，以
10℃/min
速率升温，在
300
‑
1000℃
下进行煅烧1‑4小时，得到含氧空位五氧化二铌材料；
[0012]所述气体为氮气
、
氩气或者氢气和氩气的混合气体中的一种
。
[0013]如上述方法制备的含氧空位五氧化二铌材料在钠离子电池中的应用，采用所述含氧五氧化二铌为活性材料制成负极极片，以金属钠片为对电极，与电解液和隔膜共同组装成钠离子电池
。
[0014]进一步地，所述负极极片中含氧空位五氧化二铌的负载量为
0.1
～
10mg/cm2。
[0015]进一步地，所述负极极片通过以下方法制成：以含氧空位五氧化二铌材料为活性材料，将其与导电剂
、
粘结剂分散在水和无水乙醇的混合溶液中，制成悬浊液，将悬浊液负载于基底上，干燥后即得负极极片
。
[0016]进一步地，所述含氧空位五氧化二铌材料
、
导电剂
、
粘结剂的质量比为
8:1:1、7:2:1
或
6:3:1
；
[0017]进一步地，所述水和无水乙醇的混合溶液中水：乙醇的体积比为
19:1、4:1
或
1:1
；所述悬浊液的固含量为
0.2
～5％
。
[0018]进一步地，所述导电剂包括
SuperP、KetjenBalck、VulcanXC
‑
72、BP2000
或碳纳米管；所述粘结剂包括
CMC
，
PTFE、PVDF
或
PVA
；所述基底包括铜箔，铝箔，泡沫镍
、
碳纸
、
碳布
、
钢丝网或铝网
。
[0019]进一步地，所述电解液包括
NaClO4的
DME
溶液
、NaClO4的
EC:DEC[1:1(v/v)]溶液
、NaClO4的
PC
溶液
、NaClO4的
DIGLYME
溶液
、NaPF6的
DME
溶液
、NaPF6的
EC:DEC[1:1(v/v)]溶液，
NaPF6的
DIGLYME
溶液
、NaPF6的
DOL
溶液
、NaPF6的
EC:DMC[1:1(v/v)]溶液，在上述各溶液中钠盐的浓度为
0.1
～
10M。
[0020]进一步地，所述隔膜为聚烯烃多孔膜
。
[0021]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0022]本专利技术公开的一种含氧空位五氧化二铌负极材料的制备方法，采用乙醇作为五氧化二铌前驱体的溶剂，将五氧化二铌前驱体均匀分散，并对其进行凝胶化以及煅烧，得到含氧空位的五氧化二铌
。
采用凝胶化的前驱体，煅烧后得到含氧空位五氧化二铌，产量大，制备过程简单，环境友好，适合于工业放大
。
通过调控煅烧温度及时间得到具有多层级结构，颗粒尺寸可控以及导电性良好的含氧空位五氧本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种含氧空位五氧化二铌材料的制备方法，其特征在于，所述含氧空位五氧化二铌材料采用以下步骤方法制备得到：步骤
(1)、
将5‑
10mol
五氧化二铌前驱体在
10ml
无水乙醇中分散，得到分散液；所述五氧化二铌前驱体为五氯化铌
、
铌酸钠
、
铌酸铵草酸盐水合物
、
水合草酸铌中的一种或者几种；步骤
(2)、
将上述步骤
(1)
得到的分散液在
50
‑
150℃
下搅拌进行凝胶化，得到凝胶；步骤
(3)、
将上述步骤
(2)
得到的凝胶在气体保护下，以
10℃/min
速率升温，在
300
‑
1000℃
下进行煅烧1‑4小时，得到含氧空位五氧化二铌材料；所述气体为氮气
、
氩气或者氢气和氩气的混合气体中的一种
。2.
如权利要求1所述方法制备的含氧空位五氧化二铌材料在钠离子电池中的应用，其特征在于，采用所述含氧五氧化二铌为活性材料制成负极极片，以金属钠片为对电极，与电解液和隔膜共同组装成钠离子电池
。3.
据权利要求2所述的应用，其特征在于，所述负极极片中含氧空位五氧化二铌的负载量为
0.1
～
10mg/cm2。4.
据权利要求2或3所述的应用，其特征在于，所述负极极片通过以下方法制成：以含氧空位五氧化二铌材料为活性材料，将其与导电剂
、
粘结剂分散在水和无水乙醇的混合溶液中，制成悬浊液，将悬浊液负载于基底上，干燥后即得负极极片
。5.
据权利要求4所述的应用，其特征在于，所述含氧空位五氧化二铌材料
、
导电剂
、

【专利技术属性】
技术研发人员：张伟，李景娟，郑伟涛，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：