本发明专利技术提供一种铌酸盐及其复合材料与其在二次锂电池中的应用。铌酸盐具有如下通式：LaMbNbcOd，L选自Li、Na或K的一种或几种；M选自B、Al、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Ce、Y、Zr、Mo、La、Ta中的一种或几种；a，b，c，d代表摩尔百分比，0.8≤a≤1.1，0≤b＜0.2，2.9≤c≤3.1，7.8≤d≤8。本发明专利技术铌酸盐及其复合材料作为二次锂离子电池的负极容量高，且能够很好的循环，好于市场上的钛酸锂材料，是取代钛酸锂的潜在材料之一。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及铌酸盐及其复合材料与其在二次锂电池中的应用，具体而言，涉及铌酸盐及其复合材料、其制备方法及含该材料和复合材料的负极和电池。
技术介绍
早期(ActaChemica Scandinavica. ,25, (1971)3337 ;Journal of CrystalGrowth. 18, (1973) 179-184 ;Journal of the European Ceramic Society. ,26,(2006)2031-2034)对LiNb3O8的研究集中于其材料的制备、结构以及其在陶瓷方面的应用。S. 0. Yoon, J. H. Yoon, et al将高纯的Li2CO3粉末和Nb2O5粉末混合后烧制700_850°C得到LiNb3O8，然后与TiO2在1200-1350°C烧成致密的陶瓷，可以作为陶瓷材料使用。M. Anji Reddy, 2OO8 年在 Chem. Mater.杂志上发表了《Facile insertion of lithium into nanocrystalline AlNbO4 at room temperature》的文章，给出了纳米AlNbO4具有较好的电化学活性。2011年Goodenough教授在Chemistry of Materials发表了《NewAnode Framework for Rechargeable Lithium Batteries》，碳包覆的 TiNb2O7在 2. 5 I. OV的充放电区间内，表现出良好的性能。铌基氧化物在电池方面的应用，得到了广泛研究。这和市场上已经商业化的一种锂电池负极材料钛酸锂(Li4Ti5O12)相比有较大的储能优势，钛酸锂的理论容量大约在175mAh/g，虽然钛酸锂有较好的循环性能，但是其本身电子电导不高，需要相关的改性处理才能提高它的电导，以及它的理论容量偏低。铌酸盐中Nb5+/Nb4+和Nb4+/Nb3+的氧化还原电对在I 3V之间，能够实现2电子转移，因此具有很高的理论容量。但是作为宽禁带的材料，铌酸盐的电子电导并不好，在实际应用中，要求铌酸盐电极材料同时拥有较高的电子电导和离子电导，结构的稳定性，以及保持电极材料之间良好的导电性，还要有稳定的晶界和较小的体积形变，以及离子输运通畅。
技术实现思路
为了克服上述缺陷，本专利技术的一个目的是提供一种铌酸盐在制备二次锂电池中电极材料的应用，优选在负极材料中的应用。上述的铌酸盐具有如下通式LaMbNbc0d，L选自Li、Na或K的一种或几种；M选自 B、Al、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Ce、Y、Zr、Mo、La、Ta 中的一种或几种；a，b，c，d 代表摩尔百分比，0. 8 彡 a 彡 I. 1，0 彡 b < 0. 2，2. 9 彡 c 彡 3. 1，7. 8彡d彡8。7. 8彡d彡8可表示有氧空位存在的情形，可用低价的阳离子替代Nb。其中，一个具体实施方案中，铌酸盐是由固相法制备而得，该方法包括如下步骤将L源、M源和Nb2O5粉末按照LaMbNbcOd摩尔比配料后，加入溶剂稀释成白色糊状物；上述糊状物经球磨后在略高于室温的环境下干燥，冷却后压片。将上述白色片状物至于Al2O3坩埚中，然后在空气中快速加热，温度在700-100(TC之间，并保温数小时后得到LaMbNbcOd。进一步的上述LaMbNbeOd置于氩气或氮气中，700-800°C加热5_24h，得到含有氧空位的铌酸盐。其中，进一步的具体实施方案中，铌酸盐是由如下方法制备将Nb(OH)5在80°C下溶于柠檬酸水溶液，按照LaMbNbeOd中各元素的配比，将L源和M源加入配料后，持续加热，形成溶胶，将溶胶至于烘箱中，最终形成凝胶，将凝胶转移至Al2O3坩埚中，然后在空气中加热，温度在500-700°C之间，并保温数小时，冷却后得到纳米级的 LaMbNbc0d。优选地，L源为含有Li、Na或K或受热分解后含有Li、Na或K氧化物的物质。优选地肩源为含有831、11、￥、0^11、？6、&)或附或受热分解后含有B、Al、Ti、 V、Cr、Mn、Fe、Co或Ni氧化物的物质。本专利技术的有一个目的是提供一种铌酸盐复合材料。上述的铌酸盐复合材料具有如下通式=C-LaMbNbcOd,C为碳，所述碳包覆在铌酸盐颗粒的表面；L选自Li、Na或K的一种或几种；M选自 B、Al、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Ce、Y、Zr、Mo、La、Ta 中的一种或几种；a，b，c，d 代表摩尔百分比，0. 8 彡 a 彡 I. 1，0 彡 b < 0. 2，2. 9 彡 c 彡 3. 1，7. 8彡d彡8。7. 8彡d彡8可以表示有氧空位存在的情形，具体操作可以用低价的阳离子(Ti、Mn等)替代Nb。所述碳的质量百分含量为大于零小于等于20%，优选为0. 1% -10%。其中，一个具体实施方案中，铌酸盐是由固相法制备而得，该方法包括如下步骤将L源、M源和Nb2O5粉末按照LaMbNbcA1摩尔比配料后，加入溶剂稀释成白色糊状物；上述糊状物经球磨后在略高于室温的环境下干燥，冷却后压片。将上述白色片状物至于Al2O3坩埚中，然后在空气中快速加热，温度在700-100(TC之间，并保温数小时后得到LaMbNbcOd。进一步的上述LaMbNbeOd置于氩气或氮气中，700-800°C加热5_24h，得到含有氧空位的铌酸盐。其中，进一步的具体实施方案中，铌酸盐是由如下方法制备将Nb (OH) 5在80°C下溶于柠檬酸水溶液，按照LaMbNbeOd中各元素的配比，将L源和M源加入配料后，持续加热，形成溶胶，将溶胶至于烘箱中，最终形成凝胶，将凝胶转移至Al2O3坩埚中，然后在空气中加热，温度在500-700°C之间，并保温数小时，冷却后得到纳米级的 LaMbNbc0d。优选地，L源为含有Li、Na或K或受热分解后含有Li、Na或K氧化物的物质。优选地，M源为含有B、Al、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co或Ni或受热分解后含有B、Al、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co或Ni氧化物的物质。其中，进行碳包覆处理的方法包括如下步骤将所述铌酸盐与含有碳的化合物均匀混合后在惰性气体环境下400 800°C加热数小时，充分反应后，冷却后得到铌酸盐复合材料。其中，所述含有碳的化合物是加热温度区间为400 700°C的有机化合物。优选蔗糖、葡萄糖或离子液体，离子液体优选[EMIm] [N(CN)2]。本专利技术的再一个目的是提供一种铌酸盐复合材料在制备二次锂电池的电极材料的应用。上述二次锂电池的电极材料，如负极材料。本专利技术的再一个目的是提供一种二次锂电池的负极。具体地，该负极包括集流体和负载在该集流体上的负极材料，所述负极材料为上述铌酸盐及其复合材料。 其中，集流体可以采用本电池领域已知的常见负极集流体，没有特别的限定。本专利技术再一个目的是提供一种锂电池，该电池包括正极、负极和电解液，所述负极为上述含有本专利技术的铌酸盐及其复合材料的负极。采用本专利技术的铌酸盐及铌酸盐复合材料作为负极的上述二次锂电池适用于各种储能设备，例如可以应用于便携式储能设备、电动汽车和电动工具、后备电源、储备电源，并不限于此。与现有技术相比本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种具有如下通式的铌酸盐在制备二次锂电池的电极材料中的应用，优选在负极材料中的应用；铌酸盐通式：LaMbNbcOd，L选自Li、Na或K的一种或几种；M选自B、Al、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Ce、Y、Zr、Mo、La、Ta中的一种或几种；a，b，c，d代表摩尔百分比，0.8≤a≤1.1，0≤b＜0.2，2.9≤c≤3.1，7.8≤d≤8。
【技术特征摘要】
1.一种具有如下通式的铌酸盐在制备二次锂电池的电极材料中的应用，优选在负极材料中的应用； 铌酸盐通式=LaMbNbcOd, L选自Li、Na或K的一种或几种； M 选自 B、Al、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Ce、Y、Zr、Mo、La、Ta 中的一种或几种； a，b，c，d代表摩尔百分比，O. 8彡a彡I. 1，0彡b < O. 2，2· 9彡c彡3. 1，7· 8彡d彡8。2.根据权利要求I所述的应用，其特征在于所述铌酸盐的制备方法包括如下步骤 将L源、M源和Nb2O5粉末按照LaMbNbeOd摩尔比配料后，加入溶剂稀释成白色糊状物；上述糊状物经球磨后在略高于室温的环境下干燥，冷却后压片；将上述白色片状物至于Al2O3坩埚中，然后在空气中快速加热，温度在700-1000°C之间，并保温数小时后得到LaMbNbcOd ；优选地，L源为含有Li、Na或K或受热分解后含有Li、Na或K氧化物的物质。优选地，M源为含有B、Al、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co或Ni或受热分解后含有B、Al、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co或Ni氧化物的物质。3.根据权利要求I所述的应用，其特征在于所述铌酸盐的制备方法包括如下步骤 将Nb (OH)5在80°C下溶于柠檬酸水溶液，按照LaMbNbeOd中各元素的配比，将L源和M源加入配料后，持续加热，形成溶胶，将溶胶至于烘箱中，最终形成凝胶，将凝胶转移至Al2O3坩埚中，然后在空气中加热，温度在500-700°C之间，并保温数小时，冷却后得到纳米级的LaMbNbcOd ； 优选地，L源为含有Li、Na或K或受热分解后含有Li、Na或K氧化物的物质。优选地，M源为含有B、Al、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co或Ni或受热分解后含有B、Al、Ti、V、Cr、Mn、Fe、...
【专利技术属性】
技术研发人员：简泽浪，卢侠，方铮，胡勇胜，陈立泉，
申请(专利权)人：中国科学院物理研究所，
类型：发明
国别省市：
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