“绣球”状中空C/Nb2O5微球的制备及其电化学性能研究

周 伟，吴泽斌，曾癸霖，郑佳玲

（湖南工业大学 冶金与材料工程学院，湖南 株洲 412007）

1 研究背景

由于环境破坏和资源匮乏问题日益严重，锂电池作为一种高效且环保的储能器件，成为解决当下环境与能源问题的有效途径之一[1]。电极材料是锂电池的关键部分，石墨因具有良好的导电性能而被广泛地应用于锂离子电池的负极材料中[2-4]。但石墨存在理论比容量低（其理论比容量为372 mA·h/g）和稳定性差的问题，因此需要开发性能更加优异且廉价的负极材料[5]。近年来，过渡金属氧化物由于其优越的循环性能和高容量而备受关注，并被科研工作者们深入研究[6]，这些金属氧化物主要有Nb2O5[7]、V2O5[8]、MnO[9]等。其中嵌锂型过渡金属氧化物Nb2O5相比于其他过渡金属氧化物有着更大的优势，如其资源丰富，具有较低的工作电压（1.0～1.5 V）等[10]。并且Nb2O5具有层状剪切结构，剪切面由NbO6组成，存在以下主要晶型：正交型T-Nb2O5、伪六角型TTNb2O5和单斜型H-Nb2O5。其中T-Nb2O5的性能最稳定，它的晶体结构允许锂离子快速地传输，层状剪切结构同样允许锂离子在其晶体内部进行传输。但是当Nb2O5作为锂离子电池负极材料时，它的低导电性能限制了锂离子的传导，从而使得锂离子电池的大电流放电性能较差[11-12]。

为提高Nb2O5负极材料的导电性能和离子嵌入/脱出速率，科研工作者们采用不同方法对其进行了改善，其中离子掺杂被证明是一种较为有效的改善方法。如Zhai Ximei 等[13]将T-Nb2O5与TiO2的混合物通过一种固态反应，得到缺氧的T-Nb2O5，并将Ti4+掺杂到T-Nb2O5基体中，有效地提高了负极材料的导电性能，并表现出良好的电化学循环稳定性能。……