[發明專利]一種鋰離子電池負極材料尖晶石型球形高熵氧化物材料的制備方法

有效

• 申請號: 201810815366.2
• 申請日: 2018-07-23
• 公開（公告）號: CN108933248B
• 公開（公告）日: 2021-02-09
• 發明（設計）人: 冒愛琴;權峰;王飄飄;俞海云;鄭翠紅;林娜
• 申請（專利權）人: 安徽工業大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/48;H01M4/52;H01M10/0525
• 代理公司: 北京君泊知識產權代理有限公司 11496
• 代理人: 王程遠

本發明公開了一種鋰離子電池負極材料尖晶石型球形高熵氧化物材料的制備方法，屬于鋰離子電池負極材料領域。該法采用化學還原法和低溫熱處理相結合，具體是：采用鈷、鉻、銅、鐵和鎳的氯化鹽、硫酸鹽、硝酸鹽、碳酸鹽、醋酸鹽和草酸鹽作為金屬源，硼氫化鈉和保險粉連二亞硫酸鈉作為還原劑，然后將發生氧化還原反應的產物在300～500℃的設備中煅燒得到目標產物。該制備方法采用液相配料，確保原料達到分子水平混勻，產物實現了化學計量比；同時具有工藝簡單、反應溫和、時間短、效率高且對煅燒設備無特殊要求等特點。本發明制備的高熵氧化物粉體純度高、粒度小且具有較高的初始放電容量和較好的循環性能。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池負極材料領域，具體涉及一種具有尖晶石型晶體結構和球形形貌的(CoCrCuFeNi)₃O₄高熵氧化物材料及其制備方法。

背景技術

鋰離子電池是繼鎳鉻、鎳氫電池之后最新的一代蓄電池，其重量輕、體積小、能量密度高、循環性能良好且自放電率小的特性，受到移動電話、筆記本電腦等便攜式電子產品以及新能源汽車等領域的廣泛親睞。鋰離子電池能否成功應用的一個關鍵就是負極嵌入和脫嵌鋰化合物。因此負極材料作為鋰電池四大組成材料之一，在提高電池的容量以及循環性能方面起到了重要作用，其性能直接影響鋰離子電池的性能。

目前商用的鋰離子電池負極材料一般為石墨類碳負極材料。但是石墨基負極材料理論比容量低，僅為372mAhg^-1；另一方面其較大的層狀結構雖然為鋰的存儲提供了場所，但不利于電池和相關裝置向小型化方向發展；同時石墨基負極的嵌鋰電位接近金屬鋰的電位，不利于電池的安全。上述存在問題嚴格限制了未來鋰離子電池的發展。因此開發具有更高容量的鋰離子電池負極材料，如過渡金屬氧化物負極材料就迫在眉睫。

2000年法國科學家Tarascon等采用CoO、Co₂O₃、Fe₂O₃、CuO和MnO等單一過渡氧化物作為鋰離子負極材料，該類電極材料由于對應多電子的轉移過程，因而具有較高的理論容量，如CuO的理論容量為674mAhg^-1。中國專利申請號為 201410276284.7公布了一種過渡金屬氧化物M_xO_y(M為Fe，Mn和Cr中的一種或幾種)的鋰離子電池負極材料。在此基礎上又開發了二元鋰離子電池負極材料，如劉磊以水熱合成法制備了NiFe₂O₄、ZnFe₂O₄、Co_xFe_3-xO4、Co_xMn_3-xO₄及等二元系列的具有尖晶石結構的二元氧化物作為鋰離子電池的負極材料(劉磊.鋰離子電池過渡金屬氧化物負極材料的結構設計與電化學性能研究.中國科學院大學博士學位論文，2015.)。高熵氧化物材料是在高熵合金的基礎上發展起來的一種新型陶瓷材料，由美國的Christina M.Rost首先提出高熵氧化物這一新型陶瓷材料的概念。目前關于高熵氧化物作為鋰離子電池負極材料的報道還很少，只有中國專利申請號為201711421445.7提出采用激光分子束外延沉淀法制備了用于鋰離子電池負極材料的(MgCoNiCuZn)O高熵氧化物薄膜材料。目前尚還未見有鋰離子電池負極材料用尖晶石型(CoCrCuFeNi)₃O₄高熵氧化物材料及制備方法的相關報道。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是設計新型的鋰離子電池負極材料，一種具有尖晶石型晶體結構和球形形貌的(CoCrCuFeNi)₃O₄高熵氧化物材料；同時克服現有技術制備的缺點，提供一種能耗低、生產效率高、綠色環保、產品無需復雜后處理的高熵氧化物粉體材料的制備方法。