[發(fā)明專利]一種多級復合金屬氧化物功能陶瓷及其應用

有效

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• 申請日: 2019-03-13
• 公開（公告）號: CN109950486B
• 公開（公告）日: 2020-09-18
• 發(fā)明（設計）人: 劉一軍;黃玲艷;李嘉胤;黃劍鋒;歐陽海波;汪慶剛
• 申請（專利權）人: 蒙娜麗莎集團股份有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/525;H01M4/62;H01M4/13;H01M10/054
• 代理公司: 上海瀚橋專利代理事務所(普通合伙) 31261
• 代理人: 曹芳玲;熊子君

本發(fā)明提供一種多級復合金屬氧化物功能陶瓷及其應用，涉及一種多級復合金屬氧化物材料，包括：管狀碳骨架、以及生長于所述管狀碳骨架表面的復合金屬氧化物，所述復合金屬氧化物包括鐵氧化物和銅鎳合金的復合結構。

技術領域

本發(fā)明屬于陶瓷技術領域，具體涉及一種骨架表面接枝生長多級復合金屬氧化物功能陶瓷及其制備方法和應用。

背景技術

能源是人類發(fā)展過程中最重要的因素，縱觀當今世界，綠色能源以電能代替石油和天然氣，而發(fā)展電動汽車的關鍵就在于電池。由于鋰的儲量限制不能大量用于汽車中，鈉電池儲量大，故是最有前景的電池材料。金屬氧化物也是鈉離子電池高容量負極材料的熱點，其主要面臨體積膨脹、容量衰減的問題，為了克服這些問題，可以通過與碳復合、制備電化學活性／非活性復合材料、合成特殊形貌納米材料等方法抑制材料的體積膨脹、提高材料電導率，進而實現了合金系材料的高比容量、穩(wěn)定循環(huán)以及優(yōu)良的倍率性能。作為最穩(wěn)定的氧化鐵，赤鐵礦（α-Fe₂O₃）由于其容量高達1007 mAh/g，其無毒性，低成本以及豐富性引起了特別的關注。而氧化銅研究較多，性能穩(wěn)定但充放電容量不高。

發(fā)明內容

針對上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種電化學性能優(yōu)異的多級復合金屬氧化物材料及其制備方法和應用。

第一方面，本發(fā)明提供一種多級復合金屬氧化物材料，其包括：管狀碳骨架、以及生長于所述管狀碳骨架表面的復合金屬氧化物，所述復合金屬氧化物包括鐵氧化物和銅鎳合金。

根據本發(fā)明，以碳作骨架，可以暴露更多的金屬氧化物單晶面，從而提高電化學性能；復合金屬氧化物包括鐵氧化物和銅鎳復合物，其中鐵氧化物充放電容量高，鎳有利于提高循環(huán)性能和大倍率充放電時的穩(wěn)定性，銅可以提高電池容量。進行多相復合，能結合各材料特點，得到更好的電化學性能。本發(fā)明的多級復合金屬氧化物材料作為鈉離子電池負極材料，由于其兼具著金屬氧化物的容量大和原料低廉的特點，具有廣闊的前景，而將其與固定的骨架結構聯合起來，則能夠進一步發(fā)揮結構穩(wěn)定，使得循環(huán)穩(wěn)定。因此該種在多級復合金屬氧化物材料可以彌補金屬氧化物作為負極材料的缺陷，有望作為鈉離子電池的負極材料。

較佳地，所述管狀碳骨架的長度為0.1～0.8μm，管徑為50～100nm，管壁厚度為5～50nm。

較佳地，所述鐵氧化物為Fe_23.33O₃₂，所述銅鎳復合物為Cu_0.81Ni_0.19。

較佳地，鐵氧化物和銅鎳合金的摩爾比為5：1～1：5。

較佳地，所述復合金屬氧化物呈顆粒狀，優(yōu)選地，粒徑為30～500nm。

較佳地，管狀碳骨架與復合金屬氧化物的質量比為1：5～1：20。

第二方面，本發(fā)明提供上述多級復合金屬氧化物材料的制備方法，包括以下步驟：

（1）將有機碳源熱解，得到產物A；

（2）將產物A與銅源和鐵源混合均勻，在500～700℃熱解，得到產物B；

（3）將產物B與鎳源混合均勻，在500～700℃熱解，得到產物C；

（4）將產物C在200～300℃熱解，得到碳作骨架支撐生長金屬氧化物的復合金屬氧化物。

根據本發(fā)明，制備碳作骨架，以便暴露更多的金屬氧化物單晶面，使其結構支撐生長金屬氧化物復合金屬氧化物作為電極材料來提高電池的電化學性能。該制備方法簡單易操作，未添加任何有機物，成本低廉，對環(huán)境友好，有望實現工業(yè)化生產。

較佳地，所述有機碳源選自尿素、乙二胺四乙酸、檸檬酸中的至少一種。