[發(fā)明專(zhuān)利]一種制備鎳鈷鐵鋁鎂五元高熵材料的方法及產(chǎn)品與應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010800396.3
• 申請(qǐng)日: 2020-08-11
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111924899B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-03-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李曉祥;裴曉東;駱艷華;鮑維東;劉晨;錢(qián)有軍;張倩倩
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中鋼集團(tuán)南京新材料研究院有限公司;中鋼天源股份有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): C01G53/00
• 分類(lèi)號(hào): C01G53/00;H01M10/0525
• 代理公司: 安徽知問(wèn)律師事務(wù)所 34134
• 代理人: 郭大美

本發(fā)明公開(kāi)了一種制備鎳鈷鐵鋁鎂五元高熵材料的方法及產(chǎn)品與應(yīng)用，該方法包括以下步驟：(1)將可溶性鎳鹽、可溶性鈷鹽、可溶性鎂鹽依次加入容器a中，并加水溶解成透明溶液；(2)將可溶性鋁鹽、可溶性鐵鹽依次加入到容器b中，加水溶解成透明溶液，并加入一定量復(fù)合絡(luò)合劑，充分?jǐn)嚢瑁o置；(3)容器a、容器b、氨水、堿液四股料并流加入至反應(yīng)容器，攪拌，控制反應(yīng)pH，在一定反應(yīng)溫度，生成料漿，進(jìn)行過(guò)濾洗滌、干燥破碎得到粉體C；(4)將粉體C在一定焙燒溫度下得到高熵材料。該高熵材料加鋰后電池的循環(huán)穩(wěn)定性好，安全性有大幅提高，放電克容量較高。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于高熵電池材料領(lǐng)域，，具體涉及一種制備鎳鈷鐵鋁鎂五元高熵材料的方法及產(chǎn)品與應(yīng)用。

背景技術(shù)

高熵材料是一類(lèi)由多種元素以等摩爾比或近等摩爾比組成的新型多主元材料,打破了傳統(tǒng)的材料設(shè)計(jì)理念。高熵材料以其獨(dú)特的晶體結(jié)構(gòu)特征,表現(xiàn)出許多不同于傳統(tǒng)材料的組織和性能特點(diǎn)。

2019年，德國(guó)卡爾斯魯厄技術(shù)研究所(KIT)的納米技術(shù)專(zhuān)家霍斯特·哈恩(HorstHahn)團(tuán)隊(duì)經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)：高熵氧化物(HEO)材料可顯著提高蓄電池的儲(chǔ)存容量和循環(huán)穩(wěn)定性。這種材料原子無(wú)序分布的特點(diǎn)決定了其具備很高的穩(wěn)定性。HEO的特殊性質(zhì)是熵穩(wěn)定導(dǎo)致的結(jié)果，熵穩(wěn)定狀態(tài)的HEO是一種復(fù)合氧化物，含有5種或5種以上不同數(shù)量的不同金屬離子，具有單相晶體結(jié)構(gòu)。雖然這些元素的典型晶體結(jié)構(gòu)差別很大，但它們形成了一種聯(lián)合晶格，并且在晶體中的位置沒(méi)有任何明顯的有序性。這種無(wú)序也被稱(chēng)為高熵，可能是因?yàn)樗璧K了晶格中缺陷的遷移，所以能夠保持材料的高穩(wěn)定性。

目前制備高熵氧化物的方法一般是固相燒結(jié)法，化學(xué)沉淀法應(yīng)用很少，化學(xué)沉淀法制備出來(lái)高熵粉體相對(duì)于固相法顆粒細(xì)小，粒度分布均勻，活性好，各元素分布均勻。

當(dāng)前化學(xué)沉淀法制備高熵氧化物有一些缺陷。例如申請(qǐng)公布號(hào)CN110845237A將La(NO₃)₃、Co(NO₃)₂、Cr(NO₃)₃、Fe(NO₃)₃、Mn(NO₃)₂和Ni(NO₃)₂的混合溶液與氨水混合，進(jìn)行共沉淀反應(yīng)，固液分離后得到高熵陶瓷前驅(qū)體粉末，共沉淀反應(yīng)的pH值為9～10，很顯然鐵離子沉淀pH和其他陽(yáng)離子沉淀pH差很多很難達(dá)到共沉淀效果；申請(qǐng)公布號(hào)CN111302781A用NiSO₄·6H₂O，CoSO₄·7H₂O，TiOSO₄溶液，MnSO₄·H₂O，F(xiàn)eSO₄作為原料，檸檬酸或草酸作為絡(luò)合劑，進(jìn)行制備高熵氧化物，但五種鹽溶液是混合一起加入的(將堿性溶液、絡(luò)合劑、Fe-Ti-Ni-Co-Mn透明溶液加入反應(yīng)器中進(jìn)行攪拌混合反應(yīng)，控制溶液pH，生成五元共沉淀物)，檸檬酸或草酸對(duì)鎳、鈷、鈦、錳、鐵元素絡(luò)合沒(méi)有選擇性，會(huì)導(dǎo)致鐵和鈦沉淀速度較快，難以達(dá)到共沉淀的效果。文獻(xiàn)《Nanocrystalline multicomponent entropy stabilizedtransition metal oxides》向混合硝酸鹽溶液不斷滴加氨水使其溶液pH保持在10左右，使得溶液產(chǎn)生沉淀，然后在120℃下干燥4h后，在1000℃下煅燒1h得到的高熵氧化物(Co_0.2Cu_0.2Mg_0.2Ni_0.2Zn_0.2)O陶瓷粉體。該高熵氧化物的元素中沉淀反應(yīng)的pH值較為接近，但是不適合含有Fe元素的共沉淀。