[發明專利]一種利用溶膠凝膠法制備氧化鋁包覆的氰氨化鐵材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202110400401.6
• 申請日: 2021-04-14
• 公開（公告）號: CN113130903B
• 公開（公告）日: 2022-11-29
• 發明（設計）人: 李嘉胤;沈歡妍;錢程;黃劍鋒;曹麗云;胡云飛;郭鵬輝;羅曉敏;王芳敏
• 申請（專利權）人: 陜西科技大學
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M4/58;H01M10/054
• 代理公司: 西安眾和至成知識產權代理事務所(普通合伙) 61249
• 代理人: 強宏超

本發明公開了一種利用溶膠凝膠法制備氧化鋁包覆的氰氨化鐵材料的制備方法，包括：步驟一：按質量比3:5稱取草酸銨鐵鹽與尿素，混合得到A；步驟二：先以30℃/min的升溫速率升到160℃，保溫1h，然后以5℃/min的升溫速率升到600℃，得到產物B；步驟三：稱取鋁源和兩性表面活性劑溶于去離子水中，得到濃度為0.0007～0.013mol/L的溶液，調節pH≈8，加入產物B，攪拌、抽濾收集粉體，洗劑、烘干，過篩，得到前驅體C；步驟四：將前軀體樣品C進行燒結，以5?10℃/min的升溫速率升溫至300?400℃，保溫0?60min，即得到產物；該技術合成所需原料價格低廉，合成工藝簡單，易于操作，產物包覆均勻且結構穩定，大大減少反應過程中副反應的產生，從而提高電池的電化學性能。

技術領域

本發明屬于復合材料技術領域，涉及復合電極材料的制備，具體涉及一種利用溶膠凝膠法制備氧化鋁包覆的氰氨化鐵材料及其制備方法和應用。

背景技術

鋰離子電池廣泛應用于便攜式電子設備中，由于其高能量和高功率，被人們所看好。但是，由于受鋰資源的制約，使得鋰離子電池已無法滿足大規模儲能系統的需求，在可預見的未來，鋰資源的高成本和有限性將阻礙鋰基電池的進一步應用。因此，基于低成本和資源豐富的元素(如鈉、鎂、鋁、和鉀)的二次金屬離子電池正被廣泛考慮。在這些新興的電池技術中，鉀離子電池作為鋰離子電池的理想替代品具有很大的優勢，因為鉀不僅是一種低成本、無毒和資源豐富的元素(地殼中鉀的重量百分比為2.4％)，而且與作為鉀離子/鉀離子對的標準氫電極相比，它具有-2.93V的低氧化還原電位，從而為低成本的鋰離子電池提供高工作電壓和高能量密度。

但是，由于鉀離子尺寸較大較難直接嵌入許多鋰離子電池電極材料以實現電化學儲鉀的過程，極大地限制了這類電池的應用前景。因此，如何兼顧鉀離子電池電極材料的高儲鉀容量和快速穩定充放電，近年來已成為眾多學者的研究熱點方向，而調控鉀離子電池的充放電機制、探索新的材料結構體系則被認為是解決上述問題的關鍵。

氰氨化鐵化合物因其低而平的充放電電位平臺、高度可逆的反應特性、高的電化學反應活性與比容量大等特點，已成為一種非常有潛力的電池負極材料。然而，高的反應活性使得氰氨化鐵材料在電化學反應過程中其結構完全重排時產生嚴重破壞，從而導致循環性能較差。目前，已經通過在碳基體表面與氰氨化鐵多面體之間原位構筑含鐵碳鍵的錨狀結構的方法成功提升了其儲鈉穩定性。但是，半徑更大的鉀離子嵌入時氰氨化鐵的結構破壞相對于鈉離子嵌入時更為嚴重，容量衰減也更為劇烈。因此，再此基礎上仍需采取一定的手段穩定氰氨化鐵的結構，緩解鉀離子嵌入和脫出時發生的體積膨脹，使其得以成為一種優良的鉀離子電池負極材料。

氧化鋁是一種重要的金屬氧化物，在催化、光學、和能量轉換與存儲等方面有著廣泛的應用，氧化鋁表面改性是處理不同類型電極材料，尤其是該發明改善氰氨化鐵是十分重要步驟，氧化鋁對氰氨化鐵的表面改性可以緩解電解質的副反應，提高氰氨化鐵的結構和循環穩定性。

發明內容

針對上述現有技術存在的不足，本發明的目的是提供一種利用溶膠凝膠法制備氧化鋁包覆的氰氨化鐵材料及其制備方法和應用，顯著提高鉀離子電池的結構和循環穩定性能。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種利用溶膠凝膠法制備氧化鋁包覆的氰氨化鐵材料的制備方法，包括以下步驟：

步驟一：按質量比3:5稱取草酸銨鐵鹽與尿素，研磨使其充分混合，得到混合物A；

步驟二：在惰氣氣氛中，先以30℃/min的升溫速率升到160℃，保溫1h，然后以5℃/min的升溫速率升到600℃，加熱結束后程序停止，待溫度降至室溫條件下取出，得到產物B，即為氰氨化鐵；