[发明专利]具有多种聚阴离子基团的储能电极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有多种聚阴离子基团的储能电极材料及其制备方法。

背景技术

近年来，对高性能的能量储存与转换装置的需求急速增长，极大地推动了化学电源的研究和开发。高能化学电源具有电压高、比能量高、循环周期长、工作温度范围宽、环境污染小等优势，高能化学电源在便携式电子设备和通讯工具中已经得到了广泛的应用，并逐步被应用到电动车、航空、军事等需要动力型电池的领域。但是，受到储能材料发展缓慢、种类匮乏的制约，高能化学电源性能提高前景乏力。因此，迫切需要研发具有高电化学性能和低成本的新型材料，提高二次化学电源的整体性能，促进其在小型便携式电子设备、电动汽车、大型能量储存与转换等领域的广泛应用，实现能源、资源和环境的可持续发展。

发明内容

本发明为了解决现有的高能化学电源中的储能电极材料产业发展缓慢、储能电极材料种类匮乏，进而造成的高能化学电源的发展缓慢，难以满足现有使用需求的问题，提出了一种具有多种聚阴离子基团的储能电极材料及其制备方法。

本发明具有多种聚阴离子基团的储能电极材料，该储能电极材料的化学通式为：A_aB_b(XO_m)_c(YO_n)_d；

其中：A为碱金属，如锂、钠、钾或镁等；B为过渡金属，如镍、铁、钴、锰、钒或钛；X为磷、硅、碳、钼等；Y为磷、硅、碳、钼等，且化学通式A_aB_b(XO_m)_c(YO_n)_d中的元素X与元素Y为不同元素；a为0～4，b为0～4，c为0～3，d为0～3，m为3～8，n为3～8；该储能电极材料由碱金属、过渡金属和多种聚阴离子基团构成；

本发明采用的制备方法为高温合成方法，具体按以下步骤进行：

一、依照化学式A_aB_b(XO_m)_c(YO_n)_d中的化学计量比称取化学式中各元素相对应的药品，然后将称取的药品全部放入球磨机中，在还原性气氛或惰性气氛下研磨24～36小时，得研磨产物；

所述球磨机中的物料比为料比为(9～11)︰1；所述元素A对应的药品为氢氧化锂、氢氧化钾、氢氧化钠或氧化镁；所述元素B对应的药品为草酸亚铁，乙酸镍，乙酸钴，乙酸锰，偏钒酸铵或二氧化钛；所述元素X对应的药品为二氧化硅，磷酸二氢铵，三氧化钼或碳酸氢铵；所述元素Y对应的药品为二氧化硅，磷酸二氢铵，三氧化钼或碳酸氢铵；

二、将步骤一得到的研磨产物放入高温炉中，将高温炉以0.5～1℃/min的升温速度升温至300～600℃并保温12～48小时，然后以0.5～1℃/min的降温速度降温至室温，得到第一次煅烧样品；

三、在还原性气氛或惰性气氛下，将第一次煅烧样品再次研磨24～36小时，得研磨产物；所述球磨机中的物料比为(9～11)︰1；

四、将步骤三研磨产物放入高温炉中，将高温炉以0.5～1℃/min的升温速度升温至600～1300℃并保温48～72小时进行二次煅烧，然后以0.5～1℃/min的降温速度降温至室温，得到第二次煅烧样品；

五、将第二次煅烧样品放入玛瑙研钵中研磨30～50min，然后用蒸馏水洗涤3～5次，在60～100℃下烘干8～12小时，即完成；

所述惰性气氛为氩气气氛；所述还原性气氛为氢气气氛或氮气气氛。

本发明具备以下有益效果：

1、本发明具有多种聚阴离子基团的储能电极材料可以用于锂离子电池、钠离子电池、镁离子电池、钾离子电池等二次化学电源。

2、本发明在合理设计的基础上，采用的高温合成方法成功制备了所设计的该系列材料，为化学电源领域提供了新型的电化学储能材料，该储能电极材料具有稳定的三维孔道结构，可控的电极电位区间和丰富的资源储备等突出特点，该电极材料应用于二次化学电源中，可以有效拓宽电极材料的研究领域，有力地促进锂离子电池性能的提高。