[发明专利]用于锂离子电池的六元高熵氧化物材料及制备方法

说明书

本发明提供用于锂离子电池的六元高熵氧化物材料及制备方法，涉及熵氧化物材料技术领域，该六元高熵氧化物粉体材料化学式为(Al_xCoCrFeMnNi)₃O₄，其中x的值为0.2～1，所用原料包括硝酸铝、硝酸钴、硝酸铬、硝酸铁、硝酸锰、硝酸镍，硝酸铝和其余各个硝酸盐总和的摩尔比为0.2～1：1，制备方法为，将以上几种硝酸盐溶解，加入适量燃料混合均匀，随后通过低温燃烧得到六元尖晶石型高比表面积(Al_xCoCrFeMnNi)₃O₄高熵氧化物纳米粉体材料。本发明制备的六元高比表面积(Al_xCoCrFeMnNi)₃O₄高熵氧化物纳米粉体用于锂离子电池负极材料，具有较高的比容量、优异的循环特性且制备方法简单，成本低。

技术领域

本发明涉及高熵氧化物材料技术领域，具体涉及一种用于锂离子电池的六元高熵氧化物材料及制备方法。

背景技术

传统锂离子负极材料一般为石墨类碳材料，是锂离子电池负极材料中研究得最多的一种，也是目前商品化二次锂离子电池采用的主要负极材料。然而石墨类碳材料作为负极材料有两大突出的缺点：一是大电流充放电性能差，由于其特有的层状结构，在大电流情况下容易使石墨层脱落，降低其循环寿命；二是石墨类碳材料作为锂离子电池的负极材料，其理论比容量仅为372mAhg^-1。目前，单一的改性方法不够全面，无法从本质解决上述所存在的问题，所以开发出一种新型高性能的锂离子负极材料代替碳类负极材料尤为关键。

近年来，研究发现过渡金属复合氧化物的电化学性能优异于单一金属氧化物，尤其是在多主元过渡金属氧化物作为电极材料方面尤为突出。近期，高熵氧化物作为锂离子负极材料引起了国内外科研人员的广泛关注，如氯化钠型(Co_0.2Cu_0.2Mg_0.2Ni_0.2Zn_0.2)O高熵氧化物，该材料作为锂离子负极材料，不仅具有较高的理论比容量，而且活性物质与电解液之间形成的钝化层较小，充放电过程中锂离子的消耗较少，循环寿命也就越长(A.Sarkar,L.Velasco,D.Wang,Q.Wang,G.Talasila,High entropy oxides for reversible energystorage,Nature Communications,9(2018)3400-3409.)。

目前制备高熵氧化物材料的方法主要有固相反应法、磁控溅射法、热解法(喷雾热解法、火焰热解法)、水热法以及共沉淀法等。其中制备六元高熵氧化物的方法主要有固相法和喷雾热解法。如Jiang等采用固相反应法成功合成了钙钛矿型HEOs块体材料(Jiang.Sicong,Hu.Tao,Gild.Joshua,Zhou.Naixie,Nie.Jiuyuan,Qin.Mingde,A newclass of high-entropy perovskite oxides[J].Scripta Materialia,142(2018)116-120.)，虽然该法较为简单，制备工艺也比较成熟，但是为了获得混合均匀的预混合粉体，需要对各种氧化物原料进行高能球磨，该过程容易引入杂质，且能耗高。2017年，Ruzica等采用喷雾热解法制备了六元(CeGdLaPrSmY)O萤石型稀土高熵氧化物粉体材料(D.Ruzica，S.Abhishek,C.Oliver,L.Christoph,B.Miriam,Multicomponent equiatomic rare earthoxides[J].Mater Res Lett,5(2017)102-109.)。该法制备过程较为复杂，合成温度高，能耗大。溶胶凝胶法，作为一种制备粉体材料的常用方法，可以克服上述困难，制备出纯度高、颗粒小且分布均匀的高熵氧化物粉体，此外该法所需能耗较低。到目前为止并没有检索到采用溶胶凝胶法制备高熵氧化物粉体的相关报道。

发明内容

(一)解决的技术问题