[发明专利]一种双金属氟化物及其制备方法和在无锂正极中的应用

说明书

本发明提供了一种双金属氟化物及其制备方法和在无锂正极中的应用。该制备方法为：选用过渡金属基有机金属框架材料作为金属框架前体，选用常用的过渡金属硝酸盐作为掺杂元素源，通过对过渡金属基有机金属框架材料进行其他种类过渡金属元素的掺杂，由此获得多金属阳离子骨架，然后进一步对其进行氟化处理，制备获得的双金属氟化物。该双金属氟化物拥有均匀的孔结构，并且具备高离子/电子混合导电支架结构，使金属氟化物的容量能够被高效利用，有效克服了现有技术中传统金属氟化物阴极存在的容量利用率低、电压滞后大、循环稳定性差的技术缺陷。

技术领域

本发明涉及金属氟化物制备技术领域，尤其涉及一种双金属氟化物及其制备方法和在无锂正极中的应用。

背景技术

目前，锂离子电池因其高比容量、能量密度和可循环性，已经得到了广泛的开发和商业化。尽管锂离子电池取得了不可否认的成功，但最近的技术挑战，如混合动力和全电动汽车储能设备的开发，已使人们把注意力集中在制造寿命更长、可靠性更高的锂离子电池上。由于成本低、对环境无害、易合成、对水分不敏感、能量密度高的潜在优势，与含锂阴极相比，无锂阴极可能成为具有竞争力的候选材料。

从理论上讲，金属氟化物(MF)转换阴极比镍基或钴基插层氧化物阴极具有更高的重量和体积容量，这使得金属氟化物锂电池有望成为下一代高能量密度电池的候选材料。然而，由于过渡金属氟化物阴极的容量利用率低、电压滞后大、循环稳定性差，导致它们的高能特性受到影响。这主要是由过渡金属氟化物反应动力学差、电导率低、MF/电解质界面不稳定、活性物质在循环后的溶解等多种原因造成的。

公开号为CN112537806A的发明专利公开了一种锂空气电池镍、锰双金属氟化物阴极催化剂的制备方法。该制备方法以金属镍盐、金属锰盐分别作为镍、锰源，以氢氟酸(HF)、乙二醇((CH2OH)₂)为溶剂，采用溶剂热法，经加热反应、离心洗涤、干燥得到镍、锰双金属氟化物材料。但是，该制备方法存在反应时间长的不足。

公开号为CN112138689A的发明专利公开了一种双金属氟化物电催化剂制备方法及其应用。所述催化剂的制备方法为：以甲酸为配体，碳酸胍为模板，与不同摩尔比例的金属钴盐与金属铁盐通过自组装进行配位后；再通过气相沉积法氟化之后得到不同铁离子量掺杂的钴铁双金属氟化物电催化剂材料。但是，该制备方法存在反应步骤繁琐的不足。

有鉴于此，有必要设计一种改进的双金属氟化物及其制备方法和在无锂正极中的应用，以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种双金属氟化物及其制备方法和在无锂正极中的应用。

为实现上述发明目的，本发明提供了一种双金属氟化物的制备方法，采用前驱体反应产物氟化工艺，包括如下步骤：

S1，将过渡金属基有机金属框架材料和过渡金属硝酸盐按(1～4)：1的摩尔比，置于水热釜中，水热溶剂为水，进行第一水热合成反应；

S2，第一水热合成反应结束后，冷却并取出反应产物，离心干燥后，将反应产物溶于氢氟酸水溶液中，搅拌加热处理，制备得到双金属氟化物；

所述过渡金属基有机金属框架材料中的过渡金属种类和所述过渡金属硝酸盐中的过渡金属种类不同。

作为本发明的进一步改进，步骤S1所述第一水热合成反应中，水热温度为120～200℃，水热合成时间为2～6h。

作为本发明的进一步改进，步骤S2所述搅拌加热处理中，搅拌温度为120～200℃，搅拌加热时间为2～6h。

作为本发明的进一步改进，所述氢氟酸水溶液中，氢氟酸与水的体积比为1：(5-9)。

作为本发明的进一步改进，所述过渡金属基有机金属框架材料包括但不限于为ZIF-67、ZIF-8中的一种。