[发明专利]一种电极材料用高熵氧化物陶瓷粉体制备方法

说明书

本发明公开了一种电极材料用高熵氧化物陶瓷粉体制备方法，包括以下步骤：步骤1：将五种原料依次加入到沉淀剂水溶液中，充分搅拌；步骤2：将完全反应的悬浊液放入反应釜中进行水热；步骤3：水热后的前驱体充分洗涤干燥转移至马弗炉中高温煅烧，经高温空气淬火得到高熵陶瓷氧化物粉体(Mgsubgt;0.2/subgt;Cosubgt;0.2/subgt;Nisubgt;0.2/subgt;Cusubgt;0.2/subgt;Znsubgt;0.2/subgt;)O；步骤4：将高熵陶瓷氧化物粉体制备成电极，通过三电极体系进行电化学研究。本发明制备的高熵氧化物陶瓷粉体具有单相结构，与传统的制备方法相比，该方法过程简单，成本较低，易于大规模生产；该高熵陶瓷氧化物粉体制备的电极具有较好的容量保持率、较高的倍率性能，可取代现阶段的电极材料，应用于各个领域推动新型能源的发展。

技术领域

本发明属于高熵陶瓷材料技术领域，具体涉及一种电极材料用高熵氧化物陶瓷粉体制备方法。

背景技术

高熵陶瓷材料通常是指由5种或以上陶瓷组元形成的多主元固溶体，由于其 “高熵效应”以及优异的性能，近年来已经成为陶瓷领域的研究热点之一。随着高熵陶瓷的研究体系从最初的岩盐型氧化物(MgNiCoCuZn)O扩展到萤石型氧化物、钙钛矿型氧化物、尖晶石型氧化物以及硼化物、碳化物和硅化物等，其特殊的力学、电学、磁学等性能也不断被发掘。

现阶段制备高熵氧化物陶瓷粉体的方法通常是将实验原料(MgO，CoO，NiO，CuO和ZnO)五种二元金属氧化物按照金属原子比1：1：1：1：1，称量后放入球磨机中球磨干燥后进行烧结。

2019年9月6日公布的中国发明专利(申请公布号：CN 110204328 A)公开了《一种高熵氧化物陶瓷的制备方法》，包括以下步骤：步骤1：按照金属原子摩尔比为1:1:1:1或1:1:1:1:1的比例分别称取4种或5种以下金属氧化物粉体；氧化物粉体包括：MgO、ZnO、NiO、CuO、CaO、CoO、ZrO₂、CeO₂、Al₂O₃、Gd₂O₃、La₂O₃、Er₂O₃、Y₂O₃、Fe₂O₃、Co₃O₄、CaCO₃；步骤2：对步骤1中称取的粉体进行球磨、烘干、造粒；步骤3：将造粒后的粉体进行压制成型，得到生坯；步骤4：将步骤3得到的生坯热处理；步骤5：将步骤4热处理后的生坯升温达到预设温度，对试样施加预设电场强度的电场，出现闪烧后电源由恒压状态转变为恒流状态，在预设电流密度下保温1～60 min，随后淬冷即可得到所需高熵氧化物陶瓷。

2019年7月9日公布的中国发明专利(申请公布号：CN 109987935 A)公开了《具有萤石型结构的（ZrHfCeTiZn）O2-δ高熵氧化物陶瓷粉体及块体制备方法》：以金属元素为基准，准确称量各种氧化物粉末，混合，达到目标样品的化学计量组成。在玛瑙罐中高能球磨，将得到的非晶态氧化物粉末在900～1200℃热处理，热处理时间≥60min，获得高熵氧化物陶瓷粉体，将非晶态陶瓷氧化物粉体或高熵氧化物陶瓷粉体置于石墨模具中，在放电等离子体炉或热压炉中进行烧结，得到具有萤石结构的高熵氧化物陶瓷块体。

但是，上述高熵氧化物陶瓷的制备方法一般需要较长的时间，而且五种金属氧化物所形成的复合粉体在球磨或干燥阶段会因为密度的差异产生一定程度的分层现象。一旦发生分层、团聚现象，就会导致最后得到的高熵陶瓷微观结构不均匀，甚至最终不能获得单一的物相结构，从而直接影响材料的性能。而闪烧、放电等离子体烧结和热压烧结等新型制备方法，由于工艺复杂和制备成本高等因素不利于工业生产，因此研究新的制备方法势在必行。

现阶段对于高熵陶瓷氧化物粉体的电化学性能的研究还处于摸索阶段，无法系统的提出规律性的结论，因此需要不断地研究探索才能解决现阶段的问题。