[发明专利]一种B位中熵焦绿石结构氧化物电池负极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种B位中熵焦绿石结构氧化物电池负极材料及其制备方法，属于锂离子电池材料研究领域。依次采用溶解、沉淀、干燥和烧结的方法制备了具有B位中熵焦绿石结构氧化物电池负极材料，氧化物的化学式为RE₂(Sn_x1Ti_x2Zr_x3M_x4)₂O₇。该氧化物的制备工艺简单，粉体分散均匀，以其作为锂离子负极材料表现出了优异的充放电性能，在200mAhg^‑1电流密度的充放电循环中，首次放电比容量最高达到了1151mAhg^‑1，100圈循环后的放电比容量为351mAhg^‑1。

技术领域

本发明属于锂离子电池负极材料领域，特别涉及一种B位中熵焦绿石结构氧化物电池负极材料及其制备方法。

背景技术

目前锂离子电池应用广泛，但其在容量、能量密度、循环寿命、高倍率充放电及安全性等方面仍不能满足社会和科技发展的需求，高熵作为一种新兴的材料设计策略，极大地扩展了电化学储能材料设计空间。近年来，越来越多的高熵氧化物被用作锂离子电池负极材料进行研究，例如：(FeTiMgZnCu)₃O₄(专利CN 110190259 B)、Gd_0.4Er_0.3La_0.4Nd_0.5Y_0.4)(Zr_0.7，Sn_0.8，V_0.5)O_2-δ(专利CN 113023777 A)，但是需要1000℃以上的高温烧结，7h以上的烧结时间。而中熵氧化物作为一种新兴材料，除了具有高熵氧化物的优异性能，也展现了其自身独特的性能。

发明内容

本发明提供了一种B位中熵焦绿石氧化物电池负极材料，其化学组成通式为RE₂(Sn_x1Ti_x2Zr_x3M_x4)₂O₇(x₁，x₂，x₃，x₄为0.20-0.30之间的数值，且x₁+x₂+x₃+x₄＝1；RE＝La、Sm、Y、Gd或Dy；M＝Ce、Hf或Nd，具有优异的循环稳定性和充放电容量，为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

(1)按照元素RE:Sn:Ti:Zr:M＝4-10:1-3:1-3:1-3:1-3的摩尔比称取相应的硝酸盐或者盐酸盐，然后溶于去离子水中，并进行磁力搅拌，转速为400-600r/min，搅拌时间为2h，在磁力搅拌时加入20wt％的无水乙醇作为分散剂，分散剂与去离子水的体积比为1:4，按照1:3的比例对浓度为25-28％的氨水进行稀释，稀释后的氨水与分散剂的体积比为5:1，然后加入至混合溶液中进行沉淀反应10min，最后进行抽滤操作得到沉淀物。

(2)添加有机溶剂正戊醇对沉淀物进行旋转蒸发，温度为80-95℃，除去残留的水分得到干燥粉体。

(3)将上述(2)中得到的干燥粉体放入氧化铝坩埚中，在马弗炉中烧结，烧结温度为800-1000℃，烧结时间为2-4h，取出研磨后得到B位中熵焦绿石氧化物粉末。

上述B位中熵焦绿石氧化物电池负极材料的应用方法，包含如下步骤：

(1)按照质量比B位中熵焦绿石结构氧化物电池负极材料:乙炔黑:羧甲基纤维素钠＝8:1:1进行配料；

(2)加入适量的去离子水进行研磨混合1h，得到均匀的浆料涂敷于铜箔上，控制厚度在100-150μm内；