[发明专利]一种用于锂离子电池高熵氧化物负极材料的简易湿磨制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种应用于锂离子电池负极的高熵氧化物材料的简便制备方法及应用，属于能源存储领域。利用湿法球磨和高温烧结的简单的工艺流程，通过简单的球磨形成用于锂离子电池负极的高熵氧化物材料前驱体，再通过烧结得到所需的高熵氧化物材料(Mnsubgt;0.2/subgt;Fesubgt;0.2/subgt;Cosubgt;0.2/subgt;Crsubgt;0.1/subgt; Znsubgt;0.2/subgt;)subgt;3/subgt;Osubgt;4/subgt;。本发明所用的制备方法简便，产率高，适合大规模生产，制备出的高熵氧化物材料粒径均匀细小，尺寸大约在100～200nm，借助于高熵材料其本身的特性，显示出优异的电化学性能。

技术领域

本发明涉及一种高熵氧化物材料的锂离子电池负极材料的制备方法，属于能源存储领域。

背景技术

锂离子电池因其高能量密度而引发了人们的广泛研究，现已经实现了大规模的商业化，负极是锂离子电池的重要组成部分，根据氧化还原反应的类型不同，可以分为插层型材料、转化型材料以及合金型材料，转化型材料因其相对于插层型材料较高的容量以及相对于合金型材料较小的体积膨胀而因其人们的广泛关注，但是其体积膨胀仍然严重影响了其长循环稳定性，传统的改善措施一般为进行结构方面的改性来改善其循环稳定性，但是此类方法因为合成方法复杂并不适合大规模合成，为此，我们设计了一种简单的湿磨方法用于合成具有优异循环稳定性的高熵氧化物材料。

发明内容

发明目的：针对上述现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种具有高比容量、优异的倍率性能和长循环稳定性的锂离子电池高熵氧化物负极材料的制备方法及应用。我们通过简单的湿磨以及高温煅烧的方法得到高熵氧化物材料(Mn_0.2Fe_0.2Co_0.2Cr_0.1Zn_0.2)₃O₄，通过该方法制备的高熵氧化物材料粒径均匀且细小，尺寸均在100～200nm左右，这可以有效的加快离子与电子的传输，使得我们所合成的材料用于锂离子电池负极具有更加优异的容量和倍率性能，此外，该制备方法简便，可以进行放大化生产，操作步骤可控性高。

为了解决本发明的技术问题，提出的技术方案为：一种用于锂离子电池高熵氧化物负极材料的简易湿磨制备方法，将硝酸锰、硝酸铁、硝酸钴、硝酸铬、乙酸锌按照摩尔比为2:2:2:1:2的比例各6mM置于100ml烧瓶中，加入30ml水，将烧杯转移到搅拌台上，在常温条件下不断搅拌，在搅拌过程中加入适量的氨水，调节溶液的PH为8，搅拌10min～30min，搅拌速度为300～800r/min，将前驱体溶液转移到球磨罐中进行球磨，球磨机转速为400r/min，球磨4h，将球磨后得到的褐色溶液用水离心两次，然后用乙醇离心一次，在50～80℃普通烘箱中干燥12h，得到褐色块状固体，将该固体研磨后得到褐色粉末，随后，将褐色粉末转移到马弗炉中，在空气中加热到900℃进行煅烧，加热速率为5℃/min，保温时间为3h，煅烧结束后立即转移到空气中进行空冷，最后得到黑色固体粉末-(Mn_0.2Fe_0.2Co_0.2Cr_0.1Zn_0.2)₃O₄。

优选的，利用湿法球磨和高温烧结的简单的工艺流程，通过简单的球磨形成用于锂离子电池负极的高熵氧化物材料前驱体，再通过烧结得到所需的高熵氧化物材料。

优选的，具体步骤如下：在烧杯中加入所需的金属盐材料，加入一定量的去离子水，在常温下搅拌均匀，然后加入一定量的氨水，将所得的沉淀物放入球磨罐中进行球磨，然后将球磨后的前驱体材料进行离心干燥，得到制备高熵氧化物材料的前驱体。

优选的，将球磨结束后离心烘干的样品进行简单的研磨，然后于马弗炉中在空气中进行高温烧结，得到最终所需的高熵氧化物材料。

优选的，常温搅拌的过程中，搅拌速度为500r/min，搅拌时间为10min。