[发明专利]一种多级复合金属氧化物功能陶瓷的制备方法

说明书

本发明涉及一种多级复合金属氧化物功能陶瓷的制备方法，包括以下步骤：（1）将有机碳源热解，得到产物A；（2）将产物A与铜源和铁源混合均匀，在500～700℃热解，得到产物B；（3）将产物B与镍源混合均匀，在500～700℃热解，得到产物C；（4）将产物C在200～300℃热解，得到碳作骨架支撑生长金属氧化物的复合金属氧化物。

技术领域

本发明属于陶瓷技术领域，具体涉及一种骨架表面接枝生长多级复合金属氧化物功能陶瓷及其制备方法和应用。

背景技术

能源是人类发展过程中最重要的因素，纵观当今世界，绿色能源以电能代替石油和天然气，而发展电动汽车的关键就在于电池。由于锂的储量限制不能大量用于汽车中，钠电池储量大，故是最有前景的电池材料。金属氧化物也是钠离子电池高容量负极材料的热点，其主要面临体积膨胀、容量衰减的问题，为了克服这些问题，可以通过与碳复合、制备电化学活性／非活性复合材料、合成特殊形貌纳米材料等方法抑制材料的体积膨胀、提高材料电导率，进而实现了合金系材料的高比容量、稳定循环以及优良的倍率性能。作为最稳定的氧化铁，赤铁矿（α-Fe₂O₃）由于其容量高达1007 mAh/g，其无毒性，低成本以及丰富性引起了特别的关注。而氧化铜研究较多，性能稳定但充放电容量不高。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种电化学性能优异的多级复合金属氧化物材料及其制备方法和应用。

第一方面，本发明提供一种多级复合金属氧化物材料，其包括：管状碳骨架、以及生长于所述管状碳骨架表面的复合金属氧化物，所述复合金属氧化物包括铁氧化物和铜镍合金。

根据本发明，以碳作骨架，可以暴露更多的金属氧化物单晶面，从而提高电化学性能；复合金属氧化物包括铁氧化物和铜镍复合物，其中铁氧化物充放电容量高，镍有利于提高循环性能和大倍率充放电时的稳定性，铜可以提高电池容量。进行多相复合，能结合各材料特点，得到更好的电化学性能。本发明的多级复合金属氧化物材料作为钠离子电池负极材料，由于其兼具着金属氧化物的容量大和原料低廉的特点，具有广阔的前景，而将其与固定的骨架结构联合起来，则能够进一步发挥结构稳定，使得循环稳定。因此该种在多级复合金属氧化物材料可以弥补金属氧化物作为负极材料的缺陷，有望作为钠离子电池的负极材料。

较佳地，所述管状碳骨架的长度为0.1～0.8μm，管径为50～100nm，管壁厚度为5～50nm。

较佳地，所述铁氧化物为Fe_23.33O₃₂，所述铜镍复合物为Cu_0.81Ni_0.19。

较佳地，铁氧化物和铜镍合金的摩尔比为5：1～1：5。

较佳地，所述复合金属氧化物呈颗粒状，优选地，粒径为30～500nm。

较佳地，管状碳骨架与复合金属氧化物的质量比为1：5～1：20。

第二方面，本发明提供上述多级复合金属氧化物材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）将有机碳源热解，得到产物A；

（2）将产物A与铜源和铁源混合均匀，在500～700℃热解，得到产物B；

（3）将产物B与镍源混合均匀，在500～700℃热解，得到产物C；

（4）将产物C在200～300℃热解，得到碳作骨架支撑生长金属氧化物的复合金属氧化物。

根据本发明，制备碳作骨架，以便暴露更多的金属氧化物单晶面，使其结构支撑生长金属氧化物复合金属氧化物作为电极材料来提高电池的电化学性能。该制备方法简单易操作，未添加任何有机物，成本低廉，对环境友好，有望实现工业化生产。