[发明专利]一种制备镍钴铁铝镁五元高熵材料的方法及产品与应用

说明书

本发明公开了一种制备镍钴铁铝镁五元高熵材料的方法及产品与应用，该方法包括以下步骤：(1)将可溶性镍盐、可溶性钴盐、可溶性镁盐依次加入容器a中，并加水溶解成透明溶液；(2)将可溶性铝盐、可溶性铁盐依次加入到容器b中，加水溶解成透明溶液，并加入一定量复合络合剂，充分搅拌，静置；(3)容器a、容器b、氨水、碱液四股料并流加入至反应容器，搅拌，控制反应pH，在一定反应温度，生成料浆，进行过滤洗涤、干燥破碎得到粉体C；(4)将粉体C在一定焙烧温度下得到高熵材料。该高熵材料加锂后电池的循环稳定性好，安全性有大幅提高，放电克容量较高。

技术领域

本发明属于高熵电池材料领域，，具体涉及一种制备镍钴铁铝镁五元高熵材料的方法及产品与应用。

背景技术

高熵材料是一类由多种元素以等摩尔比或近等摩尔比组成的新型多主元材料,打破了传统的材料设计理念。高熵材料以其独特的晶体结构特征,表现出许多不同于传统材料的组织和性能特点。

2019年，德国卡尔斯鲁厄技术研究所(KIT)的纳米技术专家霍斯特·哈恩(HorstHahn)团队经研究发现：高熵氧化物(HEO)材料可显著提高蓄电池的储存容量和循环稳定性。这种材料原子无序分布的特点决定了其具备很高的稳定性。HEO的特殊性质是熵稳定导致的结果，熵稳定状态的HEO是一种复合氧化物，含有5种或5种以上不同数量的不同金属离子，具有单相晶体结构。虽然这些元素的典型晶体结构差别很大，但它们形成了一种联合晶格，并且在晶体中的位置没有任何明显的有序性。这种无序也被称为高熵，可能是因为它阻碍了晶格中缺陷的迁移，所以能够保持材料的高稳定性。

目前制备高熵氧化物的方法一般是固相烧结法，化学沉淀法应用很少，化学沉淀法制备出来高熵粉体相对于固相法颗粒细小，粒度分布均匀，活性好，各元素分布均匀。

当前化学沉淀法制备高熵氧化物有一些缺陷。例如申请公布号CN110845237A将La(NO₃)₃、Co(NO₃)₂、Cr(NO₃)₃、Fe(NO₃)₃、Mn(NO₃)₂和Ni(NO₃)₂的混合溶液与氨水混合，进行共沉淀反应，固液分离后得到高熵陶瓷前驱体粉末，共沉淀反应的pH值为9～10，很显然铁离子沉淀pH和其他阳离子沉淀pH差很多很难达到共沉淀效果；申请公布号CN111302781A用NiSO₄·6H₂O，CoSO₄·7H₂O，TiOSO₄溶液，MnSO₄·H₂O，FeSO₄作为原料，柠檬酸或草酸作为络合剂，进行制备高熵氧化物，但五种盐溶液是混合一起加入的(将碱性溶液、络合剂、Fe-Ti-Ni-Co-Mn透明溶液加入反应器中进行搅拌混合反应，控制溶液pH，生成五元共沉淀物)，柠檬酸或草酸对镍、钴、钛、锰、铁元素络合没有选择性，会导致铁和钛沉淀速度较快，难以达到共沉淀的效果。文献《Nanocrystalline multicomponent entropy stabilizedtransition metal oxides》向混合硝酸盐溶液不断滴加氨水使其溶液pH保持在10左右，使得溶液产生沉淀，然后在120℃下干燥4h后，在1000℃下煅烧1h得到的高熵氧化物(Co_0.2Cu_0.2Mg_0.2Ni_0.2Zn_0.2)O陶瓷粉体。该高熵氧化物的元素中沉淀反应的pH值较为接近，但是不适合含有Fe元素的共沉淀。