[发明专利]一种用于锂电极的赫斯勒合金Fe2

说明书

本发明公开了一种用于锂电极的赫斯勒合金Fe₂CoAl/C自支撑复合材料，其制备方法包括：步骤1，按照铝、钴、铁的原子摩尔比为1:1:2称取铝源、钴源、铁源溶于蒸馏水中制备混合溶液；步骤2，制备质量浓度为40～200g/L的聚乙烯醇溶液；步骤3，将两种溶液混合均匀；步骤4，将碳纸在混合溶液中浸渍后放入烘箱中烘干；步骤5：将浸渍后的碳纸置于250～350℃的马弗炉中在空气氛围下预氧化2～5h；在650～850℃的管式气氛炉中烧结得到最终材料；本发明采用浸渍法和氧化还原法在碳基材料上添加带有本征磁性且亲锂的赫斯勒合金层，有效避免Li⁺不均匀的沉积和苔藓/树枝状锂的形成。

技术领域

本发明属于电极材料技术领域，涉及电极材料及其制备方法，具体涉及一种用于锂电极的赫斯勒合金Fe₂CoAl/C自支撑复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

锂金属电极被认为是下一代充电电池的“圣杯”电极，因其超高的理论比容量和负的氧化还原电位，正被重新研究以满足对高能量密度电极的蓬勃需求。然而，发展到目前为止，锂金属电池仍然存在以下限制阻碍其商业化，如金属锂阳极的库仑效率低、生命周期短、体积膨胀大、锂枝晶生长不受控制、界面反应无止境等。其中，最紧迫的问题是如何缓解或解决锂枝晶生长不受控制、界面反应无止境的问题。

在锂枝晶问题的各种原因中，尖端诱导的枝晶生长是问题之一。突起尖端的局部电场大于光滑部分周围的局部电场。聚集的Li⁺将促进锂金属在尖端的生长，从而导致不均匀的沉积和苔藓/树枝状锂的形成。碳基Li阳极的结构设计或表面处理可以在一定程度上减轻锂枝晶生长。同时，通过“外部策略”添加磁场以调控Li⁺的沉积，也可以抑制锂枝晶的生长，但方法过于复杂或成本高。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种用于锂电极的赫斯勒合金Fe₂CoAl/C自支撑复合材料及其制备方法和应用，制备具有赫斯勒合金层的 Fe₂CoAl/C自支撑复合材料，用作锂金属电池阳极，有效避免Li⁺不均匀的沉积和苔藓/树枝状锂的形成，限制界面反应。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种用于锂电极的赫斯勒合金Fe₂CoAl/C自支撑复合材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：按照铝、钴、铁的原子摩尔比为1:1:2称取铝源、钴源、铁源溶于蒸馏水中，充分搅拌至混合均匀，得到混合溶液；

步骤2：称取聚乙烯醇加入到蒸馏水中，充分搅拌，得到质量浓度为40～200g/L 的聚乙烯醇溶液；

步骤3：将步骤1和步骤2所得的两种溶液混合后持续搅拌至混合均匀，将制得的混合溶液转移到培养皿中；

步骤4：将碳纸在混合溶液中浸渍后放入烘箱中烘干，重复1～3次；

步骤5：将浸渍后的碳纸置于250～350℃的马弗炉中在空气氛围下预氧化2～5h；将获得的产物在650～850℃的管式气氛炉中烧结2～6h，气氛为氩氢混合气，然后冷却至室温，得到最终材料。

本发明还具有以下技术特征：

优选的，所述的步骤1中铁源为硫酸铁、氯化铁、硝酸铁中的一种；所述的钴源为硫酸钴、氯化钴、硝酸钴中的一种；所述的铝源为硫酸铝、氯化铝、硝酸铝中的一种。

优选的，所述的聚乙烯醇的分子量为84000～89000。

优选的，所述的步骤1和步骤2中用磁力搅拌器持续搅拌3～5h；步骤3中用磁力搅拌器持续搅拌5～10h。

优选的，所述的步骤4中碳纸预先经等离子处理5～15min。