[发明专利]一种锂离子电池负极材料高熵氧化物的制备方法

说明书

本发明公开了一种锂离子电池负极材料高熵氧化物的制备方法，包括以下步骤:S1:称量摩尔比为0.5:1:1:0.5:1的Fe₂O₃、ZnO、NiO、Cr₂O₃和MnO₂的五种原料，搅拌均匀；S2:装入球磨罐后再加入辅助剂，进行球磨；S3:对球磨后所得的混合粉末进行干燥，而后通入空气或者纯氧气进行高温热处理，得到所需的(FeNiCrMnZn)₃O₄高熵氧化物电极材料，其中干燥温度为40‑90℃，时间为6‑24 h，热处理温度为850‑1050℃，保温时间为7‑50 h，升温速率为0.1‑10℃/min。本发明制备方法所得锂离子电池负极材料(FeNiCrMnZn)₃O₄高熵氧化物为纯相，颗粒形貌较为均匀，材料性能更加稳定，具有很高的比容量以及很好的循环稳定性，有显著的经济价值，制备方法流程短，操作简单，适用性广，适宜于工业化生产。

技术领域

本发明涉及一种电池负极材料的制备方法，具体为一种锂离子电池负极材料高熵氧化物的制备方法，属于电池制备领域。

背景技术

在未来若干年内，锂离子电池仍可能会是储能领域应用最为广泛的储能体系。然而，目前采用的商用锂离子电池石墨负极理论容量非常有限，仅为372 mAh/g, 无法满足不断增长的能源需求。因此，开发具有优异循环和倍率性能的高能密度负极材料对于下一代锂离子电池至关重要。在各种候选负极材料中，转换型过渡金属氧化物负极材料因其理论比容量高（大概在500-1000 mAh/g之间）而备受研究者的关注。目前，对过渡金属氧化物负极材料的研究主要集中在调整结构特性，如形态、尺寸及缺陷形成，以此来解决其库仑效率低、形成的SEI膜不稳定、较差的循环和倍率性能等问题。

随着十多年前高熵合金的发现，对新的非金属高熵稳定材料的研究极大地增加了人们解析这类新型先进材料的兴趣。最近的研究报告向研究者们展示了几种非金属高熵稳定材料，包括高熵氧化物、高熵碳化物、高熵氮化物和高熵硫化物。在这些材料中，尽管高熵氧化物是迄今为止研究最多的，但是关于这类材料的知识仍然非常有限。对于多组元的氧化物，当其由五种或以上的氧化物以等摩尔或近等摩尔构成时，其构型熵S_config≥1.61R，此类氧化物可以称为高熵氧化物。现今高熵氧化物主要的研究对象是(MgCoNiCuZn)O与(FeNiCrMnCo)₃O₄ 材料，而对于(FeNiCrMnCo)₃O₄的报道较少，目前为止只有两篇文章对其进行了报道。这两篇文献分别采用球磨法和水热法合成了(FeNiCrMnCo)₃O₄材料，并研究了其储锂性能。研究表明该材料体系的循环稳定较差，需进一步优化材料。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种锂离子电池负极材料高熵氧化物的制备方法，以解决现阶段的锂离子电池制备中出现的比容量低、循环稳定性差等问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种锂离子电池负极材料高熵氧化物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤:

S1: 称量摩尔比为0.5:1:1:0.5:1的Fe2O3、ZnO、NiO、Cr2O3和MnO2的五种原料，搅拌均匀；

S2: 装入球磨罐后再加入辅助剂，进行球磨，球磨转速为100-500 r/min，球磨时间为0.5-24 h，球磨罐中气氛为惰性气体；

S3: 对球磨后所得的混合粉末进行干燥，而后通入空气或者纯氧气进行高温热处理，得到所需的(FeNiCrMnZn)3O4高熵氧化物电极材料，其中干燥温度为40-90 ℃，时间为6-24 h，热处理温度为850-1050 ℃，保温时间为7-50 h，升温速率为0.1-10 ℃/min。

优选的，步骤S2中的辅助剂为乙醇、甲醇的其中的一种或两者的混合物；