一种高熵氧化物及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于电极材料技术领域，具体涉及一种高熵氧化物及其制备方法和应用。本发明专利技术将过渡金属氧化物、氟化锂和碳酸锂混合，经压制成型后进行若干次闪烧处理，得到的产物经液氮降温，得到所述高熵氧化物；所述过渡金属氧化物包括含锰氧化物、含钴氧化物、含铬氧化物、含钛氧化物和含铌氧化物中的至少两种；单次闪烧处理的温度为800～3000℃，保温时间为1～500s。本发明专利技术采用闪烧的方式，瞬态高温加热促进多种过渡金属元素快速混合，形成固溶相；瞬态加热和液氮快速温度淬灭“冻结”均匀混合状态，使得材料能够保持所需的小粒径。本发明专利技术提供的方法生产周期短，且具有较高的普适性，得到的高熵氧化物尺寸大小均匀，具有优异的电化学性能。具有优异的电化学性能。具有优异的电化学性能。

【技术实现步骤摘要】
一种高熵氧化物及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于电极材料
，具体涉及一种高熵氧化物及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]随着移动电子设备的不断进化、可持续能源供应体系的快速发展，人们对可充电电池的能量密度、功率密度、循环寿命等方面的要求越来越高。
[0003]过渡金属氧化物具有较高的理论比容量，但其仍存在体枳变化较大、导电性与锂扩散能力不足等问题，限制了电化学性能的充分发挥。通过向单过渡金属氧化物中进行掺杂以获得多过渡金属氧化物，可以获得优异的电化学活性以及更强的电导率。
[0004]传统的多金属氧化物的制备方法主要为高温烧结法，即以多种过渡金属盐为前驱体，通过共沉淀后进行烧结得到高熵氧化物材料。然而，上述方法所需的生产周期较长；且过渡金属盐的种类多，共沉淀难度大，导致尺寸均匀度较差，进而造成电化学性能降低。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种高熵氧化物及其制备方法和应用，本专利技术提供的方法生产周期短，且得到的高熵氧化物尺寸大小均匀，电化学性能优异。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]本专利技术提供了一种高熵氧化物的制备方法，包括以下步骤：
[0008]将过渡金属氧化物、氟化锂和碳酸锂混合，经压制成型后进行若干次闪烧处理，得到所述高熵氧化物；
[0009]所述过渡金属氧化物包括含锰氧化物、含钴氧化物、含铬氧化物、含钛氧化物和含铌氧化物中的至少两种；
[0010]单次闪烧处理的温度为800～3000℃，保温时间为1～500s。
[0011]优选的，升温至所述闪烧处理温度的升温速率为50～300℃/s。
[0012]优选的，所述闪烧处理在氮气或氩气气氛中进行；
[0013]所述闪烧处理在常压下进行；
[0014]优选的，所述过渡金属氧化物、氟化锂和碳酸锂的摩尔比为1～100：1～100：1～100。
[0015]优选的，所述闪烧处理的次数为1～5次。
[0016]优选的，所述混合的方式为球磨；
[0017]所述球磨的转速为100～2000rpm，时间为1～100h。
[0018]优选的，所述压制的压力为5～30MPa，保压时间为5～8s。
[0019]优选的，所述闪烧处理包括：
[0020]将所述压制成型得到的成型体置于导电载体上，所述导电载体的两端和电源的正负极连接，通电进行闪烧处理；
[0021]所述通电的电流为50～200A。
[0022]本专利技术还提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的高熵氧化物。
[0023]本专利技术还提供了上述技术方案所述的高熵氧化物作为正极材料的应用。
[0024]本专利技术提供了一种高熵氧化物的制备方法，包括以下步骤：将过渡金属氧化物、氟化锂和碳酸锂混合，经压制成型后进行若干次闪烧处理，得到的产物经液氮降温，得到所述高熵氧化物；所述过渡金属氧化物包括含锰氧化物、含钴氧化物、含铬氧化物、含钛氧化物和含铌氧化物中的至少四种；单次闪烧处理的温度为800～3000℃，保温时间为1～500s。本专利技术采用闪烧的方式，瞬态高温加热促进多种过渡金属元素快速混合，形成固溶相；同时，瞬态加热和液氮快速温度淬灭“冻结”均匀混合状态，使得材料能够保持所需的小粒径。本专利技术提供的方法生产周期短，且具有较高的普适性，得到的高熵氧化物尺寸大小均匀，具有优异的电化学性能。
附图说明
[0025]图1为实施例1得到的高熵氧化物为正极材料组装得到的钠离子半电池的首次充放电曲线；
[0026]图2为实施例1得到的高熵氧化物为正极材料组装得到的钠离子半电池的循环性能曲线；
[0027]图3为实施例2得到的高熵氧化物为正极材料组装得到的钠离子半电池的首次充放电曲线；
[0028]图4为实施例2得到的高熵氧化物为正极材料组装得到的钠离子半电池的循环性能曲线；
[0029]图5为实施例3得到的高熵氧化物为正极材料组装得到的钠离子半电池的首次充放电曲线；
[0030]图6为实施例3得到的高熵氧化物为正极材料组装得到的钠离子半电池的循环性能曲线
[0031]图7为实施例1得到的高熵氧化物的SEM图。
具体实施方式
[0032]本专利技术提供了一种高熵氧化物的制备方法，包括以下步骤：
[0033]将过渡金属氧化物、氟化锂和碳酸锂混合，经压制成型后进行若干次闪烧处理，得到的产物经液氮降温，得到所述高熵氧化物；
[0034]所述过渡金属氧化物包括含锰氧化物、含钴氧化物、含铬氧化物、含钛氧化物和含铌氧化物中的至少两种；
[0035]单次闪烧处理的温度为800～3000℃，保温时间为1～500s。
[0036]在本专利技术中，若无特殊说明，所有原料均为本领域技术人员熟知的市售产品。
[0037]在本专利技术中，所述含锰化合物优选包括氧化锰和/或三氧化二锰；所述含钴氧化物优选包括氧化钴；所述含铬氧化物优选包括氧化铬；所述含钛氧化物优选包括氧化钛；所述含铌氧化物优选包括氧化铌。
[0038]在本专利技术中，所述过渡金属氧化物、氟化锂和碳酸锂的摩尔比优选为1～100：1～100：1～100，进一步优选为10～90：3～90：14～90。
[0039]在本专利技术中，所述氟化锂作为助溶剂能够降低反应温度，同时通过对高熵氧化物进行氟掺杂，能够稳定高熵氧化的结构，提升高熵氧化物的高压性能。
[0040]在本专利技术中，所述混合的方式优选为球磨；所述球磨的转速优选为100～2000rpm，时间优选为1～10h。本专利技术对所述球磨的过程没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的过程进行即可。在本专利技术中，所述球磨优选在球磨罐中进行。
[0041]在本专利技术中，所述压制成型的压力优选为5～30MPa，进一步优选为10～25MPa，更优选为15～20MPa；保压时间优选为5～8s，进一步优选为6～7s。在本专利技术中，所述压制成型后得到原料片的直径优选为12mm；厚度优选为0.5～1mm；单个原料片的质量优选为150mg。
[0042]在本专利技术中，单次闪烧处理的温度优选为800～3000℃，进一步优选为1000～2800℃，更优选为1500～2500℃；升温至所述闪烧处理温度的升温速率优选为50～300℃/s，进一步优选为100～250℃/s，更优选为150～200℃/s；保温时间优选为1～500s。在本专利技术中，所述闪烧处理的次数优选为1～5次。
[0043]在本专利技术中，所述闪烧处理优选在氮气或氩气气氛中进行。在本专利技术中，所述闪烧处理优选在常压下进行。
[0044]在本专利技术中，所述闪烧处理优选包括：
[0045]将所述压制成型得到的成型体置于导电载体上，所述导电载体的两端和电源的正负极连接，通电进行闪烧处理；
[0046]所述通电的电流为50～200A。
[0047]在本专利技术中，所述导电载体优选包括碳纸本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高熵氧化物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将过渡金属氧化物、氟化锂和碳酸锂混合，经压制成型后进行若干次闪烧处理，得到的产物经液氮降温，得到所述高熵氧化物；所述过渡金属氧化物包括含锰氧化物、含钴氧化物、含铬氧化物、含钛氧化物和含铌氧化物中的至少四种；单次闪烧处理的温度为800～3000℃，保温时间为1～500s。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，升温至所述闪烧处理温度的升温速率为50～300℃/s。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述闪烧处理在氮气或氩气气氛中进行；所述闪烧处理在常压下进行。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述过渡金属氧化物、氟化锂和碳酸锂的摩尔比为1～100：1...

【专利技术属性】
技术研发人员：张校刚，黄康生，田世齐，陈志杰，方畅，窦辉，
申请(专利权)人：南京航空航天大学深圳研究院，
类型：发明
国别省市：