[发明专利]一种碳基负载高熵合金复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种碳基负载高熵合金复合材料及其制备方法和应用，本发明涉及锂金属电池负极材料制备技术领域。该方法包括以下步骤：分别将不同金属氯化盐溶解于乙醇中，分别得到不同金属氯化盐的乙醇溶液；等体积混合；将碳基材料浸泡，然后干燥，再于瞬时焦耳热条件下反应，制得碳基负载高熵合金复合材料。本发明复合材料中高熵合金颗粒均匀分布在碳基材料的表面，且与碳基材料稳定结合，与熔融金属锂融合后，得到的锂‑碳基材料/高熵合金复合材料，将其应用于锂金属电池负极，可以提供优异的循环稳定性和高倍率性能。本发明解决了现有技术中高熵合金纳米颗粒尺度不均匀和其与基底材料结合力弱的问题。

技术领域

本发明涉及锂金属电池负极材料制备技术领域，具体涉及一种碳基负载高熵合金复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

高熵合金为多组元合金，其为五种以上金属元素组成。高熵合金纳米颗粒由于重量轻、强度高、延展性好、耐腐蚀和电阻率高等特性，为改良传统合金材料性能提供了可能，并极大地拓展了合金设计范围。目前制备高熵合金纳米颗粒的主要方法是熔炼铸造法、磁控溅射法和机械球磨法。熔融铸造法是制备高熵合金的最常用的方法，其工艺比较简单，但经该法所制备的高熵合金会存在严重的成分偏析、组织粗大等问题；磁控溅射法的原理是通过混合气体中的等离子体在电场和交变磁场的作用下与靶材表面进行能量交换，被加速的高能粒子轰击靶材表面，靶材表面的原子逃出转移到基体表面成膜，该制备方法所制备的高熵合金薄膜可以实现表面和内部没有明显的缺点，但工艺成本较高，且同时也会产生残余应力及裂纹等缺陷，影响合金的力学性能；传统的机械球磨法加工合成的合金材料均匀细小，相弥散较强，但晶粒尺寸受球磨时间、烧结温度影响较大，因而使得合金性能较为不稳定，并且制备工艺繁琐，限制了其应用。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种碳基负载高熵合金复合材料及其制备方法和应用，以解决现有高熵合金纳米颗粒尺度不均匀和其与基底材料结合力弱的问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：提供一种碳基负载高熵合金复合材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)分别将不同金属氯化盐溶解于乙醇中，分别得到不同金属氯化盐的乙醇溶液；

(2)将步骤(1)制得的不同金属氯化盐的乙醇溶液等体积混合，超声处理，制得高熵合金前驱体溶液；

(3)将碳基材料浸泡在步骤(2)中制得的高熵合金前驱体溶液中，然后干燥，再于瞬时焦耳热条件下反应，制得碳基负载高熵合金复合材料。

本发明的有益效果为：本发明通过在毫秒内提供快速的升温速率和降温速率，在碳基材料上制备了由多种元素所组成的纳米级高熵合金，在结构材料领域展现出巨大的潜力。该方法所制备的复合材料具有表面均匀分布的高熵合金纳米颗粒，颗粒尺寸均一，直径为10-50nm。且该制备方法可以通过调控不同的前驱体溶液混合，制备不同类别的高熵合金。

本发明复合材料中纳米级别高熵合金颗粒均匀分布在碳基材料的表面，且与碳基材料稳定结合，通过将本发明的复合材料与熔融金属锂融合后，得到的锂-碳基材料/高熵合金复合材料，金属锂可以均匀分布在碳基材料/高熵合金的表面，将其应用于锂金属电池负极，可以提供优异的循环稳定性和高倍率性能，所制备的复合电极在移动通讯设备、电动汽车和便携式储能设备等领域都有潜在的商业化应用价值。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进：

进一步，步骤(1)中，金属氯化盐为氯化镍、氯化锰、氯化锌、氯化铜、氯化铁、氯化钴和氯铂酸胺中至少五种。。

进一步，步骤(1)中，不同金属氯化盐的乙醇溶液浓度均相同，且浓度均为0.01-1mol/L。

进一步，步骤(1)中，不同金属氯化盐的乙醇溶液浓度均相同，且浓度均为0.01mol/L。

进一步，步骤(2)中，超声处理4-8min。