过渡金属氢氧化物、氧化物和其纳米颗粒的合成的制作方法

本公开涉及用于多种应用的特定金属的氧化物和氢氧化物纳米材料的合成，例如生产可再充电电池组合物。特别地，本公开涉及过渡金属氢氧化物和氧化物和其纳米颗粒的合成。

背景技术：

1、过渡金属氧化物和氢氧化物具有包括作为可充电电池阴极材料的前体在内的许多重要工业应用。然而，用在合成过渡金属氧化物和氢氧化物的传统工艺通常会产生大量有害的废物。类似地，包含铁的微米颗粒和纳米颗粒都用在多种工业过程。特别地，在需要高比表面积(例如，米2(m2)/克(g))的应用中，铁微米颗粒和纳米颗粒可为优选的。

2、然而，生产金属(例如铁)纳米颗粒的传统工艺通常能源密集、耗时、昂贵，且可能仍无法生产足够小或具有单分散颗粒尺寸的颗粒。

技术实现思路

技术特征：

1.一种方法，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，还包括向所述电化学电池施加电势。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中，所述氧气的还原和所述过渡金属氧化物的氧化在15℃和35℃之间的一个或多个温度进行。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述过渡金属阳极包含镍。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述羟基阴离子与所述包含镍的过渡金属阳极的反应至少产生氢氧化镍。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，还包括使所述氧化的过渡金属与锂盐反应，以产生可再充电锂离子电池阴极材料。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述过渡金属阳极包含铁。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述电解质是碱金属卤化物的溶液，例如氯化钠。

9.根据权利要求7或权利要求8所述的方法，还包括自所述电化学电池中分离氢氧化铁(ii)fe(oh)2和/或其部分氧化型fe(oh)2-xox，转移所述氢氧化铁(ii)fe(oh)2和/或其部分氧化型fe(oh)2-xox至反应容器，并在碱性条件下氧化，例如在ph大于7、8、9或10且优选为大于ph8的碱性条件下氧化。

10.根据权利要求9所述的方法，还包括从所述反应容器磁分离磁性ionp。

11.根据权利要求7至10中任一项所述的方法，还包括引入所述氧气至所述电化学电池中，优选地，经由鼓泡。

12.根据权利要求7至11中任一项所述的方法，还包括使用物理分离自所述电化学电池分离非磁性ionp，所述物理分离任选地选自包括过滤、离心、倾析及其混合的列表。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的方法，其中，所述催化剂包括多孔碳材料，诸如经碳化的聚氨酯泡沫，并且任选地，其中，通过鼓泡经由所述催化剂引入氧气至所述电化学电池中。

14.根据权利要求1至13中任一项所述的方法，其中，所述催化剂包括碳气凝胶催化剂。

15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述碳气凝胶催化剂包括单块碳气凝胶元件或颗粒碳气凝胶元件的一个或两个。

16.一种可再充电电池阴极材料，具有非球形形状且具有大于40％的填充率。

17.根据权利要求16所述的可再充电电池阴极材料，其中，所述非球形形状是具有圆形横截面或矩形横截面的线材中的一个或多个。

18.根据权利要求16或权利要求17所述的可再充电电池阴极材料，其中，所述非球形形状包括以下一个的细长结构：螺旋构造；平行阵列配置；锯齿形配置；靶心配置；或网格配置。

19.根据权利要求16至18中任一项所述的可再充电电池阴极材料，还包括ncm 111或ncm 811中的一个或多个。

20.一种组合物，包含氢氧化镍和钠。

21.一种组合物，包含：

22.根据权利要求21所述的组合物，其中，所述特征尺寸为30nm至70nm，并且所述比表面积为20m2/g至40m2/g。

23.根据权利要求21所述的组合物，其中，所述特征尺寸为30nm至60nm，并且所述比表面积为22m2/g至40m2/g。

24.根据权利要求21所述的组合物，其中，所述特征尺寸为20nm至40nm，并且所述比表面积为60m2/g至80m2/g。

25.根据权利要求21所述的组合物，其中，包括铁的所述纳米颗粒是磁铁矿。

26.根据权利要求21所述的组合物，还包括含有钾、钠或两个的表面。

27.根据权利要求21所述的组合物，其中，所述纳米颗粒还包含锰。

28.一种能量存储系统，包括根据权利要求27所述的组合物。

29.一种能量存储系统，包括根据权利要求21所述的组合物。

30.一种组合物，包括：

31.根据权利要求10所述的组合物，其中，所述特征尺寸为30nm至70nm，并且所述比表面积为20m2/g至65m2/g。

32.根据权利要求30所述的组合物，其中，所述特征尺寸为30nm至60nm，并且所述比表面积为22m2/g至40m2/g。

33.根据权利要求30所述的组合物，其中，所述特征尺寸为20nm至40nm，并且所述比表面积为60m2/g至80m2/g。

34.根据权利要求30所述的组合物，其中，所述lfp纳米颗粒还包含磁铁矿。

35.根据权利要求30所述的组合物，其中，所述纳米颗粒还包含锰。

36.一种能量存储系统，包含根据权利要求35所述的组合物。

37.一种能量存储系统，包含根据权利要求30所述的组合物。

技术总结公开了使用多孔碳元件电化学合成可再充电电池阴极前体材料的技术。多孔碳元件用作空气阴极，以减少氧气。经还原的氧气可将过渡金属阳极氧化，从而促进与过渡金属的室温氧化还原反应，所述过渡金属包括通常耐腐蚀的那些，诸如镍。可将过渡金属反应产物进一步加工为可再充电电池阴极材料，而无需合成有害的废弃产物。技术研发人员：H·亚格霍布内贾德 阿斯尔受保护的技术使用者：亚斯朋空气凝胶公司技术研发日：技术公布日：2024/6/13