[發(fā)明專利]一種可充鎂電池正極材料及其制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810207799.6
• 申請日: 2008-12-25
• 公開（公告）號: CN101439861A
• 公開（公告）日: 2009-05-27
• 發(fā)明（設計）人: 李云;努麗燕娜;楊軍;王久林;徐欣欣
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: C01B33/20
• 分類號: C01B33/20;H01M4/58
• 代理公司: 上海交達專利事務所
• 代理人: 羅蔭培

技術領域

本發(fā)明涉及一種無機材料的制備方法及其在電池正極材料中的應用，特別是 硅酸鐵鎂的制備方法及其在可充鎂電池正極材料中的應用。

背景技術

蓄電池在現代社會中的應用越來越重要和廣泛，如從近年來已商業(yè)化的鋰離 子電池的廣泛應用就可看出。隨著環(huán)境污染的加劇和能源危機的日趨嚴重，迫 切需要電動汽車的普及。現在使用的可充電池主要是Ni-Cd、鉛酸、Ni-MH以及 鋰離子蓄電池。它們在應用于電動汽車方面顯然都不太理想或不可行。前兩種電 池明顯的缺點是含有有害元素Cd和Pb，嚴重污染環(huán)境。而鋰離子電池用于小容 量儲電尚可，當容量大時，會由于鋰特別的活潑性，存在安全問題；再者，鋰價 格相對較高，儲量也不多。由于對電動汽車的渴求，就迫切需要能取代現有蓄電 池的廉價、環(huán)境友好及大容量的可充電池的開發(fā)與應用。Aurbach等人的研究成 果說明，可充鎂電池能勝此任(Prototype?systems?for?rechargeable?magnesium? batteries，Nature，2000，407：724)。

Mo的硫化物是最早用作Mg²⁺的嵌入材料，且用于Li⁺的嵌入物也有一些研 究工作。其中，Mo₃S₄是目前較為理想的材料(Prototype?systems?for?rechargeable? magnesium?batteries，Nature，2000，407：724)，在一系列非水電解質溶液中， 鎂離子都可以較快地進行插入/脫嵌電化學反應，理論放電容量可達到122 mAh·g^-1，實際放電容量為100mAh·g^-1左右，放電電壓平臺有兩個，分別在1.2V 和1.0V(vs.Mg/Mg²⁺)左右。其它關于過渡金屬硫化物作為可充鎂電池的正極材料 的研究也有一些。可以說，過渡金屬硫化物是迄今為止所發(fā)現的能用于可充鎂電 池正極的最好材料。但硫化物本身存在一些缺點：氧化穩(wěn)定性不太好以及材料的 制備要求在無氧條件下進行等。釩的氧化物也可嵌入Mg²⁺，但需有水的存在， 用于可充鎂電池的正極不理想。四氧化三鈷是首次所組裝可充鎂電池所用的氧化 物正極材料，也有類似問題。

本課題組將改性溶膠-凝膠法獲得的硅酸錳鎂作為可充鎂電池正極材料(一 種可充鎂電池正極材料及其制備方法，中國專利，公開號：CN101217194)，取 得了一定的效果，穩(wěn)定放電平臺達1.6V(vs.Mg/Mg²⁺)，小電流充放電條件(C/100) 下放電容量可達243.9mAh·g^-1(理論容量的78％)；采用熔鹽方法合成了粒徑小、 顆粒分布均勻的可充鎂電池正極材料硅酸錳鎂(一種可充鎂電池正極材料硅酸錳 鎂的制備方法，中國專利，申請?zhí)枺?00810040462.0)，該材料穩(wěn)定放電平臺達 1.6V和1.1V?(vs.Mg/Mg²⁺)，在C/20電流密度充放電條件下放電容量可達289.3 mAh·g^-1(理論容量的92％)。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于提出一種硅酸鐵鎂的制備方法，采用熔鹽法獲得，將其用 作可充鎂電池正極材料其特點在于在較大充放電電流下，仍能保持較高的充放電 容量。

本發(fā)明一種硅酸鐵鎂的制備方法如下：

將6～12重量份的KCl或KCl和NaCl的混合物，其中KCl和NaCl的摩爾 比為0.58∶0.42、1～1.9重量份的鎂鹽、2.8～8.7重量份的鐵鹽和1重量份的純 度大于等于99％且粒徑范圍為10～100納米的納米二氧化硅研磨10～60分鐘至 均勻后，在80～120℃下真空干燥12～48小時，然后在保護氣體下先在300～ 600℃熱處理1～3小時，再進一步在700～1000℃熱處理5～8小時，最后自然 冷卻到室溫，得到一種硅酸鐵鎂。

本發(fā)明使用的鎂源為氧化鎂、乙酸鎂或草酸鎂。

本發(fā)明使用的鐵鹽為草酸亞鐵或碳酸亞鐵。

本發(fā)明使用的保護氣體為氬氣或氮氣。

本發(fā)明一種硅酸鐵鎂在可充鎂電池正極材料中的應用方法如下，