[發明專利]一種硒摻雜鎂二次電池正極材料

無效

• 申請號: 201210193266.3
• 申請日: 2012-06-12
• 公開（公告）號: CN102723486A
• 公開（公告）日: 2012-10-10
• 發明（設計）人: 吳曉梅;曾小勤;吳丹妮;張若然;丁文江
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58
• 代理公司: 上海旭誠知識產權代理有限公司 31220
• 代理人: 鄭立

技術領域

本發明涉及一種鎂二次電池電極材料，特別是一種硒摻雜的鎂二次電池正極材料。

背景技術

隨著能源時代的到來，人們對于發展高能量密度二次電池的需求越來越迫切，這使得尋求對環境友好且資源豐富的電極材料成為迫切需要。目前投入生產的二次電池以鋰離子電池為主，但它的價格，安全性仍達不到要求。鎂離子電池跟鋰離子電池原理類似，鎂的價格低廉(約為鋰的1/24)、環境友好、熔點高(649℃)、易加工處理、安全性更高，因此鎂離子電池是一種有良好應用前景的化學電源。

謝弗雷爾相(Chevrel?phases，簡稱CPs)化合物M_xMo₆T₈(其中，M=金屬，T=S,Se,Te)，是一種典型的層狀結構混合導體，當某些客體金屬進入CPs晶格內，其仍保留原有化合物的結構特征，很好地實現了電能和化學能的相互轉化。這種材料可以作為超導體，催化劑，熱電材料以及電極材料，因而被廣泛研究。此類化合物離子導電性好，電導率高(10²～10³S/cm)，密度大(5.5～6.0g/cm³)，作為電極材料可以提供較大的功率密度和能量密度。

Cps不僅允許一價離子(如Li⁺，Na⁺)嵌入，也允許多價離子(如Zn²⁺，Mg²⁺)的快速傳導。1998年D.Aurbach報道的Mo₃S₄(Cheverel相硫化物)作為鎂二次電池正極材料表現出優良的電化學性能。由于其室溫下穩定性較差，必須從穩定的金屬相(如Cu₂Mo₆S₈)中提取，因此不適合大量的生產應用，限制了其發展。分子結構中的M金屬可以使整個化合物結構穩定，同時極大地影響化合物的物理化學性能。當Mg_xMo₆S₈作為鎂二次電池正極材料時，其表面容易生成MgO鈍化膜，阻止了內部活性物質的進一步反應，表現出較差的電化學活性。

已有的研究結果表明，硒摻雜可以改變了鎂離子電化學嵌入的幾何位置，降低了鎂離子在硫化物中阻滯作用，并改善鎂離子在硫化物中的流動性，改性Cps化合物Mg_xM_yMo₆S_8-ZSe_z結構穩定，電化學性能良好，是鎂二次電池的理想正極材料。

發明內容

本發明的目的在于提供一種具有較高初始容量，同時具備較好的電化學特性和循環穩定特性的硒摻雜鎂二次電池正極材料化合物Mg_xM_yMo₆S_8-ZSe_z。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種硒摻雜鎂二次電池的正極材料，其化學結構式為Mg_xM_yMo₆S_8-ZSe_z，式中M為錳、鎳、銅、鈷、鋅等元素周期表中第四周期過波金屬，x和y、z的取值范圍為：2≥x>0，2≥y>0、3>z>0。

本發明采用鎂的化合物、過波金屬M的硫化物、鉬的硫化物、金屬鉬粉、金屬硒粉為原料，氯化鉀或氯化鈉為反應介質，氬氣為保護氣體，經高溫熔鹽反應制備硒摻雜化合物粉末，得到本發明所述硒摻雜鎂二次電池的正極材料，該正極材料為黑色粉末。

本發明的硒摻雜鎂二次電池的正極材料具體制備方法如下：