[發明專利]一種鎂離子電池及其制備方法

有效

• 申請號: 201610008380.2
• 申請日: 2016-01-07
• 公開（公告）號: CN105655552B
• 公開（公告）日: 2018-01-12
• 發明（設計）人: 李震祺;劉立君;宋翠環
• 申請（專利權）人: 李震祺;劉立君
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/587;H01M10/054;H01M10/058
• 代理公司: 深圳市君勝知識產權代理事務所(普通合伙)44268
• 代理人: 王永文,劉文求

技術領域

本發明涉及二次電池領域，尤其涉及一種鎂離子電池及其制備方法。

背景技術

鋰離子電池被認為是目前最有前途的儲能和動力化學電源，但是，鋰離子電池安全性較差，而且全球鋰資源并不富裕，鋰元素在地殼豐度僅為0.006%，資源的貧乏與高昂的價格成為未來鋰離子電池大規模應用的憂患。鎂相對性質穩定，安全無污染，且加工處理較鋰方便；鎂的理論容量為2205mAh/g，適用于需要較大功率的電動車等領域。同時，相比鋰資源而言，鎂儲量十分豐富，地殼豐度為鋰的440倍，相對于鋰離子電池成本優勢很明顯；而且每個鎂原子可儲存2個電荷，具有更高的能量密度，所以開發鎂離子電池具有非常廣闊的應用前景。

組成鎂離子電池的核心是鎂負極、電解質溶液及能嵌入Mg²⁺的正極材料。由于鎂的化學活性，金屬鎂的表面在絕大多數溶液中會生成鈍化膜，而二價鎂離子難以通過這種鈍化層，從而限制了鎂的電化學性能；而且二價鎂離子體積小，電荷密度大，極化作用強，往往以溶劑化形式嵌入，動力學嵌入活性較低，且Mg²⁺在嵌入材料中的移動也比較困難，使得選擇合適的正極材料遇到困難。

因此，現有技術還有待于改進和發展。

發明內容

鑒于上述現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種鎂離子電池及其制備方法，旨在解決現有鎂離子電池正極材料難以嵌入鎂，及電池比容量低的問題。

本發明的技術方案如下：

一種鎂離子電池，包括正極、負極和電解液，其中，所述正極為紅磷-三維石墨復合材料，所述負極為鎂鋰合金，所述電解液為離子液體電解液。

一種如上所述的鎂離子電池的制備方法，其中，包括步驟：

A、將紅磷和石墨放入高能球磨機中進行機械球磨，制備紅磷-三維石墨復合材料；

B、將紅磷-三維石墨復合材料、乙炔黑、聚四氟乙烯混合均勻，涂布于處理好的銅箔上、干燥、壓制成正極片；

C、配制離子液體電解液；

D、以鎂鋰合金為負極片，與步驟B中制備好的正極片和步驟C配制好的離子液體電解液，在充滿氬氣的手套箱中裝配成鎂離子電池。

所述的鎂離子電池的制備方法，其中，所述步驟A中，紅磷和石墨的質量比為1：20~80。

所述的鎂離子電池的制備方法，其中，所述步驟A中，機械球磨的轉速為300~400rpm，機械球磨的時間為1~3h。

所述的鎂離子電池的制備方法，其中，所述步驟B中，紅磷-三維石墨復合材料、乙炔黑、聚四氟乙烯的質量比為75~85:5~15:10。

所述的鎂離子電池的制備方法，其中，所述步驟C中，將Mg(CF₃SO₃)₂溶于BMIMBF₄溶液，配制成離子液體電解液。

所述的鎂離子電池的制備方法，其中，所述步驟C中，將Mg(CF₃SO₃)₂溶于BMIMBF₄溶液，配制成濃度為1.0mol/L的離子液體電解液。

所述的鎂離子電池的制備方法，其中，所述步驟D中，所述鎂鋰合金為含8～13%Li的鎂鋰合金。

有益效果：本發明選用紅磷-三維石墨復合材料作為鎂離子電池的正極，有效提高了正極嵌入鎂的能力，提高電池比容量。且本發明制備的鎂離子電池有較大可逆容量，可快速充電。

具體實施方式

本發明提供一種鎂離子電池及其制備方法，為使本發明的目的、技術方案及效果更加清楚、明確，以下對本發明進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。

本發明提供一種鎂離子電池，包括正極、負極和電解液，其中，所述正極為紅磷-三維石墨復合材料，所述負極為鎂鋰合金，所述電解液為離子液體電解液。本發明選用紅磷-三維石墨復合材料作為鎂離子電池的正極，提高正極嵌入鎂的能力，并提高了鎂離子電池的比容量。由本發明上述正極、負極和電解液裝配成的鎂離子電池具有可逆容量大和快速充電的優點。

基于上述鎂離子電池，本發明提供一種如上所述的鎂離子電池的制備方法，其包括步驟：

A、將紅磷和石墨放入高能球磨機中進行機械球磨，制備紅磷-三維石墨復合材料；

優選地，所述步驟A中，紅磷和石墨的質量比為1：20~80。更優選地，紅磷和石墨的質量比為1：40~60（如1:50）。