[發(fā)明專利]作為水系鎂離子電池負極材料的水合鐵釩氧化物的制備及應用方法

有效

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• 申請日: 2017-03-24
• 公開（公告）號: CN107082453B
• 公開（公告）日: 2019-01-15
• 發(fā)明（設計）人: 葉克;張宏宇;曹殿學;蒼睿柏;王剛;王貴領
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: H01M4/485
• 分類號: H01M4/485
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明提供的是一種作為水系鎂離子電池負極材料的水合鐵釩氧化物的制備及應用方法。將偏釩酸銨溶液逐滴加入鐵鹽溶液中，混合液室溫攪拌2h；將混合溶液轉移至反應釜中進行水熱反應，沉淀物經(jīng)過濾、洗滌、干燥得到線狀水合鐵釩氧化物。按照乙炔黑、聚偏氟乙烯、線狀水合鐵釩氧化物質(zhì)量比為10％:10％:80％的比例混合制成電極膏體，將膏體涂覆在碳布上并在80～100℃下干燥得到水系鎂離子電池負極極片。本發(fā)明采用廉價的過渡金屬鹽為原料，成本低廉，來源廣泛；以儲量豐富的水資源和廉價的鎂鹽為電解液更是大大降低成本，避免有機電解液帶來的易燃易爆、污染環(huán)境等缺點。達到綠色環(huán)保要求的同時，更提高了生產(chǎn)和使用過程中的安全系數(shù)。

技術領域

本發(fā)明涉及的是一種水合鐵釩氧化物的制備方法。本發(fā)明也涉及一種水合鐵釩氧化物作為水系鎂離子電池負極的應用方法。

背景技術

水系電池以水資源儲量豐富、無機鹽成本低廉、安全性高、綠色環(huán)保等特點引起了人們的廣泛關注，與此同時，水系電池擁有較高的離子傳導性，電極極片厚，容易加工，有很好的應用前景。在水系電池體系中，最先研究的是高能量密度的水系鋰離子電池，但是，鋰資源有限，價格昂貴，很難實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)；隨后，人們又研發(fā)了水系鈉離子電池，選擇廉價的鈉鹽作為電解液，但是，鈉離子半徑較大，導致電池的循環(huán)性能較差；因此，水系鎂離子電池應運而生，鎂離子和鋰離子半徑相近，電化學性能相似，鎂鹽更是儲量豐富、成本低廉，有很大的應用前景。目前，已經(jīng)研究出的可應用于水系電池負極材料的有VO₂、LiV₃O₈、Na₃V₂(PO₄)₃，然而對于水系鎂離子電池負極材料的研究更是有限，可適用于鎂離子脫嵌的負極更是少之又少。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種工藝簡單，成本低廉，原材料廣泛的作為水系鎂離子電池負極材料的水合鐵釩氧化物的制備方法。本發(fā)明的目的還在于提供一種水合鐵釩氧化物作為水系鎂離子電池負極材料的應用方法。

本發(fā)明的作為水系鎂離子電池負極材料的水合鐵釩氧化物的制備方法包括：

(1)將1mmol鐵鹽溶于15mL水，室溫攪拌20min，得到鐵鹽溶液；

(2)將1mmol偏釩酸銨溶于15mL水，水熱下攪拌30min，得到偏釩酸銨溶液；

(3)將偏釩酸銨溶液逐滴加入鐵鹽溶液中，所得混合液室溫攪拌2h；

(4)將步驟(3)的混合溶液轉移至反應釜中進行水熱反應，沉淀物經(jīng)過濾、洗滌、干燥得到線狀水合鐵釩氧化物。

本發(fā)明的作為水系鎂離子電池負極材料的水合鐵釩氧化物的制備方法還可以包括：

1、所述的鐵鹽為氯化鐵、硫酸鐵、醋酸鐵或硝酸鐵中的一種。

2、偏釩酸銨溶液的水熱溫度為60℃～90℃。

3、反應釜中進行水熱反應的水熱溫度為120℃～180℃；水熱反應的水熱時間為4h～12h。

本發(fā)明的水合鐵釩氧化物作為水系鎂離子電池負極材料的應用方法包括：

按照乙炔黑、聚偏氟乙烯、線狀水合鐵釩氧化物的質(zhì)量比為10％:10％:80％的比例混合制成電極膏體，將所述電極膏體涂覆在碳布上并在80～100℃下干燥得到水系鎂離子電池負極極片。

以本發(fā)明的材料為水系鎂離子電池負極，碳棒為對電極，飽和甘汞電極為參比電極，MgSO₄水溶液為電解液，一起組裝成三電極體系的水系電池。

本發(fā)明研發(fā)的水合鐵釩氧化物可實現(xiàn)鎂離子的嵌入和脫出，并且脫嵌電位較低，比容量高，可以作為水系鎂離子電池負極材料。