[發(fā)明專利]一種鎂位摻雜的鎂離子電池正極材料及其制備方法有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 201710316614.4 | 申請日： | 2017-05-08 |
| 公開（公告）號： | CN107293747B | 公開（公告）日： | 2020-08-18 |
| 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人： | 袁正勇;彭振博 | 申請（專利權(quán)）人： | 寧波職業(yè)技術(shù)學(xué)院 |
| 主分類號： | H01M4/58 | 分類號： | H01M4/58;H01M4/525;H01M4/46;H01M10/0525 |
| 代理公司： | 蘇州中合知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 32266 | 代理人： | 李中華 |
| 地址： | 315800 浙江省寧*** | 國省代碼： | 浙江;33 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 一種 摻雜 離子 電池 正極 材料 及其 制備 方法 | ||
本發(fā)明涉及一種鎂位摻雜的鎂離子電池正極材料及其制備方法，屬能源材料中可充電池正極材料。該正極材料的分子式為Mg(1?x)AxNiSiO4，其中A為摻雜元素Ca、Sr、Ba中的一種，x＝0.001?0.08。制備方法為：將鎂源化合物、摻雜元素化合物、鎳源化合物按原子摩爾比Mg：A：Ni＝(1?x)：x：1準(zhǔn)確稱重，加入適量去離子水，球磨混合均勻，取出后烘干，并燒制得到固體粉末。按原子摩爾比Ni：Si＝1：1的比例稱取正硅酸四乙酯，將固體粉末、正硅酸四乙酯和適量檸檬酸在無水乙醇溶劑中充分混合，置于不銹鋼罐中得到凝膠狀物。然后與碳源化合物混合球磨，在惰性氣氛中燒結(jié)小時(shí)，得到碳包覆的鎂離子電池正極材料Mg(1?x)AxNiSiO4。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于鎂離子電池正極材料的制備領(lǐng)域，特別是涉及一種鎂位摻雜的硅酸鎳鎂鎂離子電池正極材料Mg(1-x)AxNiSiO4及其制備方法。
背景技術(shù)
鋰離子電池是目前應(yīng)用最廣泛的二次電池，但是，全球鋰資源并不富裕，鋰離子電池在應(yīng)用過程中特別是作為動力電池使用時(shí)存在較大的安全隱患，迫使人們在開發(fā)鋰離子電池的同時(shí)，努力尋找其他二次電池體系。近年來在鎂離子電池的研究方面取得一定進(jìn)展，鎂和鋰在周期表中處于的對角線位置，根據(jù)對角線法則，兩者化學(xué)性質(zhì)具有很多的相似之處。鎂在地球上儲量十分豐富，我國的鎂資源儲量居世界首位，鎂的價(jià)格比鋰低得多，而且鎂及幾乎鎂的所有化合物無毒或低毒，對環(huán)境友好，鎂活潑性比鋰低，熔點(diǎn)高，易操作，加工處理安全，用鎂替代鋰開發(fā)鎂離子電池具有非常廣闊的應(yīng)用前景。
鎂離子電池的技術(shù)發(fā)展主要存在兩方面的阻礙：第一，在充放電過程中，電極材料表面會生成一層表面鈍化膜，與鋰不同的是，鋰的表面膜可以傳導(dǎo)鋰離子，而鎂電極表面生成的這種鈍化膜卻難以傳導(dǎo)二價(jià)的鎂離子，使鎂的沉積和溶解以順利進(jìn)行；第二，二價(jià)鎂離子的離子半徑小，電荷密度大，往往以溶劑化形式插入，在嵌入材料中的移動較困難，可供鎂離子快速嵌入的基質(zhì)材料很少，因此正極材料的選擇成為重要問題，尋找能適合正極材料是鎂離子電池研究的關(guān)鍵。
人們對鎂離子電池正極材料開展了研究，鎂離子電池正極材料大都為無機(jī)過渡金屬化合物，集中為氧化物(如V2O5)、硫化物(如Chevrel相的硫化物Mo6S8)、磷酸鹽聚陰離子化合物(如Mg0.5+y(FeyTi1-y)2(PO4)3)等，這些材料存在的主要問題有：材料與電解液兼容性差，鎂的動力學(xué)嵌入緩慢，嵌入容量低，充放電電壓差大，循環(huán)性能不好。
硅酸鹽鎂離子電池正極材料屬于聚陰離子型材料，硅酸鹽原料來源廣泛，價(jià)格低廉，無環(huán)境污染，材料的熱穩(wěn)定性好，所制備的電池安全性能高，從而使聚陰離子硅酸過渡金屬鹽成為最具開發(fā)和應(yīng)用潛力的新一代鎂離子電池正極材料。聚陰離子硅酸過渡金屬鹽中，硅酸根和過渡金屬離子形成的M-O-Si鍵產(chǎn)生較大空間和穩(wěn)定的三維框架結(jié)構(gòu)，有利于鎂離子的可逆嵌脫和遷移，從而具有可逆容量大，放電平臺高，能量密度大等優(yōu)點(diǎn)，是一種有發(fā)展前途的新型鎂離子電池正極材料。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一個(gè)目的在于提供一種鎂離子電池正極材料。
本發(fā)明的第二個(gè)目的在于提供上述鎂離子電池正極材料的制備方法。
為實(shí)現(xiàn)上述第一個(gè)目的，本發(fā)明采用以下內(nèi)容：
一種鎂位摻雜的鎂離子電池正極材料，其特征在于：所述鎂離子電池正極材料的組成為Mg(1-x)AxNiSiO4，其中A為摻雜元素，x＝0.001-0.08。
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