[發(fā)明專利]一種鎂鐵氫化物-石墨復(fù)合電極材料及其制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810263251.7
• 申請(qǐng)日: 2018-03-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108520946B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-06-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王輝;陽(yáng)朔;歐陽(yáng)柳章;朱敏;劉江文
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華南理工大學(xué)
• 主分類號(hào): H01M4/36
• 分類號(hào): H01M4/36;H01M4/583;H01M4/62;H01M4/46;H01M4/525;H01M10/0525;C01B32/20
• 代理公司: 廣州市華學(xué)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44245
• 代理人: 羅嘯秋

本發(fā)明屬于電極材料領(lǐng)域，公開(kāi)了一種鎂鐵氫化物?石墨復(fù)合電極材料及其制備方法和應(yīng)用。將鎂粉和鐵粉混合，在氫氣氣氛下進(jìn)行球磨，然后在400～500℃進(jìn)行熱處理后與石墨在氫氣氣氛下進(jìn)行球磨，得到Mg₂FeH₆?石墨復(fù)合材料；將Mg₂FeH₆?石墨復(fù)合材料與導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑混合均勻涂敷于銅箔上制作成電極片，真空干燥，然后通過(guò)磁控濺射在電極片表面制備金屬氧化物保護(hù)膜，得到鎂鐵氫化物?石墨復(fù)合電極材料。本發(fā)明采用多相復(fù)合球磨和磁控濺射結(jié)合的方法，能夠改善電極的可逆性，提高其循環(huán)性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電極材料領(lǐng)域，具體涉及一種鎂鐵氫化物-石墨復(fù)合電極材料及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

鋰離子電池作為一種新型儲(chǔ)能設(shè)備，由于具有電壓高、比能量高、自放電低、循環(huán)性能好、無(wú)記憶效應(yīng)和綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，是目前最具發(fā)展前景的高效二次電池和發(fā)展最快的化學(xué)儲(chǔ)能電源。隨著信息技術(shù)、動(dòng)力汽車及航空航天等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，對(duì)鋰離子電池的能量密度和安全性能提出了更高的要求。然而，受制于現(xiàn)有電極材料質(zhì)量及體積比容量低的缺陷，已商業(yè)化的鋰電子電池?zé)o法滿足上述領(lǐng)域的應(yīng)用需求。因此，新型鋰離子電池性能的提高將主要取決于高比容量電極材料體系的發(fā)展。

鎂具有原料豐富、價(jià)格低廉、質(zhì)量輕和對(duì)環(huán)境污染小等優(yōu)點(diǎn)，相比于已商業(yè)化的石墨負(fù)極，鎂氫化物具有更高的儲(chǔ)電容量。如MgH₂負(fù)極具有2038mAh g^-1的理論容量，且鎂氫化物負(fù)極的充放電滯后效應(yīng)顯著低于其它化合物轉(zhuǎn)換負(fù)極材料。若鎂基金屬氫化物負(fù)極能夠?qū)嶋H應(yīng)用，將能大幅度提高鋰離子電池體系的比容量和能量密度。但是，在儲(chǔ)鋰過(guò)程中，金屬氫化物與鋰離子的轉(zhuǎn)換反應(yīng)產(chǎn)生極大的體積變化，使得氫化物電極在幾次充放電循環(huán)后就完全失效。此外，鎂基金屬氫化物對(duì)環(huán)境中的水氧敏感問(wèn)題也制約了此類電池的發(fā)展。

針對(duì)鎂氫化物負(fù)極材料的循環(huán)穩(wěn)定性差及導(dǎo)電性差的問(wèn)題，目前主要采用球磨工藝制備鎂氫化物與石墨或其它金屬的復(fù)合材料。球磨形成的納米復(fù)合結(jié)構(gòu)顯著促進(jìn)鎂氫化物與鋰離子的轉(zhuǎn)換反應(yīng)，并能一定程度緩解體積膨脹效應(yīng)，改善循環(huán)壽命。但鎂氫化物轉(zhuǎn)換反應(yīng)的可逆性仍然較差，在超過(guò)二十次循環(huán)后氫化物的活性基本消失。一方面，這與鎂表面容易形成鈍化層阻止鎂氫化物形成有關(guān)；另一方面，鎂顆粒在循環(huán)過(guò)程發(fā)生團(tuán)聚長(zhǎng)大，導(dǎo)致活性物質(zhì)與集流體失去接觸。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)以上現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)和不足之處，本發(fā)明的首要目的在于提供一種鎂鐵氫化物-石墨復(fù)合電極材料的制備方法。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種通過(guò)上述方法制備得到的鎂鐵氫化物-石墨復(fù)合電極材料。

本發(fā)明的再一目的在于提供上述鎂鐵氫化物-石墨復(fù)合電極材料作為鋰離子電池負(fù)極的應(yīng)用。

本發(fā)明目的通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種鎂鐵氫化物-石墨復(fù)合電極材料的制備方法，包括如下制備步驟：

(1)將鎂粉和鐵粉混合，在氫氣氣氛下進(jìn)行球磨；

(2)將步驟(1)得到的粉末在氫氣氣氛下升溫至400～500℃進(jìn)行熱處理，得到Mg₂FeH₆粉末；

(3)將步驟(2)中得到的Mg₂FeH₆粉末與石墨在氫氣氣氛下進(jìn)行球磨，得到Mg₂FeH₆-石墨復(fù)合材料；

(4)將步驟(3)得到的Mg₂FeH₆-石墨復(fù)合材料與導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑混合均勻涂敷于銅箔上制作成電極片，真空干燥；

(5)在步驟(4)得到的電極片表面通過(guò)磁控濺射制備金屬氧化物保護(hù)膜，得到鎂鐵氫化物-石墨復(fù)合電極材料。