[發明專利]一種新型微觀結構的鎂離子電池正極材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202010686585.2
• 申請日: 2020-07-16
• 公開（公告）號: CN111916700B
• 公開（公告）日: 2021-11-05
• 發明（設計）人: 張永泉;姚安權;遲慶國;張天棟;張昌海
• 申請（專利權）人: 哈爾濱理工大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/505;H01M4/485;H01M10/054;B82Y30/00;B82Y40/00;F26B5/06
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產權代理有限公司 23211
• 代理人: 鄧宇

一種新型微觀結構的鎂離子電池正極材料及其制備方法，屬于電池材料技術領域。本發明解決了現有鎂離子電池正極的電極材料可逆容量低，倍率性能差等問題。本發明首先在高濃度氫氧化鈉溶液環境下溶解錳氧化物，其次經水熱反應及離心過程，最后將產物直接冷凍干燥，制備出一種納米片和納米線共混Na?Mn?O電極材料，以及在上述同等制備流程中加入鈦氧化物，制備出Ti摻雜Na?Mn?O電極材料。獲得的納米片和納米線共混的Na?Mn?O電極材料具有較高的振實密度、可逆容量、倍率性能以及良好的循環穩定性，通過摻雜設計出的Ti摻雜Na?Mn?O電極材料，進一步提高了可逆容量、倍率性能和循環穩定性。

技術領域

本發明涉及一種新型微觀結構的鎂離子電池正極材料及其制備方法，屬于電池材料技術領域。

背景技術

離子二次電池作為一類綠色環保、能量密度高、循環壽命長的儲能方式，已經廣泛應用于便攜電子設備、新能源汽車、智能電網等領域。隨著各地積極響應國家節能減排號召，研制更高能量密度、更長的循環壽命、更高的充放電效率的離子電池電極材料變得尤為重要。其中由于鎂離子帶有2個電荷，相比于鋰離子電池，具有更高的能量密度。而且，鎂元素儲量豐富，價格低廉，使得鎂二次電池被認為是極具潛力的新型二次電池，鎂二次電池的構成核心是Mg負極、有機電解質溶液和具有良好脫嵌鎂離子性能的正極材料。對鎂離子正極材料的研究始于上世紀七十年代，但至今未形成產業化生產，主要是由于以下兩個原因：一，相比于鋰離子來說，鎂離子的半徑小、帶有2個電荷、電荷密度大，溶劑化更嚴重，導致鎂離子比鋰離子更難嵌入到一般的正極材料中；二，鎂在大部分電解液中形成一層致密的鈍化膜，阻止了鎂離子的遷移，導致鎂離子無法進行可逆的沉積于溶出，影響了其電學性能。因此，提供一種制備方法簡單且具有優異電化學性能鎂離子電池正極材料是十分必要的。

發明內容

本發明針對現有鎂離子電池電極材料可逆容量低、倍率性能差等現狀，提供一種新型微觀結構的鎂離子電池正極材料及其制備方法。

本發明的技術方案：

一種新型微觀結構的鎂離子電池正極材料，該鎂離子電池正極材料為納米線和納米片的共混結構，鎂離子電池正極材料為Na-Mn-O電極材料或者Ti摻雜的Na-Mn-O電極材料。

上述新型微觀結構的鎂離子電池正極材料的制備方法，該方法操作步驟如下：

步驟一，將三氧化二錳粉末和二氧化鈦粉末混合加入氫氧化鈉溶液中，在350-450r/min條件下攪拌30-45min，直至粉末充分溶解得到混合物溶液；

步驟二，將步驟一獲得的混合物溶液在60-80W功率條件下超聲分散30-45min，然后在400-450r/min條件下攪拌30-45min；

步驟三，將經過步驟二處理后的混合物溶液在反應釜中進行水熱反應；

步驟四，向步驟三水熱反應所得的產物中加入去離子水，進行離心洗滌，離心至上清液的pH值為7，棄上清液，再加入去離子水進行攪拌獲得懸濁液；

步驟五，將步驟四獲得的懸濁液進行冷凍干燥處理，獲得Na-Mn-O電極材料或者Ti摻雜的Na-Mn-O電極材料。

進一步地，步驟一中鈦元素與錳元素的原子比為(0-10)：100。

進一步地，步驟一中三氧化二錳粉末與氫氧化鈉溶液的質量體積比為2g：40ml。

進一步地，步驟一中氫氧化鈉溶液的濃度為10mol/L。

進一步地，步驟二中混合物溶液在70W功率條件下超聲分散。

進一步地，步驟三中水熱反應條件為：將反應釜置于溫度為160-180℃的恒溫烘箱內，反應時間為60-84h。

進一步地，步驟三中水熱反應條件為將反應釜置于溫度為170℃的恒溫烘箱內，反應時間為60h。