[發(fā)明專利]一種納米管狀鎂離子電池正極材料及其制備方法

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• 申請日: 2020-10-21
• 公開（公告）號: CN112259733A
• 公開（公告）日: 2021-01-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 趙為;肖凱迪
• 申請（專利權(quán)）人: 湘潭大學(xué)
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M4/58;H01M10/054;B82Y40/00;B82Y30/00
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本發(fā)明公開了一種基于二硫化鉬/辛胺復(fù)合結(jié)構(gòu)的納米管狀鎂離子電池正極材料及其制備方法；該電極材料是由相互重疊的二硫化鉬和辛胺納米片組成納米管結(jié)構(gòu)。其制備方法是將硫源、鉬源按預(yù)定比例溶解在無水乙醇與辛胺的混合溶液中，得到橙黃色均勻溶液；溶液裝于反應(yīng)釜中高溫反應(yīng)后冷卻至室溫得到懸浮液；離心懸浮液后收集產(chǎn)品，依次清洗、真空冷凍干燥產(chǎn)品，即得所述材料。本發(fā)明基于對二硫化鉬的形貌調(diào)控，利用高溫將辛胺碳化，合理分布在二硫化鉬層間形成納米管結(jié)構(gòu)，優(yōu)異的協(xié)同效應(yīng)提高了電極材料的電導(dǎo)率、循環(huán)性能和熱穩(wěn)定性，并伴隨著擴大的層間距，可作為鎂離子電池正極材料而廣泛應(yīng)用于新能源汽車動力電池或電化學(xué)儲能等領(lǐng)域。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鎂離子電池領(lǐng)域，特別涉及一種納米管狀鎂離子電池正極材料及其制備方法。

背景技術(shù)

現(xiàn)有的鋰二次電池技術(shù)體系在安全性、能量密度、價格方面面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。鎂則由于資源豐富，高能量密度和安全性好等優(yōu)點，鎂離子電池被認(rèn)為是替代鋰離子電池的有前途的候選。但鎂離子離子半徑大、電荷密度大、與宿主間的強相互作用導(dǎo)致嵌入鎂離子的動力學(xué)緩慢。因此，開發(fā)用于鎂離子電池的高性能正極材料成為關(guān)鍵。近年來，二維過渡金屬硫化物(TMDs)由于具有高理論容量、二維層狀結(jié)構(gòu)可以提供大的比表面積和二維滲透通道等優(yōu)點，其中TMDs的代表——硫化鉬被作為鎂離子電池正極材料而進行了廣泛的研究。

Li等首次報道了具有納米結(jié)構(gòu)的MoS₂作為鎂離子電池正極材料，然而，鎂離子電池的循環(huán)效率僅為10％—40％，放電電壓為1.5V，同時具有非常低的放電比容量和非常差的電化學(xué)性能。Liang等通過改變MoS₂層間距的方法使電池的放電比容量從22mA·h/g增加到75mA·h/g，但電池容量仍然較低。為了進一步優(yōu)化電池的電化學(xué)性能，Liang等合成了一種類石墨烯結(jié)構(gòu)的MoS₂(G-MoS₂)作為正極材料，并以平均粒徑為2.5nm的超細(xì)鎂粉作為負(fù)極材料，制造出的電池首次放電比容量可達170mA·h/g，經(jīng)過50次循環(huán)后仍保持其初始容量的95％。然而盡管放電比容量有了重大突破，但材料合成的工藝較為繁瑣，制備過程較為復(fù)雜，有待簡化。Li等在上述基礎(chǔ)上將導(dǎo)電碳負(fù)載在類石墨烯狀的MoS₂層間上制備出三明治狀的MoS₂/C，使初始放電比容量高達213mA·h/g，在放電比容量上實現(xiàn)了重大突破，但材料的長循環(huán)性能仍然較差。因此，為了改善材料的電化學(xué)性能，可以對材料進行合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計：合成諸如超薄納米片、納米管等微納米結(jié)構(gòu)，特別是具有小尺寸分布、大比表面積、合適的層間距等特性不僅能夠提升反應(yīng)活性和誘發(fā)一些塊材無法發(fā)生的電化學(xué)反應(yīng)，更加能夠保證鎂離子在充放電過程中快速有效的遷移。因此，對鎂離子電池電極材料的合理設(shè)計和可控合成對于提升鎂離子電池電化學(xué)性能是十分關(guān)鍵而有意義的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的第一個目的是在于提供一種納米管狀鎂離子電池正極材料，該材料的層間距為0.9nm～1.45nm，納米管長度為1～3μm，具有良好循環(huán)性能和熱穩(wěn)定性。

本發(fā)明的另一個目的是在于提供一種工藝簡單、流程短、成本低的制備所述納米管狀鎂離子電池正極材料方法。

為了實現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明提供一種基于二硫化鉬/辛胺復(fù)合結(jié)構(gòu)的納米管狀鎂離子電池正極材料及其制備方法，該電極材料是由相互重疊的二硫化鉬和辛胺納米片組成的納米管結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明的納米管狀鎂離子電池正極材料及其制備方法包括如下具體步驟：

步驟一：將硫源、鉬源按預(yù)定比例溶解在無水乙醇與辛胺的混合溶液中，得到橙黃色均勻溶液；

步驟二：將橙黃色均勻溶液裝于反應(yīng)釜中高溫反應(yīng)后冷卻至室溫得到懸浮液；

步驟三：離心懸浮液后收集產(chǎn)品，依次用無水乙醇和去離子水清洗；

步驟四：真空冷凍干燥產(chǎn)品，即得所述材料。