[发明专利]一种镁离子电池正极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电极材料及其制备领域，特别涉及一种镁离子电池正极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池被认为是目前最有前途的储能和动力化学电源。但是，全球锂资源并不富裕，锂元素在地壳丰度仅为0.006％，资源的贫乏与高昂价格成为未来锂离子电池大规模应用的忧患。同时，锂离子电池自身的安全性问题，也为实用化带来一定困难。因此，急需发展下一代综合效能优异的储能和动力电池新体系。相比锂资源而言，镁储量十分丰富，地壳丰度为锂的440倍，而且每个镁原子可储存2个电荷，用镁替代锂开发镁离子电池具有非常广阔的应用前景。

目前可充镁电池正极材料方面的研究主要集中于过渡金属硫化物(如二硫化物和Chevrel相硫化物等)和过渡金属氧化物(如钒氧化物、尖晶石型的可插入氧化物等)。过渡金属硫化物镁电池正极材料是目前研究比较成熟的可充镁电池正极材料，具有较优良的嵌镁/脱镁性能，但它们的热力学性能不稳定，制备条件苛刻，而且材料的抗氧化性较差，电压平台不高，导致材料的能量密度较低。过渡金属氧化物正极材料制备较容易，成本较低，化学稳定性好，但是该类材料普遍可逆容量不高，在大电流充放电条件下容量衰减很快。这些缺点限制了它们的应用。

聚阴离子型硅酸盐镁离子电池正极材料具有较大的三维空间和稳定的框架结构，形成可供其它高配位金属离子占据的空隙，具有与过渡金属硫化物和金属氧化物材料不同的晶相结构，表现出较高的储镁容量和较好的可逆稳定性。但是该类正极材料的缺点是电子电导率比较低，材料的大电流放电性能较差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种镁离子电池正极材料及其制备方法，该发明的制备工艺操作简单、易于控制，有利于实现规模化工业生产；制备的镁离子电池正极材料有较大的可逆容量和较强的大电流充放电性能。

本发明的一种镁离子电池正极材料，所述正极材料的分子式为Mg_1-xSr_xZn_yFe_1-ySiO₄，其中0<x≤0.05，0<y≤0.3。

本发明的一种镁离子电池正极材料的制备方法，包括：

将镁源化合物、锶源化合物、锌源化合物、铁源化合物与硅源化合物，加入乙醇，球磨、烘干，然后在氩气保护下，升温至350-500℃，保温1-2h，继续升温至800-1200℃，保温2-8h，即得镁离子电池正极材料Mg_1-xSr_xZn_yFe_1-ySiO₄。

所述镁源化合物为氧化镁、氢氧化镁、碳酸镁、有机酸镁盐中的一种或几种。

所述锶源化合物为氧化锶、氢氧化锶、碳酸锶、乙酸锶、草酸锶中的一种或几种。

所述锌源化合物为氧化锌、氢氧化锌、碳酸锌、有机酸锌盐中的一种或几种。

所述铁源化合物为二价铁化合物。

所述二价铁化合物为氧化亚铁、草酸亚铁中的一种或几种。

所述硅源化合物为四价硅化合物。

所述四价硅化合物为二氧化硅、硅酸、有机硅化合物中的一种或几种。

所述球磨为球磨机球磨2-4h；烘干温度为120-140℃。

本发明通过锶、锌元素对聚阴离子型硅酸铁盐的镁位和铁位进行有效掺杂，提高材料的电子导电率和镁离子迁移速率，提高其可逆容量和大电流放电性能，该制备工艺操作简单、易于控制、有利于实现规模化工业生产。

有益效果

本发明的制备工艺操作简单、易于控制、有利于实现规模化工业生产；制备的镁离子电池正极材料有较大的可逆容量和较强的大电流充放电性能。

附图说明

图1为实施例1合成的镁离子电池正极材料Mg_0.98Sr_0.02Zn_0.1Fe_0.9SiO₄的前二周充放电曲线；

图2为实施例2合成的镁离子电池正极材料Mg_0.96Sr_0.04Zn_0.13Fe_0.87SiO₄在0.1C的充放电电流下前二十周的放电容量曲线；