[发明专利]一种新型微观结构的镁离子电池正极材料及其制备方法

说明书

一种新型微观结构的镁离子电池正极材料及其制备方法，属于电池材料技术领域。本发明解决了现有镁离子电池正极的电极材料可逆容量低，倍率性能差等问题。本发明首先在高浓度氢氧化钠溶液环境下溶解锰氧化物，其次经水热反应及离心过程，最后将产物直接冷冻干燥，制备出一种纳米片和纳米线共混Na‑Mn‑O电极材料，以及在上述同等制备流程中加入钛氧化物，制备出Ti掺杂Na‑Mn‑O电极材料。获得的纳米片和纳米线共混的Na‑Mn‑O电极材料具有较高的振实密度、可逆容量、倍率性能以及良好的循环稳定性，通过掺杂设计出的Ti掺杂Na‑Mn‑O电极材料，进一步提高了可逆容量、倍率性能和循环稳定性。

技术领域

本发明涉及一种新型微观结构的镁离子电池正极材料及其制备方法，属于电池材料技术领域。

背景技术

离子二次电池作为一类绿色环保、能量密度高、循环寿命长的储能方式，已经广泛应用于便携电子设备、新能源汽车、智能电网等领域。随着各地积极响应国家节能减排号召，研制更高能量密度、更长的循环寿命、更高的充放电效率的离子电池电极材料变得尤为重要。其中由于镁离子带有2个电荷，相比于锂离子电池，具有更高的能量密度。而且，镁元素储量丰富，价格低廉，使得镁二次电池被认为是极具潜力的新型二次电池，镁二次电池的构成核心是Mg负极、有机电解质溶液和具有良好脱嵌镁离子性能的正极材料。对镁离子正极材料的研究始于上世纪七十年代，但至今未形成产业化生产，主要是由于以下两个原因：一，相比于锂离子来说，镁离子的半径小、带有2个电荷、电荷密度大，溶剂化更严重，导致镁离子比锂离子更难嵌入到一般的正极材料中；二，镁在大部分电解液中形成一层致密的钝化膜，阻止了镁离子的迁移，导致镁离子无法进行可逆的沉积于溶出，影响了其电学性能。因此，提供一种制备方法简单且具有优异电化学性能镁离子电池正极材料是十分必要的。

发明内容

本发明针对现有镁离子电池电极材料可逆容量低、倍率性能差等现状，提供一种新型微观结构的镁离子电池正极材料及其制备方法。

本发明的技术方案：

一种新型微观结构的镁离子电池正极材料，该镁离子电池正极材料为纳米线和纳米片的共混结构，镁离子电池正极材料为Na-Mn-O电极材料或者Ti掺杂的Na-Mn-O电极材料。

上述新型微观结构的镁离子电池正极材料的制备方法，该方法操作步骤如下：

步骤一，将三氧化二锰粉末和二氧化钛粉末混合加入氢氧化钠溶液中，在350-450r/min条件下搅拌30-45min，直至粉末充分溶解得到混合物溶液；

步骤二，将步骤一获得的混合物溶液在60-80W功率条件下超声分散30-45min，然后在400-450r/min条件下搅拌30-45min；

步骤三，将经过步骤二处理后的混合物溶液在反应釜中进行水热反应；

步骤四，向步骤三水热反应所得的产物中加入去离子水，进行离心洗涤，离心至上清液的pH值为7，弃上清液，再加入去离子水进行搅拌获得悬浊液；

步骤五，将步骤四获得的悬浊液进行冷冻干燥处理，获得Na-Mn-O电极材料或者Ti掺杂的Na-Mn-O电极材料。

进一步地，步骤一中钛元素与锰元素的原子比为(0-10)：100。

进一步地，步骤一中三氧化二锰粉末与氢氧化钠溶液的质量体积比为2g：40ml。

进一步地，步骤一中氢氧化钠溶液的浓度为10mol/L。

进一步地，步骤二中混合物溶液在70W功率条件下超声分散。

进一步地，步骤三中水热反应条件为：将反应釜置于温度为160-180℃的恒温烘箱内，反应时间为60-84h。

进一步地，步骤三中水热反应条件为将反应釜置于温度为170℃的恒温烘箱内，反应时间为60h。