[发明专利]一种镁钒氧化物正极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种镁钒氧化物正极材料及其制备方法和应用，所述正极材料为Mg_xV₂O₅·nH₂O，其中，x和n均为有理数，且x＞0，n＞0。本发明所述正极材料，不仅可以提高电极材料的导电率，还可以增强电极材料结构稳定性，在用于镁离子电池时可表现出优异的倍率性能和循环稳定性。

技术领域

本发明涉及电池正极材料技术领域，具体涉及一种镁钒氧化物正极材料及其制备方法和应用。

背景技术

锂离子电池(LIBs)是迄今为止最具代表性的蓄电池。尽管LIBs已被广泛应于移动设备和电动汽车，但从安全性、元素储量丰度以及成本的角度考量的话，它们并不适用于大规模储能系统。因此，越来越多的研究人员致力于开发如镁、锌、钙和铝等对生态更加友好的多价金属电池。其中，镁可充电电池(RMBs)由于镁金属阳极具有相对较低的氧化还原电位(2.38V vs.SHE)和较高的比容量(2205mAh·g^-1)，易于沉积和不易形成枝晶的优势已成为可替代锂电的候选电池之一。然而，缺乏高氧化电位的正极材料严重阻碍了RMBs的发展，这主要是因为二价Mg²⁺和正极材料中的氧阴离子之间存在的强相互作用，使得Mg²⁺在正极材料中迁移的活化能相对较高，导致了Mg²⁺缓慢的扩散动力学。因此，开发合适的正极材料对于RMBs的发展具有重要的意义。

V₂O₅典型的层状结构非常有利于镁离子的脱嵌，是一种具有高理论容量(295mAhg^-1)的储镁正极材料。专利CN115216649A中公开了一种高温煅烧法制备V₂O₅镁离子电池正极材料的方法，该发明制备的正极材料的最高初始放电容量仅为120mAh·g^-1，且经过60圈的循环后容量衰减率为30％。由此可见，该专利制备的正极材料电化学性能较差，而导致这一问题的原因主要是由于V₂O₅的低导电性和Mg²⁺在其中较慢的扩散动力学引起的。为了改善V₂O₅电极材料的这些缺点，专利CN109524661A中公开了一种锰离子和结晶水预嵌入V₂O₅纳米带镁离子电池正极材料，该发明制备的Mn_0.04V₂O₅·1.17H₂O可进一步增强电极材料的电导率，并加快Mg²⁺的扩散动力学，在0.05Ag^-1电流密度下具有143.2mAh g^-1的放电比容量。但是，这样比容量仍然较低，无法满足高性能电极材料储镁的要求。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种镁钒氧化物正极材料，以解决现有技术中镁离子电池正极材料比容量低、循环稳定性不够理想的问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种镁钒氧化物正极材料，所述正极材料为Mg_xV₂O₅·nH₂O，其中，x和n均为有理数，且x＞0，n＞0。

优选地，所述正极材料中，镁离子和结构水嵌入V₂O₅的层间结构中。

优选地，在电流密度为0.05A·g^-1时，所述正极材料的比容量至少为250mAh·g^-1。

本发明还提供一种镁钒氧化物正极材料的制备方法，制备上述正极材料，具体包括如下步骤：