一种镁离子电池及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种镁离子电池及其制备方法，包括正极、负极和电解液，其中，所述正极为红磷-三维石墨复合材料，所述负极为镁锂合金，所述电解液为离子液体电解液。本发明专利技术采用红磷-三维石墨复合材料作为正极，提高了嵌入镁的能力，提高活性物质利用率，提高电池比容量；石墨烯超强的力学性能有利于保持充放电过程中电极结构的稳定，提高循环寿命；镁锂合金负极，控制了镁离子负极钝化膜的厚度，减轻了镁离子电池电压滞后现象，延长电池使用寿命，同时锂的加入提高了镁离子电池电压；本发明专利技术中制备的镁离子电池有较大可逆容量和较强的大电流充放能力，支持1min可充90%左右电量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及二次电池领域，尤其涉及一种镁离子电池及其制备方法。
技术介绍
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，锂离子电池安全性较差，而且全球锂资源并不富裕，锂元素在地壳丰度仅为0.006%，资源的贫乏与高昂的价格成为未来锂离子电池大规模应用的忧患。镁相对性质稳定，安全无污染，且加工处理较锂方便；镁的理论容量为2205mAh/g，适用于需要较大功率的电动车等领域。同时，相比锂资源而言，镁储量十分丰富，地壳丰度为锂的440倍，相对于锂离子电池成本优势很明显；而且每个镁原子可储存2个电荷，具有更高的能量密度，所以开发镁离子电池具有非常广阔的应用前景。组成镁离子电池的核心是镁负极、电解质溶液及能嵌入Mg2+的正极材料。由于镁的化学活性，金属镁的表面在绝大多数溶液中会生成钝化膜，而二价镁离子难以通过这种钝化层，从而限制了镁的电化学性能；而且二价镁离子体积小，电荷密度大，极化作用强，往往以溶剂化形式嵌入，动力学嵌入活性较低，且Mg2+在嵌入材料中的移动也比较困难，使得选择合适的正极材料遇到困难。因此，现有技术还有待于改进和发展。
技术实现思路
鉴于上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种镁离子电池及其制备方法，旨在解决现有镁离子电池正极材料难以嵌入镁，及电池比容量低的问题。本专利技术的技术方案如下：一种镁离子电池，包括正极、负极和电解液，其中，所述正极为红磷-三维石墨复合材料，所述负极为镁锂合金，所述电解液为离子液体电解液。一种如上所述的镁离子电池的制备方法，其中，包括步骤：A、将红磷和石墨放入高能球磨机中进行机械球磨，制备红磷-三维石墨复合材料；B、将红磷-三维石墨复合材料、乙炔黑、聚四氟乙烯混合均匀，涂布于处理好的铜箔上、干燥、压制成正极片；C、配制离子液体电解液；D、以镁锂合金为负极片，与步骤B中制备好的正极片和步骤C配制好的离子液体电解液，在充满氩气的手套箱中装配成镁离子电池。所述的镁离子电池的制备方法，其中，所述步骤A中，红磷和石墨的质量比为1：20~80。所述的镁离子电池的制备方法，其中，所述步骤A中，机械球磨的转速为300~400rpm，机械球磨的时间为1~3h。所述的镁离子电池的制备方法，其中，所述步骤B中，红磷-三维石墨复合材料、乙炔黑、聚四氟乙烯的质量比为75~85:5~15:10。所述的镁离子电池的制备方法，其中，所述步骤C中，将Mg(CF3SO3)2溶于BMIMBF4溶液，配制成离子液体电解液。所述的镁离子电池的制备方法，其中，所述步骤C中，将Mg(CF3SO3)2溶于BMIMBF4溶液，配制成浓度为1.0mol/L的离子液体电解液。所述的镁离子电池的制备方法，其中，所述步骤D中，所述镁锂合金为含8～13%Li的镁锂合金。有益效果：本专利技术选用红磷-三维石墨复合材料作为镁离子电池的正极，有效提高了正极嵌入镁的能力，提高电池比容量。且本专利技术制备的镁离子电池有较大可逆容量，可快速充电。具体实施方式本专利技术提供一种镁离子电池及其制备方法，为使本专利技术的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本专利技术进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术提供一种镁离子电池，包括正极、负极和电解液，其中，所述正极为红磷-三维石墨复合材料，所述负极为镁锂合金，所述电解液为离子液体电解液。本专利技术选用红磷-三维石墨复合材料作为镁离子电池的正极，提高正极嵌入镁的能力，并提高了镁离子电池的比容量。由本专利技术上述正极、负极和电解液装配成的镁离子电池具有可逆容量大和快速充电的优点。基于上述镁离子电池，本专利技术提供一种如上所述的镁离子电池的制备方法，其包括步骤：A、将红磷和石墨放入高能球磨机中进行机械球磨，制备红磷-三维石墨复合材料；优选地，所述步骤A中，红磷和石墨的质量比为1：20~80。更优选地，红磷和石墨的质量比为1：40~60（如1:50）。优选地，所述步骤A中，机械球磨的转速为300~400rpm，机械球磨的时间为1~3h。更优选地，机械球磨的时间为2h。所述步骤A具体为，将质量比为1：20~80的红磷和石墨放入转速300~400rpm的高能球磨机中进行机械球磨1~3h，制备红磷-三维石墨复合材料。本专利技术选用红磷和石墨进行机械球磨，高速球磨中，石墨被剥离为大比表面积的石墨烯，石墨烯相互搭接形成紧密结合的三维导电网络；红磷颗粒被粉碎至纳米级，且均匀分散在三维导电网络中，红磷和石墨烯以P-O-C的键合形式结合，改变了石墨烯电流密度，载流子浓度增大，促进电子转移。掺磷后石墨烯与镁由无结合能转变为具有较高的吸附能，有利于Mg2+的存储。石墨烯超强的力学性能有利于保持充放电过程中电极结构的稳定，提高循环寿命。B、将红磷-三维石墨复合材料、乙炔黑、聚四氟乙烯混合均匀，涂布于处理好的铜箔上、干燥、压制成正极片；优选地，所述步骤B中，红磷-三维石墨复合材料、乙炔黑、聚四氟乙烯的质量比为75~85:5~15:10。更优选地，红磷-三维石墨复合材料、乙炔黑、聚四氟乙烯的质量比为80:10:10。所述步骤B具体为，将质量比为75~85:5~15:10的红磷-三维石墨复合材料、乙炔黑、聚四氟乙烯混合均匀，涂布于处理好的铜箔上、干燥、压制成正极片；C、配制离子液体电解液；优选地，所述步骤C中，将Mg(CF3SO3)2溶于BMIMBF4溶液，配制成离子液体电解液。优选地，所述步骤C中，将Mg(CF3SO3)2溶于BMIMBF4溶液，配制成浓度为1.0mol/L的离子液体电解液。所述步骤C具体为，将Mg(CF3SO3)2溶于BMIMBF4溶液，配制成浓度为1.0mol/L的离子液体电解液。D、以镁锂合金为负极片，与步骤B中制备好的正极片和步骤C配制好的离子液体电解液，在充满氩气的手套箱中装配成镁离子电池。优选地，所述步骤D中，所述镁锂合金为含8～13%Li的镁锂合金。本专利技术采用镁锂合金作为负极，可控制钝化膜的厚度，改善镁离子电池电压滞后现象，延长电池使用寿命，同时锂的加入提高了镁离子电池电压。本专利技术采用红磷-三维石墨复合材料作为正极，提高了嵌入镁的能力，提高活性物质利用率，提高电池比容量；石墨烯超强的力学性能有利于保持充放电过程中电极结构的稳定，提高循环寿命；镁锂合金负极，控制了镁离子负极钝化膜的厚度，减轻了镁离子电池电压滞后现象，延长电池使用寿命，同时锂的加入提高了镁离子电池电压；本专利技术中制备的镁离子电池有较大可逆容量和较强的大电流充放能力，支持1min可充90%左右电量。下面通过具体的实施例对本专利技术进行详细说明。实施例1将红磷和石墨按照1:20质量比放入高能球磨机中，400rpm高速机械球磨2h制备红磷-三维石墨复合材料；将红磷-三维石墨复合材料、乙炔黑、聚四氟乙烯按质量比85:5:10混合均匀，涂布于处理好的铜箔上、干燥、压制成正本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种镁离子电池，包括正极、负极和电解液，其特征在于，所述正极为红磷‑三维石墨复合材料，所述负极为镁锂合金，所述电解液为离子液体电解液。

【技术特征摘要】
1.一种镁离子电池，包括正极、负极和电解液，其特征在于，所述正极为红磷-三维石墨复合材料，所述负极为镁锂合金，所述电解液为离子液体电解液。
2.一种如权利要求1所述的镁离子电池的制备方法，其特征在于，包括步骤：
A、将红磷和石墨放入高能球磨机中进行机械球磨，制备红磷-三维石墨复合材料；
B、将红磷-三维石墨复合材料、乙炔黑、聚四氟乙烯混合均匀，涂布于处理好的铜箔上、干燥、压制成正极片；
C、配制离子液体电解液；
D、以镁锂合金为负极片，与步骤B中制备好的正极片和步骤C配制好的离子液体电解液，在充满氩气的手套箱中装配成镁离子电池。
3.根据权利要求2所述的镁离子电池的制备方法，其特征在于，所述步骤A中，红磷和石墨的质量比为1：20~80。
4.根据权利要求2所述的镁离子电池的...

【专利技术属性】
技术研发人员：李震祺，刘立君，宋翠环，
申请(专利权)人：李震祺，刘立君，
类型：发明
国别省市：广东;44