本发明专利技术涉及一种镁离子电池材料及其制备方法、镁离子电池复合材料及其制备方法，属于镁离子电池技术领域。本发明专利技术的镁离子电池材料其化学式为：MgaAbMo1‑mXmS2YnZc，其中，0≤a≤1；A为Li、Na中的一种，0≤b≤1；X为Ti、Sn、V、Fe、Nb、Zn、Cu、W、Ni、Co中的一种或几种，0≤m≤0.15；Y为O、C、N、S、Se、Te中的一种或几种，0≤n≤0.10；Z为卤素，0≤c≤1。本发明专利技术的镁离子电池材料，具有优良的镁离子电导性能和热力学稳定性，扩散激活能低，载流子电导率高，且与金属Mg电极具有良好的电化学兼容性。
【技术实现步骤摘要】
一种镁离子电池材料及其制备方法、镁离子电池复合材料及其制备方法
本专利技术涉及一种镁离子电池材料及其制备方法、镁离子电池复合材料及其制备方法，属于镁离子电池
技术介绍
目前，锂离子电池被广泛的应用于便携式可充电器件或者大功率电动汽车相关的领域。但是，地球上储存量并不富裕的锂恐难满足日益增长的需求，锂离子电池的可持续发展存在潜在危机。因此，基于地球上资源富裕的金属元素，研发下一代金属离子电池迫在眉睫，如采用Na+、Mg2+、Al3+和Zn2+的金属离子电池。镁离子电池近年来越来越被广泛关注，镁的存储量为锂的1000倍，价格仅仅为锂的7％，镁离子电池的应用前景良好。同时，由于镁离子带二价电荷同时其离子半径比锂离子小，仅为因此在单次电循环中能提供2205mAh·g-1的重量能量密度和3833mAh·cm-3的体积能量密度，远远高于现阶段基于石墨负极的商业锂离子电池。此外，由于金属镁相对于锂或者钠化学活性稳定，实际运用中能直接用金属镁作为镁电池的负极。并且由于镁属于六方晶系，在放电过程中不会有镁枝状晶在镁负极表面生成。因此，镁离子电池还具有稳定性高的特点。但是，由于Mg2+带二价电荷与正极中的非金属元素有非常强的静电相互作用，在电极材料中实现Mg2+离子的快速输运仍然极具挑战。以传统氧化物电极材料体系为例，如α-MnO2体系，尽管该体系具有直径为的大空洞，但是镁离子在该体系中的扩散激活能高达0.8-1.0eV，难以传输。同时，Mg和氧化物电极材料中O间的强静电作用会导致氧化物发生剧烈相变和结构坍塌，难以保证优异的循环稳定性。近年来，随着硫化物相关研究工作的进行，某些硫基层状或者含硫MOF体系表现出较好的镁离子输运行为，如层状硫化物MoS2、TiS2等能很好的实现对材料层间距和离子输运通道尺寸上的宏观调控。但是，同样是由于Mg与S间较强的相互作用，一旦Mg与S结合，Mg离子在充电过程中难以实现与S完全分离，无法实现快速充电。另外，层状硫化物MoS2，TiS2等体系容纳Mg2+离子数目有限，难以实现其高的能量密度。此外，在Mg2+离子嵌入和脱出的工程中会造成相应体系的体积发生剧烈变化，使之容易从集流体上脱离，造成不良的电池性能。因此，研究一种构型稳定的镁离子电池材料具有十分重要的意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种构型稳定的镁离子电池材料。本专利技术的目的还在于提供一种上述镁离子电池材料的制备方法。本专利技术的目的还在于提供一种镁离子电池复合材料及其制备方法。为实现上述目的，本专利技术的镁离子电池材料的技术方案是：一种镁离子电池材料，其化学式为：MgaAbMo1-mXmS2-nYnZc，其中，0≤a≤1；A为Li或Na中的一种，0≤b≤1；X为Ti、Sn、V、Fe、Nb、Zn、Cu、W、Ni、Co中的一种或几种，0≤m≤0.15；Y为O、C、N、S、Se、Te中的一种或几种，0≤n≤0.10；Z为卤素，0≤c≤1。作为上述镁离子电池材料的优选方案，所述b＝0，m＝0，n＝0，c＝0，0≤a≤1。此时，该材料的化学式为MgaMoS2。作为上述镁离子电池材料的优选方案，b＝0，m＝0，n＝0，0≤a≤1，0＜c≤1。此时，该材料的化学式为MgaMoS2Zc。作为上述镁离子电池材料的优选方案，所述b＝0，c＝0；X为Ti、Sn、V、Fe、Nb、Zn、Cu、W、Ni、Co中的一种或几种，0≤m≤0.15；Y为O、C、N、S、Se、Te中的一种或几种，0≤n≤0.10。此时，镁离子电池材料中Mo位可以由X元素部分取代。S位可以由Y元素部分取代。作为上述镁离子电池材料的优选方案，上述镁离子电池材料为晶体、玻璃体、非晶中的一种。上述镁离子电池材料可采用水热、电化学插层法或化学剥离插层制备。本专利技术的镁离子电池材料的制备方法的一种技术方案是：一种镁离子电池材料的制备方法，所述镁离子电池材料的化学式为：MgaMoS2，其中，0≤a≤1；所述制备方法包括如下步骤：将钼源、镁源、硫源、水混合均匀，进行水热反应，固液分离，即得。该制备方法制备的是MgaMoS2。在上述MgaMoS2的制备方法的基础上，钼源、镁源、硫源、水混合均匀时，还加入含X和/或Y含Y的物质。X为Ti、Sn、V、Fe、Nb、Zn、Cu、W、Ni、Co中的一种或几种；Y为O、C、N、S、Se、Te中的一种或几种。在上述MgaMoS2的制备方法的基础上，所述水热反应的温度为200-300℃。在上述MgaMoS2的制备方法的基础上，所述水热反应的时间为24-30h。在上述MgaMoS2的制备方法的基础上，所述混合均匀是搅拌30-50min。上述搅拌后则钼源、镁源、硫源均完全溶解于水中。上述MgaMoS2的制备方法中，所述水热反应在密封反应器中进行。在上述MgaMoS2的制备方法的基础上，所述钼源优选为钼酸铵、钼酸钠中的一种或者几种的组合。在上述MgaMoS2的制备方法的基础上，所述镁源优选为氯化镁、溴化镁中的一种或者几种的组合。在上述MgaMoS2的制备方法的基础上，所述硫源优选为硫代乙酰胺、硫脲中的一种或者几种的组合。在上述MgaMoS2的制备方法的基础上，所述钼源中的钼与硫源中的硫摩尔比为Mo:S＝1:2。每摩尔镁源分子中镁的元素的摩尔数在0～1。在上述MgaMoS2的制备方法的基础上，水热反应后，进行固液分离。固液分离后进行洗涤。所述洗涤是分别用水、乙醇洗涤。所述洗涤是分别用水、乙醇洗涤三次。洗涤后进行干燥。所述干燥是在100℃干燥3h。本专利技术的镁离子电池材料的制备方法的另一种技术方案是：一种镁离子电池材料的制备方法，所述镁离子电池材料的化学式为：MgaMoS2Zc，其中，0≤a≤1；Z为卤素，0≤c≤1；所述制备方法包括如下步骤：1)将钼源、镁源、硫源、水混合均匀，进行水热反应，固液分离，得到电极材料；2)将步骤1)中得到的电极材料作为负极材料制备负极，以含有卤离子的溶液为电解液，以铂电极或石墨为正极，进行充电，充电后的负极即为所述镁离子电池材料。该制备方法制得的是MgaMoS2Zc。在上述MgaMoS2的制备方法的基础上，钼源、镁源、硫源、水混合均匀时，还加入含X和/或Y含Y的物质。X为Ti、Sn、V、Fe、Nb、Zn、Cu、W、Ni、Co中的一种或几种；Y为O、C、N、S、Se、Te中的一种或几种。在上述MgaMoS2Zc的制备方法的基础上，所述水热反应的温度为200-300℃。在上述MgaMoS2Zc的制备方法的基础上，所述水热反应的时间为24-30h。在上述MgaMoS2Zc的制备方法的基础上，所述混合均匀是搅拌30-50min。搅拌后则钼源、镁源、硫源均完全溶解于水中。上述MgaMoS2Zc的制备方法中，所述水热反应在密封反应器中进行。在上述MgaMoS2Zc的制备方法的基础上，所述钼源为钼酸铵、钼酸钠中的一种或者几种的组合。在上述MgaMoS2Zc的制备方法的基础上，所述镁源为氯化镁、溴化镁中的一种或者几种的组合。在上述MgaMoS2Zc的制备方法的基础上，所述硫源为硫代乙酰胺、硫脲中的一种或者几种的组合。在上述MgaMoS2Zc的制备方法的基础上，所述钼源中的钼与硫源中的硫摩尔比为Mo:S＝1:2。钼源中的钼、硫源中的硫、镁源分子中镁的摩尔本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种镁离子电池材料，其特征在于，其化学式为：MgaAbMo1‑mXmS2‑nYnZc，其中，0≤a≤1；A为Li、Na中的一种，0≤b≤1；X为Ti、Sn、V、Fe、Nb、Zn、Cu、W、Ni、Co中的一种或几种，0≤m≤0.15；Y为O、C、N、S、Se、Te中的一种或几种，0≤n≤0.10；Z为卤素，0≤c≤1。
【技术特征摘要】
1.一种镁离子电池材料，其特征在于，其化学式为：MgaAbMo1-mXmS2-nYnZc，其中，0≤a≤1；A为Li、Na中的一种，0≤b≤1；X为Ti、Sn、V、Fe、Nb、Zn、Cu、W、Ni、Co中的一种或几种，0≤m≤0.15；Y为O、C、N、S、Se、Te中的一种或几种，0≤n≤0.10；Z为卤素，0≤c≤1。2.根据权利要求1所述的镁离子电池材料，其特征在于，b＝0，m＝0，n＝0，c＝0。3.根据权利要求1所述的镁离子电池材料，其特征在于，b＝0，m＝0，n＝0，0＜c≤1。4.根据权利要求1所述的镁离子电池材料，其特征在于，b＝0，c＝0；X为Ti、Sn、V、Fe、Nb、Zn、Cu、W、Ni、Co中的一种或几种，0≤m≤0.15；Y为O、C、N、S、Se、Te中的一种或几种，0≤n≤0.10。5.根据权利要求1所述的镁离子电池材料，其特征在于，0＜b≤1。6.一种镁离子电池材料的制备方法，其特征在于，所述镁离子电池材料的化学式为：MgaMoS2，其中，0≤a≤1；所述制备方法包括如下步骤：将钼源、镁源、硫源、水混合均匀，进行水热反应，固液分离，即得。7.一种镁离子电池材料的制备方法，其特征在于，所述镁离子电池材料的化学式为：MgaMoS2Zc，其中，0≤a≤1；Z为卤素，0≤c≤1；所述制备方法包括如下步骤：1)将钼源、镁源、硫源、水混合均匀，进行水热反应，固液分离，得到电极材料；2)将步骤1...
【专利技术属性】
技术研发人员：邵国胜，王卓，张向丹，
申请(专利权)人：郑州新世纪材料基因组工程研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：河南,41
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