一种镁离子电池负极材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种镁离子电池负极材料的制备方法。以甘油作为分散剂，硫脲和乙酸锰在一定的摩尔比、温度和时间下反应，得到纤锌矿结构硫化锰。然后制作电极并组装纽扣型镁离子半电池。电化学测试结果表明，该硫化锰负极材料具有较好的电化学反应可逆性，其平衡电压约为0.77V(vs.Mg/Mg

【技术实现步骤摘要】
一种镁离子电池负极材料的制备方法


[0001]本专利技术属于镁离子电池
，特别涉及一种电极材料的制备方法及其储镁电化学性能。

技术介绍

[0002]镁金属资源储量丰富，体积比能量大，并且其化合物大多低毒或无毒、环境友好，安全性高，成本低。因此，镁离子电池是很有开发前景的二次电池。
[0003]最近几年，镁离子电池在电解液、正极材料等方面得到了广泛研究。但是，镁离子电池负极材料的研究报道相对较少，主要有镁金属与过渡金属及其合金、钛酸锂、二氧化钛等。金属及合金负极材料在充放电过程中存在严重的体积膨胀，导致电池的循环性能差，并且存在析出镁金属枝晶的可能。钛酸锂、二氧化钛等嵌入型化合物具有较好的镁离子脱嵌稳定性，但是其理论比容量较小。因此，很有必要研究开发其他类型镁离子电池负极材料。
[0004]低价态过渡金属化合物是一类重要的高比能量负极材料，其作为镁离子电池的应用鲜有报道。本专利技术采用溶剂热法制备硫化锰，测试结果表明，硫化锰用作镁离子电池负极材料具有较好的电化学反应可逆性；其反应电位较高，可避免金属镁的析出；并且具有资源丰富、成本低廉、环境友好等优势。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种硫化锰的制备方法，并将其用作镁离子电池负极材料。
[0006]具体步骤为：
[0007](1)以1：1.2的摩尔比称取乙酸锰和硫脲，按照固/液质量比(5～30)：100加入甘油中，搅拌并缓慢加热，升温至80℃后恒温搅拌30min，得到均匀的分散液。
[0008](2)在100～180℃下恒温搅拌反应0.5～14h，自然冷却至室温，除去上清液，用无水乙醇和去离子水，多次洗涤、离心，直至上清液澄清，将沉淀物在真空干燥箱中于60℃下干燥8h，得到硫化锰样品。
[0009](3)将制备的硫化锰样品与乙炔黑、聚偏二氟乙烯(PVDF)以7:2:1的质量比研磨混合，加入适量的N-甲基吡咯烷酮(NMP)搅拌8～10h，均匀涂布于316不锈钢箔上，涂布厚度为5～75μm，在真空干燥箱中于60℃下干燥12h，冷却至室温，裁片，称重.
[0010](4)在充氩气的手套箱内将金属镁片打磨、裁剪、作为参比电极和对电极，以0.25mol/L Mg(AlCl2EtBu)2的四氢呋喃溶液作为电解液，玻璃纤维滤纸作为隔膜，组装CR2025型扣式电池，静置6～12h后测试电池的电化学性能。
[0011]本专利技术的特征为：
[0012](1)本专利技术所述的硫化锰制备方法以甘油为分散介质，具有反应温度高、常压、简单易行、无污染等优点，为硫化锰材料的制备提供了新途径。
[0013](2)本专利技术将硫化锰用作镁离子电池负极材料，表现出了较好的电化学反应可逆性和充放电性能，丰富了镁离子电池负极材料类型。
附图说明
[0014]图1是本专利技术实施例1制备的硫化锰的XRD图谱。
[0015]图2是本专利技术实施例1制备的硫化锰的扫描电子显微镜照片。
[0016]图3是本专利技术实施例1制备的硫化锰的循环伏安曲线。
[0017]图4是本专利技术实施例1制备的硫化锰的充放电曲线。
具体实施方式
[0018]下面结合实施例对本专利技术作进一步描述。
[0019]实施例：
[0020]称取市售分析纯四水乙酸锰(Mn(C2H3O2)2·
4H2O，含量≥99.0％)2.45g和硫脲(H2NCSNH2，含量≥99.0％)0.91g，分散于25mL的分析纯甘油(C3H8O3，含量≥99.0％)中，搅拌并缓慢加热，温度升至80℃后恒温搅拌30min，得到均匀的分散液，转移至三颈烧瓶内，加热升温至170℃后保温反应4h，自然冷却至室温，除去上清液，用无水乙醇和去离子水多次洗涤、离心，直至上清液澄清，然后将沉淀物在真空干燥箱中于60℃下干燥8h，得到硫化锰样品。硫化锰样品的X-射线衍射图谱参见图1，主要为纤锌矿型硫化锰；其扫描电子显微镜照片参见图1，为球形颗粒形貌，粒径为0.1～2μm。
[0021]称取0.21mg硫化锰样品、0.06mg乙炔黑、0.03mg聚偏二氟乙烯(PVDF)(质量比7:2:1)，加入2mL N-甲基吡咯烷酮(NMP)，在常温下使用磁力搅拌器搅拌8～10h，然后均匀涂布于316不锈钢箔上，涂布厚度为75μm，在真空干燥箱中于60℃下干燥12h，冷却至室温，裁片，称重。
[0022]在充氩气的手套箱内，将镁片(Mg含量≥99.9％)打磨、裁剪、作为参比电极和对电极，以0.25mol/L Mg(AlCl2EtBu)2的四氢呋喃溶液作为电解液，玻璃纤维滤纸作为隔膜，组装CR2025型扣式电池，静置6～12h后测试电池的电化学性能。
[0023]循环伏安性能测试的电压扫描范围为0.01-2.0V，扫速为0.1mV/s，实验结果参见图3，循环伏安曲线在1.211V、0.324V处有一对氧化还原峰，平衡电位约为0.77V。充放电性能测试的电压范围为0.01-2.0V，电流密度为0.02mA/mg，实验结果参见图4，充放电曲线在0.63V和0.94V附近存在显著的电位平台，其首次放电比容量为155.75mAh
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，首次库伦效率为93.0％，第五次充放电的放电比容量为14.1mAh
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种镁离子电池硫化锰负极材料的制备方法，其特征在于具体步骤为：(1)以1：1.2的摩尔比称取乙酸锰和硫脲，按照固/液质量比(5～30)：100加入甘油中，搅拌并缓慢加热，升温至80℃后恒温搅拌30min，得到均匀的分散液；(2)将步骤(1)制得的分散液在100～180℃下恒温搅拌反应0.5～...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨建文，仝蒙恩，熊伟雄，刘鑫鑫，
申请(专利权)人：桂林理工大学，
类型：发明
国别省市：