电极形态稳定且容量及倍率均得到提高的钠镁双盐电池制造技术

电极形态稳定且容量及倍率均得到提高的钠镁双盐电池属于储能技术领域。现有NaCrO2钠镁双盐电池其比容量有待提高，电极形态稳定性有待改善，倍率性能不佳，制作成本较高。本发明专利技术之钠镁双盐电池其负极为Mg

【技术实现步骤摘要】
电极形态稳定且容量及倍率均得到提高的钠镁双盐电池


[0001]本专利技术涉及一种电极形态稳定且容量及倍率均得到提高的钠镁双盐电池，属于储能


技术介绍

[0002]近年来镁离子电池由于其较高的理论质量比容量和体积比容量成为了极具潜力的新一代储能电池。镁离子电池内部电荷的传输与能量的存储主要依靠二价的镁离子。在充放电过程中镁离子将在正极材料中嵌入/脱嵌，完成能量的存储与释放。但是，二价的镁离子由于电荷密度较高，镁离子在正极材料中的嵌入并迁移受到阻碍，致使镁离子电池电化学性能较差。
[0003]为了增强镁离子电池储能能力，现有技术引入双盐概念，出现了镁基双盐电池。镁基双盐电池与镁离子电池相似，不同之处在于镁基双盐电池中电解质成分为两种盐，即钠盐和镁盐。在电化学过程中镁离子、钠离子分别在电池负极一侧、电池正极一侧参与电化学反应。一价的钠离子相较于二价的镁离子具有更高的离子扩散动力学性质，能够在正极材料中进行快速迁移与存储。
[0004]据报道(Frontiers in Chemistry,6,611,Magnesium
‑
Sodium Hybrid Battery With High Voltage,Capacity and Cyclability)，以NaCrO2为电池正极、镁为负极、Na(CB
11
H
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)/APC为电解液构建的一种NaCrO2钠镁双盐电池在60mA g
‑1的电流密度下能够获得98mAh g
‑1的首次放电比容量，如图2所示。虽然所述NaCrO2钠镁双盐电池相比于镁离子电池其储能能力有所提高，但是，其比容量还是有待提高。并且，随着充放电过程的进行，电池容量有着明显的衰减，如图1所示，以6mA g
‑1的电流密度经过50次循环，放电比容量从118mA h g
‑1衰减至约90mAh g
‑1，说明其循环稳定性(电极形态稳定性)较差，究其原因，应该是NaCrO2正极的形态稳定性较差，随着充放电过程的进行，电极膨胀、开裂，表层脱落，电极粉化现象严重。同时，所述NaCrO2钠镁双盐电池的倍率性能不佳，也就是在多次充放电过程中，当电流密度逐次成倍提高，放电比容量明显下降，如表1、图2所示，电流密度从60提高到600，电流密度提高到10倍，放电比容量下降了三分之二多。此外，NaCrO2材料需要在高温惰性气氛下进行合成，制备难度高；电解液成分Na(CB
11
H
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)尚无市售，需单独制备且制备过程复杂。因此，所述NaCrO2钠镁双盐电池的制作成本较高。
[0005]表1
[0006]
技术实现思路

[0007]为了克服现有钠镁双盐电池的不足，我们专利技术了一种电极形态稳定且容量及倍率
均得到提高的钠镁双盐电池。
[0008]本专利技术之电极形态稳定且容量及倍率均得到提高的钠镁双盐电池其负极为Mg
2+
/Mg电极，其特征在于，正极为还原氧化石墨烯复合SnSe电极；电解液配比式为“x M NaBH4/y M Mg(BH4)2‑
醚类溶剂”，其中x＝0.5、1.0或者1.5，y＝0.1或者0.2，M是浓度单位mol/L。
[0009]本专利技术其技术效果如下所述。
[0010]首先，本专利技术之钠镁双盐电池容量得到明显提高，如图3或者图5所示，当电解液为1.0M NaBH4/0.1M Mg(BH4)2‑
DGM时，以50mA g
‑1的电流密度放电，第5次循环其放电比容量达到峰值252mA h g
‑1，远高于现有技术的98mA h g
‑1。
[0011]其次，本专利技术之钠镁双盐电池的电极形态稳定性得到改善，如图3或者图5所示，当电解液为1.0M NaBH4/0.1M Mg(BH4)2‑
DGM时，以50mA g
‑1的电流密度放电，从第5次循环到第40次循环，其放电比容量从峰值的252mA h g
‑1仅仅下降到229mA hg
‑1，以其最高放电比容量计算，平均容量衰减率仅为每循环0.2％，说明还原氧化石墨烯复合SnSe电极具有较高的形态稳定性。
[0012]第三，本专利技术之钠镁双盐电池的倍率性能也得到明显提高，如表2、图6所示，电流密度从50提高到500，同样提高到10倍，放电比容量仅下降不到二分之一。
[0013]表2
[0014][0015]第四，本专利技术中的正极材料的制备仅需经过简单的混合与机械球磨，不需要高温、高压等极端条件，制备周期短，制备方法简单，制备成本低。本专利技术中的电解液配制只需按照离子浓度配比称取两种市售原料NaBH4与Mg(BH4)2，溶于醚类溶剂并搅拌即可，配制容易，周期较短，成本低。因此，本专利技术之钠镁双盐电池制作容易，成本低。
附图说明
[0016]图1为现有NaCrO2钠镁双盐电池以6mA g
‑1的电流密度放电的循环次数与放电比容量曲线图。
[0017]图2为现有NaCrO2钠镁双盐电池在以呈整数倍关系的不同电流密度放电过程中，循环次数与放电比容量关系曲线图。
[0018]图3为当电解液配比式为1.0M NaBH4/0.1M Mg(BH4)2‑
DGM时，以50mA g
‑1的电流密度放电，分别采用SnSe
‑
rGO层状电极、SnSe层状电极，钠镁双盐电池的循环次数与放电比容量关系曲线图。
[0019]图4为电解液钠、镁总离子浓度不同的本专利技术之钠镁双盐电池的线性扫描伏安法测试曲线图。
[0020]图5为电解液钠、镁总离子浓度不同的本专利技术之钠镁双盐电池，以50mA g
‑1的电流密度放电，各自的循环次数与放电比容量关系曲线图，该图同时作为摘要附图。
[0021]图6为电解液钠、镁总离子浓度不同的本专利技术之钠镁双盐电池，在分别以呈整数倍关系的不同电流密度放电的过程中，循环次数与放电比容量关系曲线图。
具体实施方式
[0022]在本专利技术之电极形态稳定且容量及倍率均得到提高的钠镁双盐电池中，还原氧化石墨烯复合SnSe电极两种组分的复合质量百分比为：原氧化石墨烯5～30％，SnSe95～70％，例如，原氧化石墨烯10％，SnSe90％。电解液配比式“x M NaBH4/y MMg(BH4)2‑
醚类溶剂”中的醚类溶剂为二乙二醇二甲醚(DGM)或者四乙二醇二甲醚，例如，DGM；钠离子、镁离子之间有四种离子摩尔浓度配比，(x、y)＝(0.5、0.1)、(1.0、0.1)、(1.5、0.1)或者(1.0、0.2)，例如，(x、y)＝(1.0、0.1)。
[0023]关于本专利技术中的正极：
[0024]正极材料由还原氧化石墨烯与SnSe复合，其制备过程如下所述。首先，按照1：1的摩尔比例将Sn粉与Se粉置于球磨罐中，充入氩气后球磨，制得硒化锡SnSe；其次，将所制得的SnSe与还原氧化石墨烯rG本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.电极形态稳定且容量及倍率均得到提高的钠镁双盐电池其负极为Mg
2+
/Mg电极，其特征在于，正极为还原氧化石墨烯复合SnSe电极；电解液配比式为“x M NaBH4/y MMg(BH4)2‑
醚类溶剂”，其中x＝0.5、1.0或者1.5，y＝0.1或者0.2，M是浓度单位mol/L。2.根据权利要求1所述的电极形态稳定且容量及倍率均得到提高的钠镁双盐电池，其特征在于，还原氧化石墨烯复合SnSe电极...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟媛，苏盼，
申请(专利权)人：长春理工大学，
类型：发明
国别省市：