一种Mg制造技术

本发明专利技术公开了一种Mg

【技术实现步骤摘要】
一种Mg
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预嵌入的镁离子电池正极材料MgVS4/N
‑
TG及应用


[0001]本专利技术涉及电池材料
，具体涉及一种Mg
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预嵌入的镁离子电池正极材料MgVS4/N
‑
TG及应用。

技术介绍

[0002]随着能源消耗的增加和环境污染的加剧，可再生能源储存设备的研发和推广被迫切需要。镁离子电池因其高安全性、低成本、高理论体积容量(3833mAh cm
‑3)以及与锂离子电池相似的工作原理而受到广泛关注。然而，在镁工作离子的嵌入/脱出过程中，镁工作离子与正极材料之间存在较大的极化，导致正极材料的稳定性差，反应动力学低。VS4作为一种储能材料，具有一维线性链状结构，沿着c轴延伸，V中心位于两个S
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‑
二聚体之间，并具有大于镁工作离子直径的较大链间距(0.58nm)，有利于镁工作离子的嵌入脱出。此外，VS4相邻的原子链之间靠范德华力相互作用，并且作用力较弱，这对提高镁工作离子的迁移动力学有很大的好处。虽然VS4具有非常令人鼓舞的结构优势，但是VS4的低导电率以及镁工作离子与VS4之间的较大静电相互作用还不能使VS4在镁离子电池中达到令人满意的水平。因此，为了提高VS4在镁离子电池中的应用潜力，需要对VS4进行修饰以克服这些问题。
[0003]在能够缓解镁工作离子与正极材料之间强静电相互作用并增强反应动力学的方法中，层间调控方法可以有效提高导电性并且防止结构坍塌，进而提高镁离子电池的电化学性能(参见文献：Guest
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species
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incorporation in manganese/vanadium
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based oxides:Towards high performance aqueous zinc
‑
ion batteries,Li et al.Nano Energy,2021,85,105969)。阳离子预嵌入是一种典型的层间调控方法，它是在电池循环之前将部分阳离子嵌入到电极材料的晶格中，这些预嵌入的阳离子通过化学和物理相互作用与主体框架发生反应，对电极材料的结构稳定和载流子的迁移动力学具有显著的促进作用(参见文献：Preintercalation Strategy in Manganese Oxides for Electrochemical Energy Storage:Review and Prospects,Adv.Mater.,2020,32,e2002450)。然而，关于Mg
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预嵌入到生长在氮掺杂管状石墨烯(N
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TG)表面的VS4，以提高其镁离子电池电化学性能的研究尚未见报道。
[0004]本专利技术通过电化学法实现了Mg
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预嵌入VS4/N
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TG，并研究了MgVS4/N
‑
TG作为正极材料应用在镁离子电池中的电化学性能。研究结果表明，由于预嵌入的镁离子具有与工作离子相同的离子半径以及离子价态，VS4的链间距得到扩大，并且诱导V元素的价态变化，使MgVS4/N
‑
TG的比容量和循环稳定性均得到了提升。在0.05A g
–1的电流密度下，MgVS4/N
‑
TG表现出170mAh g
–1的较高比容量。当电流密度从0.05Ag
‑1提高到1Ag
‑1的过程中，比容量由169mAh g
‑1变化到107mAh g
‑1，并且当电流密度降回到0.05A g
‑1时，比容量恢复到145mAh g
‑1，表现出较为优异的倍率性能。在1A g
–1的电流密度下，MgVS4/N
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TG进行1500个循环后，容量保持率接近100％。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种镁离子电池正极材料，尤其提供一种Mg
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预嵌入的镁离子电池正极材料MgVS4/N
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TG及应用。
[0006]为实现上述专利技术目的，本专利技术提供的镁离子电池正极材料MgVS4/N
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TG的制备过程如下：
[0007]1.按照质量比9：1的比例称取三聚氰胺和硅粉，充分研磨后，与滴加了催化剂的碳片一同放入立式真空气氛炉中煅烧，待降至常温后获得均匀生长于碳片表面的氮掺杂管状石墨烯(N
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TG)；
[0008]2.将偏钒酸铵在60℃搅拌下溶于去离子水中，得到浓度为0.167M的溶液A；
[0009]3.称取过量的硫代乙酰胺溶于与A溶液等体积的乙二醇中，搅拌至完全溶解，得到溶液B；
[0010]4.将溶液A与溶液B进行混合，在60℃搅拌至两种溶液完全混合；
[0011]5.将充分混合的溶液和生长有N
‑
TG的碳片转移至100ml反应釜中，加热到180℃，反应4h，反应结束后随炉冷却至室温；
[0012]6.取出反应后的样品，分别用去离子水和无水乙醇冲洗3次，将所得产物放入真空干燥箱，于60℃烘干12h，得到VS4/N
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TG。
[0013]7.采用电化学方法，以1M MgSO4为溶液，在电流密度为20mA cm
–2，电压窗口为0～1.2V的条件下对VS4/N
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TG进行Mg
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预嵌入处理，得到镁离子电池正极材料MgVS4/N
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TG。
[0014]本专利技术还提供了MgVS4/N
‑
TG作为正极材料在镁离子电池中的应用，将其与金属镁负极、玻璃纤维隔膜和APC
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THF电解液组装成扣式电池。将组装好的电池静置24h后，在CT2001A电池程控测试仪上进行电化学性能测试，测试电压窗口为0.2～2.1V，电流密度为0.05～1Ag
‑1。
[0015]本专利技术提供的镁离子电池正极材料MgVS4/N
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TG的优势在于：
[0016]1.本专利技术制备的镁离子电池正极材料MgVS4/N
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TG，预嵌入的Mg
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扩大了VS4的链间距，提高MgVS4/N
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TG的导电性以促进镁工作离子的扩散动力学，并且作为“支柱”削弱镁工作离子和正极材料之间的静电相互作用来维持结构的稳定性，因此MgVS4/N
‑
TG镁离子电池正极材料可以表现出增强的倍率性能和循环稳定性。
[0017]2.本专利技术制备的镁离子电池正极材料MgVS4/N
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TG，Mg
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预嵌入诱导V
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和V
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产生，优化MgVS4/N
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TG的电子结构，并且提供更高的电化学反应活性，因此MgVS4/N
‑
TG镁离子电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种Mg
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预嵌入的镁离子电池正极材料MgVS4/N
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TG及应用，其特征在于，制备过程如下：将偏钒酸铵于60℃磁力搅拌下溶于水中，制备出浓度为0.167M的水溶液；称取过量的硫代乙酰胺溶于与上述水溶液等体积的乙二醇中；将上述两种溶液完全混合后与生长有N
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TG的碳片一起转移至反应釜中，于180℃反应4h，待反应结束后，分别用去离子水和无水乙醇清洗碳片3次，真空干燥；采用电化学方法，在20mA cm
–2的电流密度，0～1.2V的电压范围内，在浓度为1M的MgSO4溶液中进行Mg
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预嵌入，反应结束后，用去离子水冲洗样品3次，真空烘干后，得到Mg
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预嵌入的镁离子电池正极材料MgVS4/N
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TG。将得到的镁离子电池正极材料MgVS4/N
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TG组装成扣式镁离子电池进行电化学性能测试。2.根据权利要求1所述的一种Mg
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【专利技术属性】
技术研发人员：李镇江，丁诗琦，田雨欣，戴鑫，孟阿兰，
申请(专利权)人：青岛科技大学，
类型：发明
国别省市：