一种氧化钒基正极材料、其制备方法及二次镁离子电池技术

本发明专利技术提供了一种氧化钒基正极材料的制备方法，包括以下步骤：将复合添加剂材料、氧化钒与过氧化氢溶液混合，加热处理，得到氧化钒基正极材料；所述复合添加剂材料包括溶液添加剂与碳基添加剂；所述溶液添加剂包含过渡金属盐化合物和/或硒类化合物。与现有技术相比，本发明专利技术提供的氧化钒基正极材料能够有效改善氧化钒材料的微观结构，促进了镁离子与溶剂离子的剥离，实现了镁离子的去溶剂化，有效改善了镁离子的扩散速率，使所得到的镁离子电池具有较高的可逆循环性能。较高的可逆循环性能。

【技术实现步骤摘要】
一种氧化钒基正极材料、其制备方法及二次镁离子电池


[0001]本专利技术属于二次镁离子电池
，尤其涉及一种氧化钒基正极材料、其制备方法及二次镁离子电池。

技术介绍

[0002]二次镁电池被誉为后锂离子电池时代最具发展前景的大型能源储存和转换技术。镁具有能量密度高、还原电位较低(2.37V)、体积比容量大(3833mAh cm
‑3)、储存量大、资源丰富、成本低廉等优势。更重要的是，与锂金属不同，镁金属在可逆的电化学沉积/溶解过程中不会形成枝晶，因此镁电池不会产生严重的安全隐患。由此可见，二次镁电池的开发设计对于大型动力电池系统方面具有潜在的优势。
[0003]然而，二价Mg
2+
的迟缓动力学行为和电荷屏蔽效应为Mg
2+
的插层提供了障碍，限制了大多数正极材料的性能。在离子嵌入和脱出的过程中，它与宿主也会产生强烈的库仑相互作用，严重制约了镁离子的扩散动力学。最关键的是，Mg
2+
在插层过程中，会与溶剂结合形成溶剂化复合离子，溶剂化离子半径大，极大程度上降低了电化学反应动力学，严重影响了电池的性能。因此，选择合适的正极材料已经成为镁离子电池发展的关键。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术要解决的技术问题在于提供一种氧化钒基正极材料、其制备方法及二次镁离子电池，该氧化钒基正极材料具有催化去溶剂化作用，可实现单一Mg
2+
在正极材料中的脱嵌，解决镁离子嵌入正极材料困难、电池循环性差、容量低等缺点，并实现电极材料中Mg
2+
快速脱嵌、快速动力学行为。
[0005]本专利技术提供了一种氧化钒基正极材料的制备方法，包括以下步骤：
[0006]将复合添加剂材料、氧化钒与过氧化氢溶液混合，加热处理，得到氧化钒基正极材料；
[0007]所述复合添加剂材料包括溶液添加剂与碳基添加剂；所述溶液添加剂包含过渡金属盐化合物和/或硒类化合物。
[0008]优选的，所述溶液添加剂中过渡金属盐化合物和/或硒类化合物的质量为氧化钒质量的0.5％～5％；
[0009]所述碳基添加剂的质量为氧化钒质量的5％～25％。
[0010]优选的，所述过渡金属盐化合物中的金属离子选自钴离子、锌离子、铁离子、钼离子、亚铁离子、镍离子与锰离子中的一种或多种。
[0011]优选的，所述溶液添加剂包含氯化钴、氯化硒、氯化锌、氯化铁、硫酸钴、硫酸钼、硫酸亚铁、硫酸镍、硫酸锰、硫化钴、硫化钼、硫化镍、硝酸钼、硝酸铁、硝酸锰、硝酸锌中的任意一种或多种。
[0012]优选的，所述碳基添加剂选自碳纳米管、活性炭、石墨、硬碳、软碳与石墨烯中的一种或多种。
[0013]优选的，所述溶液添加剂中过渡金属盐化合物和/或硒类化合物的浓度为0.2～4mol/L；
[0014]所述溶液添加剂中的溶剂选自甲醇、乙醇、乙二醇、乙腈、四氯化碳、苯与水中的一种或多种；
[0015]所述过氧化氢溶液的浓度为20～40wt.％；所述过氧化氢溶液的质量为氧化钒质量的5～20倍。
[0016]优选的，所述热处理的温度为150℃～200℃；所述热处理的时间为12～24h。
[0017]本专利技术还提供了一种氧化钒基正极材料，由复合添加剂材料、氧化钒与过氧化氢溶液经热处理得到；
[0018]所述复合添加剂材料包括溶液添加剂与碳基添加剂；所述溶液添加剂包含过渡金属盐化合物和/或硒类化合物。
[0019]本专利技术还提供了一种氧化钒基正极，包括集流体与复合在集流体表面的正极活性层；所述正极活性层包括上述的氧化钒基正极材料、导电添加剂与粘结剂。
[0020]本专利技术还提供了一种二次镁离子电池，包括上述的氧化钒基正极材料或氧化钒基正极。
[0021]本专利技术提供了一种氧化钒基正极材料的制备方法，包括以下步骤：将复合添加剂材料、氧化钒与过氧化氢溶液混合，加热处理，得到氧化钒基正极材料；所述复合添加剂材料包括溶液添加剂与碳基添加剂；所述溶液添加剂包含过渡金属盐化合物和/或硒类化合物。与现有技术相比，本专利技术提供的氧化钒基正极材料能够有效改善氧化钒材料的微观结构，促进了镁离子与溶剂离子的剥离，实现了镁离子的去溶剂化，有效改善了镁离子的扩散速率，使所得到的镁离子电池具有较高的可逆循环性能。
[0022]实验数据表明，该正极材料所组装的二次镁离子电池具有较高的充/放电比容量、稳定的库伦效率、循环性能优异，更为重要的是，该正极材料的设计，使得该电池体系具有快速的镁离子插层动力学行为和较高的能量密度。材料合成方法简单、成本低，具有较高的商业化潜能。
附图说明
[0023]图1为本专利技术实施例1中正极材料所组装电池在50mA g
‑1电流密度下的库伦效率图；
[0024]图2为本专利技术实施例1中正极材料所组装电池在电流密度为50mA g
‑1下首圈的充放电曲线图；
[0025]图3为本专利技术实施例1中未加入溶液添加剂的正极材料所组装电池在电流密度为50mA g
‑1下首圈的充放电曲线图；
[0026]图4为本专利技术实施例1中未加入碳基添加剂的正极材料所组装电池在电流密度为50mA g
‑1下首圈的充放电曲线图；
[0027]图5为本专利技术实施例1中正极材料所组装电池的电化学阻抗图；
[0028]图6为本专利技术实施例2中正极材料所组装电池在电流密度为50mA g
‑1下第100圈的充放电曲线图；
[0029]图7为本专利技术实施例2中正极材料所组装电池在500mA g
‑1电流密度下的库伦效率
图；
[0030]图8为本专利技术实施例3中正极材料所组装电池在200mA g
‑1电流密度下的库伦效率图；
[0031]图9为本专利技术实施例4中正极材料所组装电池在电流密度为50mA g
‑1下第3圈的充放电曲线图；
[0032]图10为本专利技术实施例4中正极材料所组装电池在电流密度为100mA g
‑1下的库伦效率图。
具体实施方式
[0033]下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0034]本专利技术提供了一种氧化钒基正极材料的制备方法，包括以下步骤：将复合添加剂材料、氧化钒与过氧化氢溶液混合，加热处理，得到氧化钒基正极材料；所述复合添加剂材料包括溶液添加剂与碳基添加剂；所述溶液添加剂包含过渡金属盐化合物和/或硒类化合物。
[0035]其中，本专利技术对所有原料的来源并没有特殊的限制，为市售即可。
[0036]在本专利技术中，复合添加剂材料包括溶液添加剂与碳基添加剂；所述溶液添加剂包含过渡金属盐化合物和/或硒类化合物；所述过渡金属盐化合物中的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氧化钒基正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将复合添加剂材料、氧化钒与过氧化氢溶液混合，加热处理，得到氧化钒基正极材料；所述复合添加剂材料包括溶液添加剂与碳基添加剂；所述溶液添加剂包含过渡金属盐化合物和/或硒类化合物。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述溶液添加剂中过渡金属盐化合物和/或硒类化合物的质量为氧化钒质量的0.5％～5％；所述碳基添加剂的质量为氧化钒质量的5％～25％。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述过渡金属盐化合物中的金属离子选自钴离子、锌离子、铁离子、钼离子、亚铁离子、镍离子与锰离子中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述溶液添加剂包含氯化钴、氯化硒、氯化锌、氯化铁、硫酸钴、硫酸钼、硫酸亚铁、硫酸镍、硫酸锰、硫化钴、硫化钼、硫化镍、硝酸钼、硝酸铁、硝酸锰、硝酸锌中的任意一种或多种。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述碳基添加剂选自碳纳米管、活性炭、石墨、硬碳、软碳与石墨烯中的一种或多种。6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐朝和，邓容锐，黄光胜，王敬丰，潘复生，
申请(专利权)人：重庆镁储新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：