新型镁金属混合离子正极材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种新型镁金属混合离子正极材料及其制备方法与应用，所述制备方法包括：(

【技术实现步骤摘要】
新型镁金属混合离子正极材料及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于无机纳米材料合成领域，具体涉及一种新型镁金属混合离子正极材料及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]因能量和功率密度高、循环寿命长等优点，锂离子电池成为了近年应用最广泛的二次电池，但其高昂的制备价格、较差的安全使用性能以及锂资源丰度低等缺点限制了其快速发展。可充镁电池因体积比容量高、成本低廉、安全性高等优点而受到广泛关注，是新一代可商用电池的有力竞争者。在电池各部分组件中，电极材料是影响电池性能的关键部件，而镁离子电池的正极材料更是会对其电化学性能造成极大影响。而Mg
2+
溶剂化严重、电荷密度大，这使得其在正极材料中扩散速率非常缓慢，因而可用于可充镁电池的正极材料非常有限。为解决上述问题，可充镁离子混合电池应运而生，以锂离子或钠离子电池电极材料为正极，金属镁为负极，混合镁
‑
锂离子或镁
‑
钠离子电解液为电解质，有望结合两种电池的优势，构建电池性能优异的新型电池体系。MoS2由于理论容量较高和化学稳定性好，是一种理论性能优良的镁金属混合离子电池正极材料。但在电池循环过程中，由于离子的反复嵌入脱出引起大的体积变化易于导致MoS2结构坍塌，同时MoS2的导电性不佳，使得以MoS2为正极的电池的循环稳定性和动力学较差。如何提高MoS2材料稳定性和综合电化学性能具有重要意义。

技术实现思路

[0003]本专利技术是为了解决现有MoS2作为镁金属混合离子正极材料，结构稳定性差、导电性差、反应动力学差等问题而提出的，其目的是提供一种新型镁金属混合离子正极材料及其制备方法与应用。
[0004]本专利技术是通过以下技术方案实现的：
[0005]一种新型镁金属混合离子正极材料制备方法，包括以下步骤：
[0006](
ⅰ
)制备阳极
[0007]将钼箔进行清洗、干燥得到阳极；
[0008](
ⅱ
)配制电解液
[0009]按比例配制硫酸钠、甘油与去离子水的混合溶液作为阳极氧化电解液；
[0010](
ⅲ
)组装电解池
[0011]将步骤(
ⅰ
)所得阳极、阴极加入到步骤(
ⅱ
)调制好的阳极氧化电解液中，连接稳压电源，组成电解池；
[0012](
ⅳ
)电化学阳极氧化反应
[0013]在一定温度条件下，通直流电压保持一定时间，最后取出阳极；
[0014](
ⅴ
)前体获得
[0015]对步骤(
ⅳ
)取出的阳极进行清洗、干燥，得到MoO3纳米管阵列前体；
[0016](
ⅵ
)正极材料获得
[0017]将步骤(
ⅴ
)的MoO3纳米管阵列前体，在惰性气氛保护下高温硫化后获得MoO
x
/MoS2同轴异质结纳米管阵列，即新型镁金属混合离子正极材料。
[0018]在上述技术方案中，所述钼箔为纯度大于99.5％的高纯度钼箔。
[0019]在上述技术方案中，所述阳极氧化电解液中甘油和去离子水皆为溶剂，体积比为甘油：水＝100～1：1；在甘油和去离子水组成的溶剂中，硫酸钠的浓度为0.1～0.3mol/L。
[0020]在上述技术方案中，所述步骤(
ⅲ
)中的阴极为铂片或者钼片。
[0021]在上述技术方案中，所述步骤(
ⅳ
)电化学阳极氧化反应的温度为0℃～60℃；直流电压为10V～120V；反应时间为0.5h～24h。
[0022]在上述技术方案中，所述步骤(
ⅵ
)中高温硫化的硫化剂为硫脲；所述硫化剂与MoO3纳米管阵列前体的质量比为10000～10:1。
[0023]在上述技术方案中，所述步骤(
ⅵ
)中高温硫化的硫化温度为200℃～900℃；硫化时间为0.5h～24h。
[0024]一种新型镁金属混合离子正极材料，所述新型镁金属混合离子正极材料为一维有序的MoO
x
/MoS2同轴异质结纳米管阵列材料，x范围为2～3；所述纳米管的管壁内外侧为MoS2，管壁的中间部分为MoO
x
，从单个纳米管尺度来看，这两部分材料的圆心处在同一位置；纳米管管径为90nm～120nm，管长为0.9μm～1.4μm，管壁厚度为4nm～10nm。
[0025]一种新型镁金属混合离子正极材料的应用，以金属Mg为负极，MoO
x
/MoS2同轴异质结纳米管阵列材料为正极，Mg
‑
Li/Na混合离子有机溶液为电解液组装的Mg金属混合离子电池。
[0026]在上述技术方案中，所述电解液APC与LiCl混合溶液或者APC与NaCl混合溶液；APC的浓度范围为0.1mol/L～0.5mol/L，LiCl的浓度范围为0.1mol/L～2mol/L；NaCl的浓度范围为0.1mol/L～2mol/L；所述工作电压<2.5V。
[0027]本专利技术的有益效果是：
[0028]本专利技术提供了一种新型镁金属混合离子正极材料及其制备方法与应用，通过电化学阳极氧化、高温硫化方法，实现了一维有序MoO
x
/MoS2同轴异质结纳米材料的简单制备，增加了反应活性位点，提高了材料结构稳定性，加快了离子传输速率，提升了电极反应动力学，实现了高度可逆的离子存储性能且表现出优异的倍率性能，可广泛用于镁金属混合离子正极材料。
附图说明
[0029]图1是本专利技术实施例1制备的新型镁金属混合离子正极材料的扫描电子显微镜图；
[0030]图2是本专利技术实施例1制备的新型镁金属混合离子正极材料的扫描电子显微镜图(截面照片)；
[0031]图3是本专利技术实施例1制备的新型镁金属混合离子正极材料在不同扫速下的CV曲线；
[0032]图4是本专利技术实施例1制备的新型镁金属混合离子正极材料的在不同电流密度下的充放电曲线；
[0033]图5是本专利技术实施例1制备的新型镁金属混合离子正极材料的高分辨透射电子显
微镜谱图；
[0034]图6是本专利技术实施例1制备的新型镁金属混合离子正极材料的X射线衍射谱图；
[0035]图7是以纯MoS2为正极组装的电池在不同电流密度下的性能测试图；
[0036]图8是以纯MoO
x
为正极组装的电池在不同电流密度下的性能测试图。
[0037]对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据以上附图获得其他的相关附图。
具体实施方式
[0038]为了使本
的人员更好地理解本专利技术技术方案，下面结合说明书附图并通过具体实施方式来进一步说明本专利技术新型镁金属混合离子正极材料及其制备方法与应用的技术方案。
[0039]一种新型镁金属混合离子本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种新型镁金属混合离子正极材料制备方法，其特征在于：包括以下步骤：(
ⅰ
)制备阳极将钼箔进行清洗、干燥得到阳极；(
ⅱ
)配制电解液配制硫酸钠、甘油与去离子水的混合溶液作为阳极氧化电解液；(
ⅲ
)组装电解池将步骤(
ⅰ
)所得阳极、阴极加入到步骤(
ⅱ
)调制好的阳极氧化电解液中，连接稳压电源，组成电解池；(
ⅳ
)电化学阳极氧化反应在一定温度条件下，通直流电压保持一定时间，最后取出阳极；(
ⅴ
)前体获得对步骤(
ⅳ
)取出的阳极进行清洗、干燥，得到MoO3纳米管阵列前体；(
ⅵ
)正极材料获得将步骤(
ⅴ
)的MoO3纳米管阵列前体，在惰性气氛保护下高温硫化后获得MoO
x
/MoS2同轴异质结纳米管阵列，即新型镁金属混合离子正极材料。2.根据权利要求1所述的新型镁金属混合离子正极材料制备方法，其特征在于：所述阳极氧化电解液中甘油和去离子水的体积比为100～1：1；硫酸钠的浓度为0.1mol/L～0.3mol/L。3.根据权利要求1所述的新型镁金属混合离子正极材料制备方法，其特征在于：所述步骤(
ⅲ
)中的阴极为铂片或者钼片。4.根据权利要求1所述的新型镁金属混合离子正极材料制备方法，其特征在于：所述步骤(
ⅳ
)电化学阳极氧化反应的温度为0℃～60℃；直流电压为10V～120V；反应时间为0.5h～24h。5.根据权利要求1所述的新型镁金属混合离子正极材料制备方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵明飞，吴榆，靳博文，段雪，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：