一种黑磷涂层修饰的镁金属负极及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种黑磷涂层修饰的镁金属负极，包括：金属镁；设置在所述金属镁表面的涂层。本发明专利技术利用黑磷涂层的亲镁性和优异的镁离子传导特性，在金属镁负极表面构建均匀的成核位点和快速的Mg

【技术实现步骤摘要】
一种黑磷涂层修饰的镁金属负极及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于金属镁电池
，尤其涉及一种黑磷涂层修饰的镁金属负极及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]金属镁(氧化还原电势2.37V vs.标准氢电极))具有高达3833mAh cm
‑3的比容量，其在地壳中的储量高达2.7％，具有价格低廉，环境友好等优势，是理想的下一代电池用高能量密度负极材料。然而，金属镁负极在实际应用时存在的最大问题是：一方面，金属镁负极表面极易与有机电解液反应形成钝化膜，阻碍Mg
2+
的可逆沉积。另一方面，Mg
2+
具有较大的电荷密度和极性，金属镁沉积过程通常具有较大的沉积过电势，其反应动力学相对缓慢。此外，原始金属镁负极表面的金属镁沉积通常呈现球状或类似岛状的成核。随着沉积容量的积累，沉积的金属镁呈现疏松结构，加剧了副反应，造成电极粉化，库伦效率低和循环寿命差等问题。
[0003]针对以上问题，现有的解决策略多采用改性和开发新的电解液体系，大多涉及严苛的制备条件的和价格昂贵的有机溶剂和添加剂，并且通常无法有效改善金属镁的成核和生长方式。因此，目前的原始金属镁负极及相应改性策略无法满足金属镁电池实际应用环境下的技术和经济需求。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种黑磷涂层修饰的镁金属负极及其制备方法和应用，本专利技术提供的黑磷涂层修饰的镁金属负极具有良好的性能。
[0005]本专利技术提供了一种黑磷涂层修饰的镁金属负极，包括：
[0006]金属镁；
[0007]设置在所述金属镁表面的涂层；
[0008]所述涂层中含有黑磷纳米片。
[0009]优选的，所述金属镁的厚度为5～1000μm。
[0010]优选的，所述黑磷纳米片的厚度为1～100nm。
[0011]优选的，所述涂层的厚度为10nm～50μm。
[0012]本专利技术提供了一种上述技术方案所述的黑磷涂层修饰的镁金属负极的制备方法，包括：
[0013]将浆料涂覆在金属镁表面；
[0014]所述浆料包括：黑磷纳米片、粘结剂和溶剂。
[0015]优选的，所述黑磷纳米片的制备方法包括：
[0016]将块体黑磷和溶剂混合后在超声波的作用下进行剥离。
[0017]优选的，所述溶剂选自N
‑
甲基吡咯烷酮、N,N
‑
二甲基甲酰胺、甲醇、乙醇中的一种或几种。
[0018]所述块体黑磷和溶剂的质量比为1：(0.5～1.5)。
[0019]优选的，所述超声波的功率为250～350W；所述剥离的时间为10～15h；所述剥离在氩气气氛下进行，所述剥离的温度在15℃以下。
[0020]优选的，所述粘结剂为聚偏二氟乙烯；所述溶剂为N
‑
甲基吡咯烷酮。
[0021]本专利技术提供了一种电池，包括：上述技术方案所述的黑磷涂层修饰的镁金属负极。
[0022]本专利技术利用黑磷涂层的亲镁性和优异的镁离子传导特性，在金属镁负极表面构建均匀的成核位点和快速的Mg
2+
传导层，从而实现均匀的成核和生长过程，进而大幅降低金属镁沉积过电势，有效提高金属镁负极的循环寿命。本专利技术中的黑磷涂层应用简单的工艺和实施条件，能够降低金属镁电池生产工艺成本，适合大规模商业化生产和使用。本专利技术中的黑磷涂层能够兼容现有的镁离子电池电解质，如APC等电解质，对金属镁负极起到良好诱导沉积作用。
附图说明
[0023]图1为本专利技术实施例1制备的黑磷@金属镁负极的黑磷表面涂覆层微观形貌；
[0024]图2为本专利技术实施例1制备的黑磷@金属镁负极的黑磷截面微观形貌；
[0025]图3为本专利技术实施例1制备的黑磷@金属镁负极对称电池与原始金属镁对称电池循环性能对比图；
[0026]图4为本专利技术实施例1制备的黑磷@金属镁负极对称电池与原始金属镁对称电池倍率性能对比图；
[0027]图5为本专利技术实施例2中原始金属镁负极表面金属镁沉积微观形貌图；
[0028]图6为本专利技术实施例2制备的黑磷@金属镁负极表面金属镁沉积微观形貌图。
具体实施方式
[0029]下面将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，所描述的实施例仅是本专利技术的一部分实施例，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。
[0030]本专利技术提供了一种黑磷涂层修饰的镁金属负极，包括：
[0031]金属镁；
[0032]设置在所述金属镁表面的涂层。
[0033]在本专利技术中，所述金属镁的厚度优选为5～1000μm，更优选为10～800μm更优选为10～600μm，更优选为10～400μm，更优选为10～200μm，最优选为10～100μm。
[0034]在本专利技术中，所述涂层优选包括：黑磷纳米片。
[0035]在本专利技术中，所述黑磷纳米片的厚度优选为1～100nm，更优选为5～80nm，更优选为5～60nm，更优选为5～40nm，最优选为5～20nm。
[0036]在本专利技术中，所述涂层的厚度优选为10nm～50μm，更优选为50nm～40μm，更优选为100nm～30μm，更优选为500nm～20μm，更优选为0.5～10μm，最优选为0.5～5μm。
[0037]本专利技术提供了一种黑磷涂层修饰的镁金属负极的制备方法，包括：
[0038]将浆料涂覆在金属镁表面；
[0039]所述浆料包括：黑磷纳米片、粘结剂和溶剂(第一溶剂)。
[0040]在本专利技术中，所述黑磷纳米片的厚度优选为1～100nm，更优选为5～80nm，更优选为5～60nm，更优选为5～40nm，最优选为5～20nm。
[0041]在本专利技术中，所述黑磷纳米片的制备方法优选包括：
[0042]采用溶剂辅助剥离技术将块体黑磷剥离成二维黑磷片层。
[0043]在本专利技术中，所述黑磷纳米片的制备方法更优选包括：
[0044]将块体黑磷和溶剂(第二溶剂)混合后在超声波的作用下进行剥离。
[0045]在本专利技术中，所述溶剂(第二溶剂)优选选自N
‑
甲基吡咯烷酮、N,N
‑
二甲基甲酰胺、甲醇、乙醇等溶剂中的一种或几种混合。
[0046]在本专利技术中，所述块体黑磷和溶剂(第二溶剂)的质量比优选为1：(0.5～1.5)，更优选为1：(0.8～1.2)，最优选为1：1。
[0047]在本专利技术中，所述超声波的功率优选为250～350W，更优选为280～320W，最优选为300W；所述剥离的时间优选为10～15h，更优选为12h；所述剥离优选在氩气气氛下进行；所述剥离的温度优选在15℃以下，更优选为5～10℃，最优选为10℃。
[0048]在本专利技术中，所述剥离结束后优本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种黑磷涂层修饰的镁金属负极，包括：金属镁；设置在所述金属镁表面的涂层；所述涂层中含有黑磷纳米片。2.根据权利要求1所述的黑磷涂层修饰的镁金属负极，其特征在于，所述金属镁的厚度为5～1000μm。3.根据权利要求1所述的黑磷涂层修饰的镁金属负极，其特征在于，所述黑磷纳米片的厚度为1～100nm。4.根据权利要求1所述的黑磷涂层修饰的镁金属负极，其特征在于，所述涂层的厚度为10nm～50μm。5.一种权利要求1所述的黑磷涂层修饰的镁金属负极的制备方法，包括：将浆料涂覆在金属镁表面；所述浆料包括：黑磷纳米片、粘结剂和溶剂。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述黑磷纳米片的制备方法包括：将块体黑磷和溶剂混合...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐朝和，赵倩男，黄光胜，王敬丰，潘复生，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：