镁离子电池正极材料、镁离子电池、用电设备制造技术

本申请属于电池技术领域，尤其涉及一种镁离子电池正极材料，以及一种镁离子电池，一种用电设备。其中，镁离子电池正极材料采用熔点不低于190℃，密度低于7.5g/cm3的无机正极材料。本申请镁离子电池正极材料采用熔点不低于190℃，密度低于7.5g/cm3的无机正极材料，具有高熔点，耐高温性能，可提高工作温度，从而有利于提高镁离子的在正负极之间的迁移扩散速率，更好的降低电芯电位，提高输出电压。这些镁离子电池正极材料具有低密度，可以降低阴极材料的摩尔质量，提高镁离子电池的能量密度。镁离子在这些无机正极材料中有较好的嵌入和脱出性能，且对镁离子有较高的存储能力，有利于保持电池良好的充放电性能。持电池良好的充放电性能。持电池良好的充放电性能。

【技术实现步骤摘要】
镁离子电池正极材料、镁离子电池、用电设备


[0001]本申请属于电池
，尤其涉及一种镁离子电池正极材料，以及一种镁离子电池，一种用电设备。

技术介绍

[0002]锂离子电池(LIB)已成为当今便携式电子产品供电的最先进技术，并且还被引入电动汽车和固定存储应用。然而，随着对耐用电子产品和电动汽车(EV)延长行驶里程的需求不断增加，目前锂离子电池无法满足能源需求，并且仍存在安全问题。此外，当前商业锂离子电池的对钴和锂等重要原料组成部分存在可用性担忧，除了有限的自然丰度外，锂和钴的生产在地理上也受到限制。鉴于这些关键问题，人们越来越关注可持续电极材料和后锂电池技术。
[0003]多价金属会发生超越单电子的氧化还原反应，原则上可以提供比单价锂离子和钠离子电池更高的体积能量密度。这些多价离子的资源可用性使此类电池系统在大规模应用中具有潜在的经济性。基于镁、锌、钙和铝等多价金属的电池系统被提议作为下一代技术。由于镁资源的低成本和天然丰富性，镁电池得到了广泛的研究。镁电池具有能量密度高、成本低等优点，未来随着技术的进步，有望在动力电池、储能领域替代部分锂电池或铅酸电池，并被认为是目前锂离子电池最具竞争力的替代能源技术。随着研究的不断深入，镁电池的技术路线也日趋多元化。目前，研究较多的镁电池有原镁电池、镁海水电池、镁空气电池等。其中，镁海水电池可分为低功率镁海水电池、半燃料镁海水电池、高功率镁海水电池。镁海水电池市场发展前景广阔，广泛应用于海洋装备、海洋勘探、资源利用、防御等领域。
[0004]目前全球镁电池规模化应用仍处于探索阶段，但基于其广阔应用前景，镁电池领域布局企业不断增加。镁电池的工作原理和组成与锂电池相似，主要包括正极材料、负极材料、电解液等部分。正极材料是镁电池必不可少的材料之一，对电池性能影响很大。现阶段，研究较多的镁电池正极材料主要分为转化型正极材料、有机正极材料和插拔型正极材料三类。然而，大多数用于锂离子电池的主体阴极已被证明表现出较差的镁离子存储能力，不利于提升镁离子电池的电化学性能，寻找高性能阴极材料仍然是迈向实用镁全电池的最关键障碍。

技术实现思路

[0005]本申请的目的在于提供一种镁离子电池正极材料，以及一种镁离子电池，一种用电设备，旨在一定程度上解决现有阴极材料不利于提升镁离子电池的电化学性能的问题。
[0006]为实现上述申请目的，本申请采用的技术方案如下：
[0007]第一方面，本申请提供一种镁离子电池正极材料，所述镁离子电池正极材料采用熔点不低于190℃，密度低于7.5g/cm3的无机正极材料。
[0008]在一些可能的实现方式中，所述镁离子电池正极材料采用熔点不低于300℃，密度低于7.5g/cm3的无机正极材料。
[0009]在一些可能的实现方式中，所述镁离子电池正极材料包括MnO2、CuF2、S
‑
Se复合材料中的至少一种无机正极材料。
[0010]在一些可能的实现方式中，所述S
‑
Se复合材料中Se的质量百分含量为1～10％。
[0011]在一些可能的实现方式中，所述无机正极材料的平均粒径为100～300μm。
[0012]第二方面，本申请提供一种镁离子电池，所述镁离子电池包括正极、负极和电解液，其中，所述正极包含有上述镁离子电池正极材料。
[0013]在一些可能的实现方式中，所述负极采用镁箔。
[0014]在一些可能的实现方式中，所述电解液包括MgCl2盐包水电解质。
[0015]在一些可能的实现方式中，所述正极中集流体包括碳纸基板、碳纳米管中的至少一种碳材料集流体。
[0016]在一些可能的实现方式中，所述电解液包括质量比为(20～30)：1的MgCl2·
6H2O：水。
[0017]在一些可能的实现方式中，所述镁箔的纯度不低于99％。
[0018]在一些可能的实现方式中，所述镁箔的厚度为0.05～0.2mm。
[0019]在一些可能的实现方式中，所述正极中包括所述镁离子电池正极材料的活性层的厚度为4～7mm。
[0020]在一些可能的实现方式中，在工作温度为150～160℃的条件下，所述镁离子电池的电流密度高于300mA/cm2，能量密度高于0.5kWh/kg。
[0021]第三方面，本申请提供一种用电设备，所述用电设备包含有上述镁离子电池。
[0022]本申请第一方面提供的镁离子电池正极材料，采用熔点不低于190℃，密度低于7.5g/cm3的无机正极材料。一方面，镁离子在这些无机正极材料中有较好的嵌入和脱出性能，在池充电时正极中的镁离子从正极材料的晶格中脱出；放电时镁离子嵌入到正极材料的晶格中。且对镁离子有较高的存储能力，有利于保持电池良好的充放电性能。另一方面，这些无机正极材料均具有密度低，质量轻的特点，根据电池能量密度公式其中，V为输出电压，F为法拉第常数，M
a
为阳极的摩尔质量，M
b
为阴极的摩尔质量及M
c
为电解质的摩尔质量，可以看到在分子法拉第常数恒定的情况下，降低分母中电极或电解质的质量，分母变小后可以提升镁离子电池的能量密度。因而，采用低密度的无机正极材料可以提高镁离子电池的能量密度。再一方面，这些无机正极材料均有较高的熔点，耐高温性好，能够提高镁离子电池的工作温度(如可将电芯工作温度提高至150℃或以上)，随着电池工作温度的提高有利于促进镁离子在电池中的扩散和迁移，降低电芯过电位，提高电芯输出电压，从而提高镁离子电池的电化学性能。
[0023]本申请第二方面提供的镁离子电池中，负极为金属镁，正极为上述镁离子电池正极材料，其原理与锂离子相似。电池充电时，正极中的镁从正极材料的晶格中脱出；而放电时，镁嵌入到正极材料的晶格中。电解质溶液作为镁离子迁移的桥梁，提供电池内部迁移需要的镁离子。镁离子电池的正极中采用的上述正极材料，对镁离子有较高的存储能力，镁离子在其中有较好的嵌入和脱出性能，有利于保持电池良好的充放电性能。并且，这些无机正极材料均具有密度低，密度低于7.5g/cm3，质量轻的特点，有利于提高镁离子电池的能量密度。另外，这些无机正极材料均有较高的熔点，熔点不低于190℃，耐高温性好，能够提高镁
离子电池的工作温度，促进镁离子在电池中的扩散和迁移，降低电芯过电位，提高电芯输出电压，从而提高镁离子电池的电化学性能。
[0024]本申请第三方面提供的用电设备，由于包含有上述镁离子电池，该镁离子电池具有电流密度高，能量密度高等特性，因而有利于提高用电设备的稳定性和安全性能等。
附图说明
[0025]为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0026]图1是本申请实施例提供的镁离子电池本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种镁离子电池正极材料，其特征在于，所述镁离子电池正极材料采用熔点不低于190℃，密度低于7.5g/cm3的无机正极材料。2.如权利要求1所述的镁离子电池正极材料，其特征在于，所述镁离子电池正极材料采用熔点不低于300℃，密度低于7.5g/cm3的无机正极材料。3.如权利要求1或2所述的镁离子电池正极材料，其特征在于，所述镁离子电池正极材料包括MnO2、CuF2、S
‑
Se复合材料中的至少一种无机正极材料。4.如权利要求3所述的镁离子电池正极材料，其特征在于，所述S
‑
Se复合材料中Se的质量百分含量为1～10％；和/或，所述无机正极材料的平均粒径为100～300μm。5.一种镁离子电池，其特征在于，所述镁离子电池包括正极、负极和电解液，其中，所述正极包含有如权利要求1～4任一项所述镁离子电池正极材料。6...

【专利技术属性】
技术研发人员：许谷，王陶然，徐帆，
申请(专利权)人：王陶然徐帆，
类型：发明
国别省市：