[发明专利]一种可充镁电池正极材料磷酸钒镁的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电池电极材料的制备方法，特别是一种可充镁电池正极材料磷酸钒镁的制备方法。

背景技术

当前社会，能源、材料和信息技术已经成为重要发展方向和支柱产业。化学电源由于具有能量转换效率高、能量密度大、污染小、可移动等特点备受人们青睐。在实际的动力电源中锂，离子电池由于安全性和价格问题而未得到广泛，仍是采用传统的有毒且容量较低的铅酸或镍镉电池。

可充镁电池的研究，有望开发出高性能、低成本、安全、环保的大型电能储存设备。Mg的储量大，价格比Li低得多(是Li的1/24)，Mg及其化合物无毒，易加工处理，安全性能好。理论电容量很大(为2205Ah·kg^-1)。镁电池中活性物质的利用率非常高，阴极大于90％，阳极接近100％，故若能开发出实用的二次Mg电池，其意义将超过现在的锂离子蓄电池。

以色列科学家D.Aurbach等人研究的可充镁电池体系是所报道的较为完善的体系，2000年，在Nature杂志上报道了该作者组装的镁离子电池。镁电池的发展受到了两方面的阻碍：一方面是由于镁的化学活性，镁在绝大部分溶液中会尘成表面钝化膜，二价镁离子难以通过这种钝化层，使镁难以溶解或沉积，从而限制了镁的电化学活性；另一方面，二价镁离子体积小，极化作用强，从而较难插入到很多基质中，使正极材料的选择受到限制，正是因为正极材料占有特别重要的地位，所以寻找新型的正极材料是研究的重点，国内外对正极材料的研究大多集中在一元体系，如MgV₂O₆；MgTi₂O₅；Mg_xMo₃S₄。

发明内容

本发明的目的在于提出一种可充镁电池正极材料磷酸钒镁的制备方法，这种方法是以溶胶-凝胶法合成磷酸钒镁，然后经过一步水热反应，较均匀地在颗粒的表面包覆一层碳，合成以磷酸钒镁为内核以碳为外壳的具有核壳结构的复合材料，具有制备简单、容量大、合成粒径小等优点，从而提高充镁电池的性能。

本发明采用的技术方案如下：

首先将钒源和草酸按化学计量比在去离子水中混合，在60～90℃下搅拌，形成透明溶胶，然后加入化学计量比的NH₄H₂PO₄和镁源继续搅拌混合2～6h。最后将得到的溶胶80～120℃真空干燥，将干凝胶研磨压片，首先在300～700℃保护气氛下预分解2～6h，然后将预烧后的产物研磨压片后，在700～1000℃保护气氛下焙烧2～8h，制得纯相磷酸钒镁。磷酸钒镁与碳源按一定比例在混合溶剂混合，将混合物转移到反应釜中160～240℃下反应2～8h，自然冷却至室温。取出混合物洗涤4～6次后于80～120℃下烘干，最后将烘干的产物在通有惰性气体的反应炉中700～1000℃下焙烧2～6h，得到磷酸钒镁/C复合材料样品。

本发明使用的钒源为五氧化二钒或偏钒酸氨，镁源为醋酸镁、硝酸镁、草酸镁或氯化镁。

本发明使用的碳源为葡萄糖或蔗糖，混合溶剂为去离子水与乙醇的混合物，其中乙醇含量0～20％。

本发明使用的保护气氛为氮气、或氩气，保护气氛压力10⁴～10⁵Pa。

本发明一种可充镁电池正极材料磷酸钒镁的制备方法中，采用溶胶-凝胶、水热联用技术制备磷酸钒镁复合材料，可有效使各反应物混合均匀、反应时间缩短、简化合成过程、降低合成成本、改善产物的晶体结构，而且还可以有效控制粉体的粒度和形貌，合成粒径小、颗粒分布均匀的磷酸钒镁，作为可充镁电池正极材料，Mg²⁺扩散路径短，极化小，有利于提高产物的电化学性能。

附图说明

图1为实施例1得到的可充镁电池正极材料磷酸钒镁的XRD谱图。

图2为实施例1得到的可充镁电池正极材料磷酸钒镁的红外光谱图。

具体实施方式

下面实施例是对本发明的进一步说明，但不限制本发明的范围。

以下实施例得到的可充镁电池正极材料磷酸钒镁应用在可充镁电池中，测试方法如下：