[发明专利]一种硒掺杂镁二次电池正极材料

说明书

技术领域

本发明涉及一种镁二次电池电极材料，特别是一种硒掺杂的镁二次电池正极材料。

背景技术

随着能源时代的到来，人们对于发展高能量密度二次电池的需求越来越迫切，这使得寻求对环境友好且资源丰富的电极材料成为迫切需要。目前投入生产的二次电池以锂离子电池为主，但它的价格，安全性仍达不到要求。镁离子电池跟锂离子电池原理类似，镁的价格低廉(约为锂的1/24)、环境友好、熔点高(649℃)、易加工处理、安全性更高，因此镁离子电池是一种有良好应用前景的化学电源。

谢弗雷尔相(Chevrel phases，简称CPs)化合物M_xMo₆T₈(其中，M=金属，T=S,Se,Te)，是一种典型的层状结构混合导体，当某些客体金属进入CPs晶格内，其仍保留原有化合物的结构特征，很好地实现了电能和化学能的相互转化。这种材料可以作为超导体，催化剂，热电材料以及电极材料，因而被广泛研究。此类化合物离子导电性好，电导率高(10²～10³S/cm)，密度大(5.5～6.0g/cm³)，作为电极材料可以提供较大的功率密度和能量密度。

Cps不仅允许一价离子(如Li⁺，Na⁺)嵌入，也允许多价离子(如Zn²⁺，Mg²⁺)的快速传导。1998年D.Aurbach报道的Mo₃S₄(Cheverel相硫化物)作为镁二次电池正极材料表现出优良的电化学性能。由于其室温下稳定性较差，必须从稳定的金属相(如Cu₂Mo₆S₈)中提取，因此不适合大量的生产应用，限制了其发展。分子结构中的M金属可以使整个化合物结构稳定，同时极大地影响化合物的物理化学性能。当Mg_xMo₆S₈作为镁二次电池正极材料时，其表面容易生成MgO钝化膜，阻止了内部活性物质的进一步反应，表现出较差的电化学活性。

已有的研究结果表明，硒掺杂可以改变了镁离子电化学嵌入的几何位置，降低了镁离子在硫化物中阻滞作用，并改善镁离子在硫化物中的流动性，改性Cps化合物Mg_xM_yMo₆S_8-ZSe_z结构稳定，电化学性能良好，是镁二次电池的理想正极材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有较高初始容量，同时具备较好的电化学特性和循环稳定特性的硒掺杂镁二次电池正极材料化合物Mg_xM_yMo₆S_8-ZSe_z。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种硒掺杂镁二次电池的正极材料，其化学结构式为Mg_xM_yMo₆S_8-ZSe_z，式中M为锰、镍、铜、钴、锌等元素周期表中第四周期过波金属，x和y、z的取值范围为：2≥x>0，2≥y>0、3>z>0。

本发明采用镁的化合物、过波金属M的硫化物、钼的硫化物、金属钼粉、金属硒粉为原料，氯化钾或氯化钠为反应介质，氩气为保护气体，经高温熔盐反应制备硒掺杂化合物粉末，得到本发明所述硒掺杂镁二次电池的正极材料，该正极材料为黑色粉末。

本发明的硒掺杂镁二次电池的正极材料具体制备方法如下：