[发明专利]纳米多孔金属硫化物可充镁电池正极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电池正极材料，尤其涉及一种纳米多孔金属硫化物正极材料的制备方法，属于可充镁电池领域。

背景技术

近几十年，随着人们对不可再生资源的大力开采，煤，石油等能源日益枯竭的同时，环境污染也成了亟待解决的问题。人们对能源的需求仍在不断增长，环境问题的挑战仍在加剧，因此迫切需要研发高性能、低成本的绿色化学电源，用于高速发展的电子设备与电动车项目。目前，商业应用广泛的可充动力电源包括铅酸电池，镍氢电池与锂二次电池。锂电池由于其高能量密度以及长循环寿命，成为目前最受欢迎的化学电源。但是，由于金属锂熔点低，有很强的化学活性，用于大型动力电池将有严重的安全隐患，限制了其进一步发展。金属镁具有价格低廉，安全性高，对环境友好等特点，作为电池负极材料，理论比容量高达2205mAh/g，相对于标准氢电极，电极电位约为-2.37V，有望成为新型的大型动力可充电化学电源，用于电动汽车的开发。

由于镁离子极性强，溶剂化现象严重，易在电解液中生成致密的钝化膜，目前，适用于镁二次电池的正极材料较少。可充镁电池正极的研究主要集中在能够实现镁离子嵌入/脱嵌的材料，如过渡金属氧化物V₂O₅、MoO₃，三维结构硫化物Cheverel相化合物，聚阴离子化合物Mg_0.5Ti₂(PO₄)₃、Mg_1.03Mn_0.97SiO₄等。其中，Aurbach.D等人以Mg(AlCl₂BuEt)₂/THF作为电解液，以Mo₆S₈作为正极材料制成的可充镁电池，是目前综合性能最佳的可充镁电池正极材料。

过渡金属硫化物由于其特殊的结构具有许多优异的物理化学性能，被广泛的作为储能材料使用。作为电极材料能够有大的理论比容量和较好的导电性能。许多金属硫化物都具有二维层间结构，其层与层之间的较弱的范德华力使其具有较大的层间距，为镁离子可逆的插入/脱出提供了一定可能。

纳米材料由于其特殊的“纳米效应”：小尺寸效应、界面与表面效应、量子尺寸效应，而拥有比大尺寸块体材料更加优异的磁学，光学，电学，催化性能。由于纳米材料的优越性能，人们在制备材料的过程中对颗粒的大小，形貌有了越来越高的要求，以期望获得比块体材料更高优异的性能。在镁二次电池体系中，纳米材料相较于块体材料有更好的电化学表现，小的颗粒尺寸可以使镁离子在正极材料框架中的扩散距离缩短，同时高的比表面积使其与电解液之间的接触更为充分。这些性能都将有效提高材料的嵌入动力学。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种性能更优异的可充镁电池正极材料及制备方法。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种电化学性能优异、制备工艺简单、原料来源丰富、价格低廉的可充镁电池正极材料的制备方法。

一种可充镁电池正极材料的制备方法，包括以下步骤：

a.将金属盐溶解在溶剂中，得到金属盐溶液；将硫源化合物溶解在溶剂中，得到硫源化合物溶液；

b.将金属盐溶液和硫源化合物溶液混合并搅拌30min以上，得到混合溶液，将混合溶液转移到具有聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中；

c.将不锈钢反应釜转移到烘箱中，升温到140～200℃，保温15～24h后，随所述烘箱一起自然冷却，得到反应产物；

d.先用去离子水将反应产物多次洗涤，再用无水乙醇多次洗涤，最后经干燥处理，得到正极材料；

上述步骤获得的正极材料为纳米多孔金属硫化物，用化学式M_yCoS_1+x表示，M为过渡金属元素的一种，x、y的取值范围为0＜x≤1，0≤y≤1。

进一步地，步骤a中金属盐为金属的氯盐、醋酸盐、硝酸盐或硫酸盐，金属为钴或者钴与其他金属的组合，其他金属选自钛、铁、镍、锌、铜之中的一种或多种。

进一步地，步骤a中硫源化合物选自硫化铵（NH4S）、硫代乙酰胺（C₂H₅NS）、硫脲（CH₄N₂S）、半胱氨酸（C₃H₇NO₂S）之中的一种或多种。

进一步地，步骤a中，溶剂选自水、水与乙二醇混合液之中的一种。