[发明专利]一种镁铁氢化物-石墨复合电极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明属于电极材料领域，公开了一种镁铁氢化物‑石墨复合电极材料及其制备方法和应用。将镁粉和铁粉混合，在氢气气氛下进行球磨，然后在400～500℃进行热处理后与石墨在氢气气氛下进行球磨，得到Mg₂FeH₆‑石墨复合材料；将Mg₂FeH₆‑石墨复合材料与导电剂和粘结剂混合均匀涂敷于铜箔上制作成电极片，真空干燥，然后通过磁控溅射在电极片表面制备金属氧化物保护膜，得到镁铁氢化物‑石墨复合电极材料。本发明采用多相复合球磨和磁控溅射结合的方法，能够改善电极的可逆性，提高其循环性能。

技术领域

本发明属于电极材料领域，具体涉及一种镁铁氢化物-石墨复合电极材料及其制备方法和应用。

背景技术

锂离子电池作为一种新型储能设备，由于具有电压高、比能量高、自放电低、循环性能好、无记忆效应和绿色环保等优点，是目前最具发展前景的高效二次电池和发展最快的化学储能电源。随着信息技术、动力汽车及航空航天等战略性新兴产业的发展，对锂离子电池的能量密度和安全性能提出了更高的要求。然而，受制于现有电极材料质量及体积比容量低的缺陷，已商业化的锂电子电池无法满足上述领域的应用需求。因此，新型锂离子电池性能的提高将主要取决于高比容量电极材料体系的发展。

镁具有原料丰富、价格低廉、质量轻和对环境污染小等优点，相比于已商业化的石墨负极，镁氢化物具有更高的储电容量。如MgH₂负极具有2038mAh g^-1的理论容量，且镁氢化物负极的充放电滞后效应显著低于其它化合物转换负极材料。若镁基金属氢化物负极能够实际应用，将能大幅度提高锂离子电池体系的比容量和能量密度。但是，在储锂过程中，金属氢化物与锂离子的转换反应产生极大的体积变化，使得氢化物电极在几次充放电循环后就完全失效。此外，镁基金属氢化物对环境中的水氧敏感问题也制约了此类电池的发展。

针对镁氢化物负极材料的循环稳定性差及导电性差的问题，目前主要采用球磨工艺制备镁氢化物与石墨或其它金属的复合材料。球磨形成的纳米复合结构显著促进镁氢化物与锂离子的转换反应，并能一定程度缓解体积膨胀效应，改善循环寿命。但镁氢化物转换反应的可逆性仍然较差，在超过二十次循环后氢化物的活性基本消失。一方面，这与镁表面容易形成钝化层阻止镁氢化物形成有关；另一方面，镁颗粒在循环过程发生团聚长大，导致活性物质与集流体失去接触。

发明内容

针对以上现有技术存在的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种镁铁氢化物-石墨复合电极材料的制备方法。

本发明的另一目的在于提供一种通过上述方法制备得到的镁铁氢化物-石墨复合电极材料。

本发明的再一目的在于提供上述镁铁氢化物-石墨复合电极材料作为锂离子电池负极的应用。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种镁铁氢化物-石墨复合电极材料的制备方法，包括如下制备步骤：

(1)将镁粉和铁粉混合，在氢气气氛下进行球磨；

(2)将步骤(1)得到的粉末在氢气气氛下升温至400～500℃进行热处理，得到Mg₂FeH₆粉末；

(3)将步骤(2)中得到的Mg₂FeH₆粉末与石墨在氢气气氛下进行球磨，得到Mg₂FeH₆-石墨复合材料；

(4)将步骤(3)得到的Mg₂FeH₆-石墨复合材料与导电剂和粘结剂混合均匀涂敷于铜箔上制作成电极片，真空干燥；

(5)在步骤(4)得到的电极片表面通过磁控溅射制备金属氧化物保护膜，得到镁铁氢化物-石墨复合电极材料。