[发明专利]一种复合型核壳结构的镁离子电池正极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种复合型核壳结构的镁离子电池正极材料及其制备方法和应用，所述镁离子电池正极材料包括作为内核的镁电正极材料和覆盖于内核表面的包覆物，所述包覆物包括复合氧化物。其制备方法包括：将镁电正极材料分散于溶剂中，得到溶液A；将复合氧化物分散于溶液A中，得到溶液B；最后将溶液B进行喷雾干燥得到所述镁离子电池正极材料。该制备方法工艺简单，反应条件温和，能实现材料的形貌调控，适用于工业化生产，且制备得到的镁离子电池正极材料具有核壳结构，使得材料的结构稳定性大大提高，同时使利用该正极材料制得的电池具有优异的电学性能，具有高的充放电比容量以及容量保持率。

技术领域

本发明属于电池材料领域，具体涉及一种镁离子电池正极材料及其制备方法和应用，尤其涉及一种复合型核壳结构的镁离子电池正极材料及其制备方法和应用。

背景技术

镁二次电池被认为是极具潜力的新型二次电池，镁二次电池的构成核心是Mg负极、有机电解质溶液和具有良好脱嵌镁离子性能的正极材料。对镁离子脱嵌材料的研究始于上世纪七十年代，但至今并未形成产业化生产，最主要的是以下两个技术难点限制了镁二次电池的发展：一方面，相比于锂离子来说，镁离子的半径小、电荷密度大，溶剂化更加严重，导致镁离子比锂离子更难嵌入到一般的正极材料中，而且镁离子在正极材料中的移动也很缓慢；另一方面，镁在大部分电解液中会形成一层致密的钝化膜，阻止了镁离子的迁移，导致镁离子无法进行可逆的沉积与溶出，影响了其电化学性能。

Xinchuan Du等发现以五氧化二钒石墨烯复合材料作为电池正极材料可使放电容量达178mAh/g(参见文献：“Solvothermal synthesis of GO/V₂O₅ composites as acathode material for rechargeable magnesium batteries”,Xinchuan Du et al.RSCAdv.,2015,5(93),76352-76355)；Jiefu Yin等发现镁锰尖晶石材料作为电池正极材料，其放电容量可达220mAh/g(参见文献：“Magnesium-ion battery-relevantelectrochemistry of MgMn₂O₄:crystallite size effects and the notable role ofelectrolyte water content”,Jiefu Yin et al.Chem.Commun.,2017,53(26),3665-3668)。然而这些材料的循环稳定性不足，其充电容量经数次充放电后大部分消失。

CN107946585A公开了一种掺杂硼酸锰镁镁离子电池正极材料，由如下成分组成：硝酸镁、硝酸锰、氟化铵、硼酸三甲酯。该发明采用的电池合成材料都是廉价易得的，且成分简单，合成的产物硼酸锰镁纯度较高，是一种新型聚阴离子正极材料，但其制得的正极材料在电化学性能方面仍有不足，放电容量以及电压都较低。

CN108134074A公开了一种镁离子电池正极材料，为碳包覆硼酸亚铁镁，其中硼酸亚铁镁主要由如下成分组成：镁源化合物、亚铁源化合物、硼酸根化合物。该发明采用的硼酸亚铁镁是一种资源极其丰富、极具有应用前景的新型镁离子电池正极材料，与目前广泛研究的磷酸盐聚阴离子化合物镁离子电池正极材料相比，可达到更高的比容量，但其充放电容量以及循环稳定性仍然受到限制。

因此，开发出一种制备方法简单且具有优异电化学性能的新型镁离子电池正极材料能够克服现有技术的不足，是非常有意义的。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种镁离子电池正极材料及其制备方法和应用，尤其提供一种复合型核壳结构的镁离子电池正极材料及其制备方法和应用。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

一方面，本发明提供一种复合型核壳结构的镁离子电池正极材料，所述镁离子电池正极材料包括作为内核的镁电正极材料和覆盖于内核表面的包覆物，所述包覆物包括复合氧化物。