[发明专利]一种镁离子电池五氧化二钒正极材料的制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种镁离子电池五氧化二钒正极材料的制备方法及应用，涉及镁离子电池领域，将偏钒酸铵与酸、表面活性剂溶解在溶剂中，混合均匀后转移到反应釜中；反应釜转移至烘箱中升温到160～200℃，保温15～24h后，随炉冷却至室温；将反应产物过滤后得到固体产物，依次用去离子水和无水乙醇多次洗涤固体产物并干燥；将固体产物放置在马弗炉中升温到400～500℃，保温1～4h后随炉冷却至室温，得到五氧化二钒正极材料；将五氧化二钒正极材料制成的正极片与纯金属镁制成的负极片组装成扣式电池。本发明制备的五氧化二钒正极材料，其电化学性能优异、制备工艺简单、原料来源丰富且价格低廉，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及镁离子电池领域，尤其涉及一种镁离子电池五氧化二钒正极材料的制备方法及应用。

背景技术

能源是人类一切活动的物质基础。煤、石油、天然气等不可再生的化石燃料面临资源枯竭，带来的环境污染也日益严峻。同时人类对能源的需求仍在不断增长，因此我们急需开发出高效、绿色的能源利用技术。其中，可充电池具有广阔的应用前景。目前应用较多的可充电池包括铅酸电池、镍氢电池和锂离子电池。

锂离子电池由于高能量密度和长循环寿命，已广泛应用于便携式电子设备和新能源汽车。然而金属锂在充放电过程中形成的枝晶容易刺穿隔膜造成电池短路，进一步引发过热、燃烧甚至爆炸等事故，因此现有的锂离子电池都采用石墨代替金属锂作为电池负极，但容量不足金属锂的1/10，阻碍了锂离子电池的进一步应用与发展。与锂相比，金属镁作为电池负极具有更高的体积比容量、更低廉的价格、更好的安全性和环境友好性。因此镁离子电池未来很有潜力成为一种高效绿色的新型能源储存方式，理论前景巨大。

镁离子较强的极化作用使其很难在正极材料中可逆地嵌入和脱出。目前适用的正极材料中，过渡金属氧化物具有较强的抗腐蚀性且化学稳定，因此受到研究者的青睐。其中五氧化二钒在具有较高容量的同时，其二维层状结构中的层间间隙也为镁离子的可逆嵌入/脱出提供可能。

因此本领域的技术人员致力于开发一种性能更优异的镁离子电池五氧化二钒正极材料的制备方法及应用，其制备工艺简单，具有广阔的应用前景。

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镁离子电池五氧化二钒正极材料的制备方法及其应用，其电化学性能优异，制备工艺简单，原料来源丰富且价格低廉，具有广阔的应用前景。

为实现上述目的，本发明提供了一种镁离子电池五氧化二钒正极材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、将偏钒酸铵、酸和表面活性剂溶解在溶剂中，搅拌，混合均匀后将混合溶液转移到不锈钢反应釜中；所述不锈钢反应釜的内衬材料为聚四氟乙烯；

步骤2、将所述步骤1中所述不锈钢反应釜转移到烘箱中，升温至160～200℃，保温12～36h后，随所述烘箱一起自然冷却至室温，得到反应产物；

步骤3、将所述步骤2中得到的所述反应产物过滤，得到固体产物，先用去离子水多次洗涤所述固体产物，再用无水乙醇多次洗涤所述固体产物，对所述固体产物进行干燥处理，得到钒氧化物前驱体；

步骤4、将所述步骤3中所述钒氧化物前驱体放置于马弗炉中，加热至400～600℃，保温1～4h后，随所述马弗炉一起自然冷却至室温，得到所述五氧化二钒正极材料。

进一步地，所述步骤1中，所述溶剂为去离子水，乙二醇或去离子水/乙二醇混合溶剂；所述去离子水/乙二醇混合溶剂的体积比为1:3～3:1。

进一步地，所述步骤1中，所述偏钒酸铵的浓度为0.05～0.5mol/L。

进一步地，所述步骤1中，所述酸为草酸、盐酸、硫酸、硝酸或磷酸；所述酸为所述草酸时，所述偏钒酸铵与所述草酸的摩尔比为1:1.5～1:3；所述酸为非所述草酸的任意一种所述酸时，将所述酸逐滴加入所述溶剂中，调节所述混合溶液的pH为2～5。