[发明专利]一种纳米管状镁离子电池正极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于二硫化钼/辛胺复合结构的纳米管状镁离子电池正极材料及其制备方法；该电极材料是由相互重叠的二硫化钼和辛胺纳米片组成纳米管结构。其制备方法是将硫源、钼源按预定比例溶解在无水乙醇与辛胺的混合溶液中，得到橙黄色均匀溶液；溶液装于反应釜中高温反应后冷却至室温得到悬浮液；离心悬浮液后收集产品，依次清洗、真空冷冻干燥产品，即得所述材料。本发明基于对二硫化钼的形貌调控，利用高温将辛胺碳化，合理分布在二硫化钼层间形成纳米管结构，优异的协同效应提高了电极材料的电导率、循环性能和热稳定性，并伴随着扩大的层间距，可作为镁离子电池正极材料而广泛应用于新能源汽车动力电池或电化学储能等领域。

技术领域

本发明涉及镁离子电池领域，特别涉及一种纳米管状镁离子电池正极材料及其制备方法。

背景技术

现有的锂二次电池技术体系在安全性、能量密度、价格方面面临着严峻的挑战。镁则由于资源丰富，高能量密度和安全性好等优点，镁离子电池被认为是替代锂离子电池的有前途的候选。但镁离子离子半径大、电荷密度大、与宿主间的强相互作用导致嵌入镁离子的动力学缓慢。因此，开发用于镁离子电池的高性能正极材料成为关键。近年来，二维过渡金属硫化物(TMDs)由于具有高理论容量、二维层状结构可以提供大的比表面积和二维渗透通道等优点，其中TMDs的代表——硫化钼被作为镁离子电池正极材料而进行了广泛的研究。

Li等首次报道了具有纳米结构的MoS₂作为镁离子电池正极材料，然而，镁离子电池的循环效率仅为10％—40％，放电电压为1.5V，同时具有非常低的放电比容量和非常差的电化学性能。Liang等通过改变MoS₂层间距的方法使电池的放电比容量从22mA·h/g增加到75mA·h/g，但电池容量仍然较低。为了进一步优化电池的电化学性能，Liang等合成了一种类石墨烯结构的MoS₂(G-MoS₂)作为正极材料，并以平均粒径为2.5nm的超细镁粉作为负极材料，制造出的电池首次放电比容量可达170mA·h/g，经过50次循环后仍保持其初始容量的95％。然而尽管放电比容量有了重大突破，但材料合成的工艺较为繁琐，制备过程较为复杂，有待简化。Li等在上述基础上将导电碳负载在类石墨烯状的MoS₂层间上制备出三明治状的MoS₂/C，使初始放电比容量高达213mA·h/g，在放电比容量上实现了重大突破，但材料的长循环性能仍然较差。因此，为了改善材料的电化学性能，可以对材料进行合理的结构设计：合成诸如超薄纳米片、纳米管等微纳米结构，特别是具有小尺寸分布、大比表面积、合适的层间距等特性不仅能够提升反应活性和诱发一些块材无法发生的电化学反应，更加能够保证镁离子在充放电过程中快速有效的迁移。因此，对镁离子电池电极材料的合理设计和可控合成对于提升镁离子电池电化学性能是十分关键而有意义的。

发明内容

本发明的第一个目的是在于提供一种纳米管状镁离子电池正极材料，该材料的层间距为0.9nm～1.45nm，纳米管长度为1～3μm，具有良好循环性能和热稳定性。

本发明的另一个目的是在于提供一种工艺简单、流程短、成本低的制备所述纳米管状镁离子电池正极材料方法。

为了实现上述技术目的，本发明提供一种基于二硫化钼/辛胺复合结构的纳米管状镁离子电池正极材料及其制备方法，该电极材料是由相互重叠的二硫化钼和辛胺纳米片组成的纳米管结构。

本发明的纳米管状镁离子电池正极材料及其制备方法包括如下具体步骤：

步骤一：将硫源、钼源按预定比例溶解在无水乙醇与辛胺的混合溶液中，得到橙黄色均匀溶液；

步骤二：将橙黄色均匀溶液装于反应釜中高温反应后冷却至室温得到悬浮液；

步骤三：离心悬浮液后收集产品，依次用无水乙醇和去离子水清洗；

步骤四：真空冷冻干燥产品，即得所述材料。