[发明专利]一种镁离子电池负极材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种镁离子电池负极材料的制备方法。以甘油作为分散剂，硫脲和乙酸锰在一定的摩尔比、温度和时间下反应，得到纤锌矿结构硫化锰。然后制作电极并组装纽扣型镁离子半电池。电化学测试结果表明，该硫化锰负极材料具有较好的电化学反应可逆性，其平衡电压约为0.77V(vs.Mg/Mg²⁺)，首次放电比容量可达155.75mAh·g^‑1，初次库伦效率达93.0％。因此，硫化锰用作镁离子电池负极材料具有良好的开发前景。

技术领域

本发明属于镁离子电池技术领域，特别涉及一种电极材料的制备方法及其储镁电化学性能。

背景技术

镁金属资源储量丰富，体积比能量大，并且其化合物大多低毒或无毒、环境友好，安全性高，成本低。因此，镁离子电池是很有开发前景的二次电池。

最近几年，镁离子电池在电解液、正极材料等方面得到了广泛研究。但是，镁离子电池负极材料的研究报道相对较少，主要有镁金属与过渡金属及其合金、钛酸锂、二氧化钛等。金属及合金负极材料在充放电过程中存在严重的体积膨胀，导致电池的循环性能差，并且存在析出镁金属枝晶的可能。钛酸锂、二氧化钛等嵌入型化合物具有较好的镁离子脱嵌稳定性，但是其理论比容量较小。因此，很有必要研究开发其他类型镁离子电池负极材料。

低价态过渡金属化合物是一类重要的高比能量负极材料，其作为镁离子电池的应用鲜有报道。本发明采用溶剂热法制备硫化锰，测试结果表明，硫化锰用作镁离子电池负极材料具有较好的电化学反应可逆性；其反应电位较高，可避免金属镁的析出；并且具有资源丰富、成本低廉、环境友好等优势。

发明内容

本发明的目的是提供一种硫化锰的制备方法，并将其用作镁离子电池负极材料。

具体步骤为：

(1)以1：1.2的摩尔比称取乙酸锰和硫脲，按照固/液质量比(5～30)：100加入甘油中，搅拌并缓慢加热，升温至80℃后恒温搅拌30min，得到均匀的分散液。

(2)在100～180℃下恒温搅拌反应0.5～14h，自然冷却至室温，除去上清液，用无水乙醇和去离子水，多次洗涤、离心，直至上清液澄清，将沉淀物在真空干燥箱中于60℃下干燥8h，得到硫化锰样品。

(3)将制备的硫化锰样品与乙炔黑、聚偏二氟乙烯(PVDF)以7:2:1的质量比研磨混合，加入适量的N-甲基吡咯烷酮(NMP)搅拌8～10h，均匀涂布于316不锈钢箔上，涂布厚度为5～75μm，在真空干燥箱中于60℃下干燥12h，冷却至室温，裁片，称重.

(4)在充氩气的手套箱内将金属镁片打磨、裁剪、作为参比电极和对电极，以0.25mol/L Mg(AlCl₂EtBu)₂的四氢呋喃溶液作为电解液，玻璃纤维滤纸作为隔膜，组装CR2025型扣式电池，静置6～12h后测试电池的电化学性能。

本发明的特征为：

(1)本发明所述的硫化锰制备方法以甘油为分散介质，具有反应温度高、常压、简单易行、无污染等优点，为硫化锰材料的制备提供了新途径。

(2)本发明将硫化锰用作镁离子电池负极材料，表现出了较好的电化学反应可逆性和充放电性能，丰富了镁离子电池负极材料类型。

附图说明

图1是本发明实施例1制备的硫化锰的XRD图谱。

图2是本发明实施例1制备的硫化锰的扫描电子显微镜照片。

图3是本发明实施例1制备的硫化锰的循环伏安曲线。

图4是本发明实施例1制备的硫化锰的充放电曲线。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步描述。