[发明专利]一种无粘结剂、含氧缺陷的碳包覆氧化物电极及电池

说明书

本发明公开了一种无粘结剂、含氧缺陷的碳包覆氧化物电极及电池。该电极由集流体和活性材料组成，所述活性材料直接生长于集流体表面，并具有三维蜂窝状结构；所述活性材料为含氧缺陷的碳包覆氧化物，氧化物的通式为M_XO_Y‑Z；其中，M包括Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Zr、Nb、Mo、Sn中的至少一种。该电池为镁二次电池，其正极采用了上述无粘结剂、含氧缺陷的碳包覆氧化物电极，具有良好的电化学性能。

技术领域

本发明属于电池技术领域，具体涉及一种无粘结剂、含氧缺陷的碳包覆氧化物电极及电池。

背景技术

在近20年来，锂离子电池由于其高能量密度而在储能领域受到广泛关注，但是随着锂离子电池研究的推进，其能量密度已经难以进一步提高，并且在实用化过程中存在安全事故发生等问题，镁二次电池由于其具有高体积比容量(3833mA h/cm³)、价格低廉和高安全性等优点近年来被认为在大规模储能应用中具有巨大潜力。

然而，镁二次电池的发展受限于其缺乏合适的正极材料，绝大多数适用于锂离子电池和钠离子电池的正极材料在镁二次电池中并不适用。二价镁离子的电荷密度高，与正极材料中的阴离子相互作用力强，导致镁离子在传统正极材料中的迁移速率慢，并且大多数正极材料的电子电导率比较低，使得电极反应慢，这些问题的存在导致镁二次电池电化学性能较差。因此，如何提高正极材料的储镁性能成为开发镁二次电池正极材料的难点。

此外，电极复合材料中常用到粘结剂，但粘结剂的引入可能对电池整体的能量密度造成影响，并且该类电极在电池循环过程中还可能存在电极脱落等问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供了一种无粘结剂、含氧缺陷的碳包覆氧化物电极及电池，解决了上述背景技术中镁二次电池中正极的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案之一是：提供了一种无粘结剂、含氧缺陷的碳包覆氧化物电极，由集流体和活性材料组成，所述活性材料为含氧缺陷的碳包覆过渡金属氧化物，所述活性材料生长于集流体表面，并具有三维蜂窝状结构。

在本发明一较佳实施例中，所述活性材料的过渡金属氧化物通式为M_XO_Y-Z；其中，M包括Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Zr、Nb、Mo、Sn中的至少一种。其中，X取值：1、2或3；Y取值：1、2、3、4、或5；Z取值：0～3之间的实数。

在本发明一较佳实施例中，制备方法如下：

(1)将过渡金属盐溶于去离子水中；

(2)待过渡金属盐完全溶解后调节pH至1-6，得到混合溶液；

(3)将集流体放入混合溶液中，于25-200℃下反应为2-20h，得到反应中间体；

(4)将反应中间体水洗，并且在真空烘箱中干燥；

(5)待反应中间体完全干燥后，将在乙炔/惰性气体混合气氛下高温煅烧，煅烧温度为300-700℃，煅烧时间为1-8h，得到所述无粘结剂、含氧缺陷的碳包覆氧化物电极。

在本发明一较佳实施例中，所述过渡金属盐包括M的硫酸盐、硝酸盐、亚硫酸盐、亚硒酸盐、亚碲酸盐、铵盐、氯化物中的至少一种。

在本发明一较佳实施例中，所述步骤(2)中，加入酸溶液调节pH值，所述酸溶液包括盐酸、硫酸、硝酸、醋酸、氢氟酸、次氯酸、亚硫酸、亚硝酸、磷酸、氢溴酸、氢碘酸或氢氰酸。

在本发明一较佳实施例中，所述步骤(5)中，采用浓度为1-10％的乙炔/氩气混合气氛。

在本发明一较佳实施例中，所述集流体的金属材质为铝、铁、铂、钛、镍、银、金、不锈钢中的至少一种。