[发明专利]一种镁离子电池层状水钒铜矿正极材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种镁离子电池层状水钒铜矿正极材料的制备方法，包括如下步骤：步骤（1）将偏钒酸钠溶于水并调节pH为酸性，记为溶液A备用；步骤（2）将二水氯化铜溶于去离子水中，并向其中加入溶液A混合，记为溶液B备用；步骤（3）将苯甲酸溶于乙醇中，作为溶液C；步骤（4）将溶液B和溶液C混合，并加入DMF溶液，混合均匀后得到前驱体溶液；步骤（5）将所述前驱体溶液进行溶剂热反应，反应完成后洗涤干燥得到尺寸和形貌均一的水钒铜矿材料CuVOH。本发明采用简单的一步溶剂热法，合成了尺寸和形貌均一的微球水钒铜矿镁离子电池正极材料，使产品展现出良好的力学性能，制备工艺简便、成本低廉、电化学性能优异，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及镁离子电池技术领域，具体涉及一种镁离子电池层状水钒铜矿正极材料的制备方法。

背景技术

锂离子电池作为储能系统已广泛应用于便携式电子设备和电子汽车。然而，锂资源供应的局限性和高成本仍制约着锂资源的广泛应用。镁离子电池因其资源丰富、成本低、安全性高的特性，将有望取代昂贵的锂电。然而，镁离子在插层型电极材料中的活性中心较少，导致镁离子的储存能力有限，且本身高的电荷半径也将导致镁离子与正极基体之间强的静电相互作用，使镁离子的固体扩散动力学缓慢，极化较大，严重影响镁离子电池正极材料的电化学性能。镁离子电池虽然具有较高的能量密度（150~300 Wh·kg^-1），但是其功率密度低（小于1 kW·kg^-1）,循环寿命差（通常小于1000圈）。这些都限制了镁离子电池技术的发展，急需制备高性能的镁离子电池正极材料以解决这些技术瓶颈问题。

目前，镁离子正极材料主要集中为过渡金属硫化物、过渡金属氧化物和聚阴离子型化合物这三大类。如专利CN 107946585 A 公开了一种水热-烧结法制备掺杂硼酸镁镁离子电池正极材料的方法，该正极材料虽然提高了材料的电子电导率和离子电导率，但是循环性能依然较差（容量保持率虽然有90%以上，但是仅做了20圈的循环），放电容量仍旧较低（0.1C下最高初始放电容量仅为150 mAh·g^-1左右），非常低的能量密度（45 Wh·kg^-1）和功率密度（0.15 kW·kg^-1）。专利CN 111916700 A 公开了一种水热法制备纳米片和纳米线共混Na-Mn-O镁离子正极材料，该正极材料在50 mA·g^-1时，得到最高初始放电容量为175mAh·g^-1，虽然相比一些镁离子正极材料已经有了较大提升，但是还远远无法满足电化学储能要求。此外，这些正极材料均存在扩散动力学缓慢、比容量低、循环稳定性差及低功率密度的问题，仍然制约着镁离子电池的发展与应用。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种镁离子电池层状水钒铜矿正极材料的制备方法，以解决现有技术镁离子电池正极材料扩散动力学缓慢、比容低、循环稳定性差以及低功率密度的问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种镁离子电池层状水钒铜矿正极材料的制备方法，包括如下步骤：

步骤（1）将偏钒酸钠溶于水并调节pH为酸性，记为溶液A备用；

步骤（2）将二水氯化铜溶于去离子水中，并向其中加入溶液A混合，记为溶液B备用；

步骤（3）将苯甲酸溶于乙醇中，作为溶液C；

步骤（4）将溶液B和溶液C混合，并加入DMF溶液，混合均匀后得到前驱体溶液；其中，偏钒酸钠、二水氯化铜和苯甲酸的摩尔比为1:（8~11）:（17~22），水、乙醇和DMF的体积比为1:1:1；

步骤（5）将所述前驱体溶液进行溶剂热反应，反应完成后洗涤干燥得到尺寸和形貌均一的CuVOH。