[发明专利]一种硅酸钴镁在可充镁电池正极材料中的应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种无机材料在电池正极材料中的应用，特别是硅酸钴镁在可充镁电池正极材料中的应用。

背景技术

随着Mg(AlCl₃R)₂、Mg(AlCl₂RR’)₂(R，R’为烷基或芳基)/四氢呋喃(THF)电解液的发展(Mizrahi O，Amir N，Pollak E，et al.Electrolyte solutions with a wideelectrochemical window for rechargeable magnesium batteries.J.Electrochem.Soc.，2008，155：A103-A109)，可充镁电池由于负极材料镁价格低廉、安全性好、对环境友好、电极电位低和比容量高而越来越多的受到关注。镁电池虽不能与应用于小尺度(如便携式电子仪器)的锂电池竞争，但在大负荷用途方面有潜在优势，被认为是很有望适用于电动汽车的一种绿色蓄电池(Aurbach D，Lu Z，SchechterA，et al.Prototype systems for rechargeable magnesium batteries.Nature，2000，407：724-727)。

相对于Li⁺来说，Mg²⁺的离子半径小、电荷密度大，溶剂化更为严重，因而Mg²⁺比Li⁺较难嵌入到一般的基质材料中；而且，Mg²⁺在嵌入材料中的移动也较困难。目前，对可充镁电池正极的研究主要集中于具有能嵌入/脱嵌Mg²⁺独特结构的材料(Aurbach D，Lu Z，Schechter A，et al.Prototype systems for rechargeablemagnesium batteries.Nature，2000，407：724-727；Novák P，Imhof R，Haas O.Magnesium insertion electrodes for rechargeable nonaqueous batteries-a competitivealternative to lithium.Electrochim.Acta，1999，45(1-2)：351-367)。其中，Aurbach小组报道的Cheverel相硫化物Mo₃S₄是一种较好的Mg²⁺嵌/脱材料，其理论容量为122mAh/g，实际放电容量可达到100mAh/g左右，放电电压平台在1.2V和1.0V (vs.Mg/Mg²⁺)左右，主要缺点是制备条件比较苛刻，容量有限且电压平台较低(Levi D，Lancry E，Gizbar H，et.al.Kinetic and thermodynamic studies of Mg²⁺and Li⁺ion insertion into the Mo₆S₈chevrel phase.J.Electrochem.Soc.，2004，151(7)：A1044-A1051)。本课题组将聚阴离子型化合物硅酸锰镁和硅酸铁镁作为可充镁电池正极材料(Yanna N L，Jun Y，Jiulin W，Yun L，Electrochemical Intercalation ofMg²⁺in Magnesium Manganese Silicate and Its Application as High-EnergyRechargeable Magnesium Battery Cathode.J.Phys.Chem.C，2009，113：12594-12597；努丽燕娜，杨军，冯真真，李云，王久林.一种可充镁电池正极材料硅酸锰镁的制备方法.中国专利，专利号：ZL200810040462.0.；李云，努丽燕娜，杨军，王久林，徐欣欣.一种可充镁电池正极材料及其制备方法.中国专利，申请号：200810207799.6.)取得了一定的效果，可充镁电池放电电压平台提高到了1.6V (vs.Mg/Mg²⁺)。Taran和Rossman对硅酸钴镁中的Co²⁺进行了研究(Taran M，Rossman G.Optical spectra of Co²⁺in three synthetic silicate minerals.Am.Mineral.，2001，86：889-895)，但没有涉及到该材料的具体应用。