[发明专利]一种镁离子电池正极的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电池电极制备技术领域，涉及二次电池电极的制备方法，特别是采用高温合成新材料的电池电极制备方法。

背景技术

镁在元素周期表上处于锂的右下角，性质上与锂最接近。锂离子二次电池已经在小容量要求的可移动电源上获得了广泛应用，而在要求大容量电源的情况下，锂离子电池的安全性较差，成本较高，资源储量较低。镁相对性质稳定，成本较低，多数镁的化合物都无毒或者低毒，且镁资源丰富。因此，镁离子电池作为一种很有潜力的大负荷电池逐渐受到重视。

与锂离子电池相比，镁作为电极材料，理论比容量较大（2205mAh/g），能够提供比铅酸电池、镍镉电池等高的多的能量密度，认为更加适用于需要较大功率的电动车等绿色蓄电池，但是由于镁离子电荷密度大，极化作用强，常以溶剂化形式嵌入正极材料中，因此，比锂离子嵌入材料要困难很多；此外，镁在多数电解液中都会形成钝化膜，导致镁离子无法穿过，从而无法顺利的进行沉积和溶解，镁离子电池主要就是针对正极可嵌入材料和电解液两个问题点展开对应。

目前，对镁离子正极材料的研究，主要还是参考锂离子的一些正极材料进行掺杂，比如过渡金属氧化物、硫化物等，而且都是很薄的一层活性物质，需要贴附在其它辅助电极板上；针对电解质，目前主要还是液态有机镁铝配合物的醚溶液，聚合物电解质和离子液体等也有研究，但是依然没有找到合适的正极嵌入材料和 非水电解质，因此其发展受到了阻碍。

发明内容

本发明的目的是针对目前镁离子电池正极材料的不足，提供一种镁离子电池正极的制备方法，使正极本身与活性物质成为一体，降低了电极电阻，以提高活性物质利用率和可填充量。

本发明的电极制备方法是按照以下步骤制备：

1）按照导电油墨73.5～80.9%，马日夫盐2.3～3.2%，镁粉15.9～24.2%的质量百分比，将导电油墨、马日夫盐和镁粉混合搅拌均匀，得到原料混合物；

2）将原料混合物填充到反应釜内，以下述两种方法中的一种进行加热：

a)于不小于3个大气压的压力下加热至100～200℃保温1～3h，保持压力快速升温到300～400℃保温10～30min，

b)真空条件下快速升温到200～300℃保温10～20min；

3）快速冷却后干燥得到镁离子电池正极材料。

其中，可以将导电油墨、马日夫盐和镁粉一起混合搅拌，也可以先将导电油墨与马日夫盐混合搅拌均匀，再加入镁粉搅拌均匀得到原料混合物。

将原料混合物填充到反应釜时，最好是将原料混合物填满反应釜，不留空隙。要求使用的反应釜能够耐3个大气压以上的强度，且反应釜带有减压阀。

当采用a)方法加热时，将反应釜内的原料混合物从100～200℃的保温温度进行二次升温时，应以30℃/min的升温速度将原料混合物从100～200℃快速升温至300～400℃。

导电油墨、马日夫盐和镁粉是本发明的主要反应原料，其中，导电油墨主要包括金系导电油墨、铜系导电油墨和碳系导电油墨，低温下都是凝胶态；马日夫盐为分析纯级；镁粉粒度200～250μm。

在上述反应原料中，导电油墨既作为电极的基本骨架，又作为镁粉嵌入的载体，马日夫盐中的锰以及磷酸氢根有助于镁粉的嵌入。在高温合成过程中，导电油墨的溶剂挥发，部分液化，提高了镁粉和马日夫盐的分散性，促进马日夫盐和镁粉在高温下与导电油墨发生一定的反应。同时，快速升温后快速冷却，目的是保证在高温下形成的结构能够得以保存。

将上述制备方法得到的镁离子电池正极材料按照需要切割成一定形状和厚度的薄片，即得到了一块完整的镁离子电池正极。

本发明以导电油墨、马日夫盐和镁粉作为反应物料制备电极材料，电极尺寸可以任意控制，直接使用，不需要涂覆在其它电极载体上。由于导电油墨固化后电阻较小，可以有效降低电池的内阻。

与已报道的镁二次电池制备方法相比，本发明的镁离子电池正极材料制备方法具有高的合成温度（最高300℃），较大的比容量（160MAh/g），较高的工作电压（2.2V）和循环性能好（50次深冲—放电循环后，仍可保持95%以上的容量）等优点。

附图说明

图1 是实施例1模拟电池充放电曲线。

图2是实施例1模拟电池装置经2～4周的充放电曲线。

图3 是实施例1模拟电池装置经50循环充放电的比容量曲线图。

具体实施方式

实施例1