[发明专利]作为水系镁离子电池负极材料的水合铁钒氧化物的制备及应用方法

说明书

本发明提供的是一种作为水系镁离子电池负极材料的水合铁钒氧化物的制备及应用方法。将偏钒酸铵溶液逐滴加入铁盐溶液中，混合液室温搅拌2h；将混合溶液转移至反应釜中进行水热反应，沉淀物经过滤、洗涤、干燥得到线状水合铁钒氧化物。按照乙炔黑、聚偏氟乙烯、线状水合铁钒氧化物质量比为10％:10％:80％的比例混合制成电极膏体，将膏体涂覆在碳布上并在80～100℃下干燥得到水系镁离子电池负极极片。本发明采用廉价的过渡金属盐为原料，成本低廉，来源广泛；以储量丰富的水资源和廉价的镁盐为电解液更是大大降低成本，避免有机电解液带来的易燃易爆、污染环境等缺点。达到绿色环保要求的同时，更提高了生产和使用过程中的安全系数。

技术领域

本发明涉及的是一种水合铁钒氧化物的制备方法。本发明也涉及一种水合铁钒氧化物作为水系镁离子电池负极的应用方法。

背景技术

水系电池以水资源储量丰富、无机盐成本低廉、安全性高、绿色环保等特点引起了人们的广泛关注，与此同时，水系电池拥有较高的离子传导性，电极极片厚，容易加工，有很好的应用前景。在水系电池体系中，最先研究的是高能量密度的水系锂离子电池，但是，锂资源有限，价格昂贵，很难实现大规模生产；随后，人们又研发了水系钠离子电池，选择廉价的钠盐作为电解液，但是，钠离子半径较大，导致电池的循环性能较差；因此，水系镁离子电池应运而生，镁离子和锂离子半径相近，电化学性能相似，镁盐更是储量丰富、成本低廉，有很大的应用前景。目前，已经研究出的可应用于水系电池负极材料的有VO₂、LiV₃O₈、Na₃V₂(PO₄)₃，然而对于水系镁离子电池负极材料的研究更是有限，可适用于镁离子脱嵌的负极更是少之又少。

发明内容

本发明的目的在于提供一种工艺简单，成本低廉，原材料广泛的作为水系镁离子电池负极材料的水合铁钒氧化物的制备方法。本发明的目的还在于提供一种水合铁钒氧化物作为水系镁离子电池负极材料的应用方法。

本发明的作为水系镁离子电池负极材料的水合铁钒氧化物的制备方法包括：

(1)将1mmol铁盐溶于15mL水，室温搅拌20min，得到铁盐溶液；

(2)将1mmol偏钒酸铵溶于15mL水，水热下搅拌30min，得到偏钒酸铵溶液；

(3)将偏钒酸铵溶液逐滴加入铁盐溶液中，所得混合液室温搅拌2h；

(4)将步骤(3)的混合溶液转移至反应釜中进行水热反应，沉淀物经过滤、洗涤、干燥得到线状水合铁钒氧化物。

本发明的作为水系镁离子电池负极材料的水合铁钒氧化物的制备方法还可以包括：

1、所述的铁盐为氯化铁、硫酸铁、醋酸铁或硝酸铁中的一种。

2、偏钒酸铵溶液的水热温度为60℃～90℃。

3、反应釜中进行水热反应的水热温度为120℃～180℃；水热反应的水热时间为4h～12h。

本发明的水合铁钒氧化物作为水系镁离子电池负极材料的应用方法包括：

按照乙炔黑、聚偏氟乙烯、线状水合铁钒氧化物的质量比为10％:10％:80％的比例混合制成电极膏体，将所述电极膏体涂覆在碳布上并在80～100℃下干燥得到水系镁离子电池负极极片。

以本发明的材料为水系镁离子电池负极，碳棒为对电极，饱和甘汞电极为参比电极，MgSO₄水溶液为电解液，一起组装成三电极体系的水系电池。

本发明研发的水合铁钒氧化物可实现镁离子的嵌入和脱出，并且脱嵌电位较低，比容量高，可以作为水系镁离子电池负极材料。