[发明专利]一种镁离子电池材料及其制备方法、镁离子电池复合材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种镁离子电池材料及其制备方法、镁离子电池复合材料及其制备方法，属于镁离子电池技术领域。本发明的镁离子电池材料其化学式为：Mg_aA_bMo_1‑mX_mS₂Y_nZ_c，其中，0≤a≤1；A为Li、Na中的一种，0≤b≤1；X为Ti、Sn、V、Fe、Nb、Zn、Cu、W、Ni、Co中的一种或几种，0≤m≤0.15；Y为O、C、N、S、Se、Te中的一种或几种，0≤n≤0.10；Z为卤素，0≤c≤1。本发明的镁离子电池材料，具有优良的镁离子电导性能和热力学稳定性，扩散激活能低，载流子电导率高，且与金属Mg电极具有良好的电化学兼容性。

技术领域

本发明涉及一种镁离子电池材料及其制备方法、镁离子电池复合材料及其制备方法，属于镁离子电池技术领域。

背景技术

目前，锂离子电池被广泛的应用于便携式可充电器件或者大功率电动汽车相关的领域。但是，地球上储存量并不富裕的锂恐难满足日益增长的需求，锂离子电池的可持续发展存在潜在危机。因此，基于地球上资源富裕的金属元素，研发下一代金属离子电池迫在眉睫，如采用Na⁺、Mg²⁺、Al³⁺和Zn²⁺的金属离子电池。

镁离子电池近年来越来越被广泛关注，镁的存储量为锂的1000倍，价格仅仅为锂的7％，镁离子电池的应用前景良好。同时，由于镁离子带二价电荷同时其离子半径比锂离子小，仅为因此在单次电循环中能提供2205mAh·g^-1的重量能量密度和3833 mAh·cm^-3的体积能量密度，远远高于现阶段基于石墨负极的商业锂离子电池。此外，由于金属镁相对于锂或者钠化学活性稳定，实际运用中能直接用金属镁作为镁电池的负极。并且由于镁属于六方晶系，在放电过程中不会有镁枝状晶在镁负极表面生成。因此，镁离子电池还具有稳定性高的特点。

但是，由于Mg²⁺带二价电荷与正极中的非金属元素有非常强的静电相互作用，在电极材料中实现Mg²⁺离子的快速输运仍然极具挑战。

以传统氧化物电极材料体系为例，如α-MnO₂体系，尽管该体系具有直径为的大空洞，但是镁离子在该体系中的扩散激活能高达0.8-1.0eV，难以传输。同时，Mg和氧化物电极材料中O间的强静电作用会导致氧化物发生剧烈相变和结构坍塌，难以保证优异的循环稳定性。

近年来，随着硫化物相关研究工作的进行，某些硫基层状或者含硫MOF体系表现出较好的镁离子输运行为，如层状硫化物MoS₂、TiS₂等能很好的实现对材料层间距和离子输运通道尺寸上的宏观调控。但是，同样是由于Mg与S间较强的相互作用，一旦Mg与S结合， Mg离子在充电过程中难以实现与S完全分离，无法实现快速充电。另外，层状硫化物MoS₂， TiS₂等体系容纳Mg²⁺离子数目有限，难以实现其高的能量密度。此外，在Mg²⁺离子嵌入和脱出的工程中会造成相应体系的体积发生剧烈变化，使之容易从集流体上脱离，造成不良的电池性能。因此，研究一种构型稳定的镁离子电池材料具有十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种构型稳定的镁离子电池材料。

本发明的目的还在于提供一种上述镁离子电池材料的制备方法。

本发明的目的还在于提供一种镁离子电池复合材料及其制备方法。

为实现上述目的，本发明的镁离子电池材料的技术方案是：