[发明专利]一种球形中空多孔锰酸镁正极材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种球形中空多孔锰酸镁正极材料的制备方法，属于镁离子电池技术领域。该方法具体步骤包括：按1∶2∶1～10的摩尔比称取镁盐、锰盐、葡萄糖并配置成水溶液，充分搅拌后转移至50ml高压水热反应釜中，经保温反应后自然冷却至室温，再经洗涤、抽滤、干燥后，得到MgMn₂O₄包覆碳球的壳核结构，再低温煅烧，即得到球形中空多孔锰酸镁正极材料。本发明采用葡萄糖辅助一步水热法，自组装制备球形中空多孔形貌的正极材料，具有制备工艺简单、成本低廉、绿色环保等优点；所得产物尺寸均匀，形貌可控，分散性好，用于镁离子电池正极材料使用时具有优异的电化学性能。

技术领域

本发明属于镁离子电池技术领域，具体涉及一种锰酸镁正极材料及其制备方法。

背景技术

镁与锂的离子半径相近，且镁具有低廉的价格，丰富的自然储量，在电池应用方面，镁离子电池具有能量密度高，使用安全性高，Mg/Mg²⁺电对的氧化还原电势高等优势，使其在大型动力电池方面，具有比锂离子电池更大的发展空间。

MgMn₂O₄可作为镁离子电池的正极材料，但Mg²⁺极化作用强，扩散能垒高(0.6-0.8eV)，这些均使Mg²⁺的扩散速率慢。纳米结构尤其是纳米多孔结构可有效增加电解液与正极材料的接触面积，进而缩短Mg²⁺的扩散距离，改善MgMn₂O₄电化学性能。

Mg-Mn-O三元氧化物空心多孔材料目前报道的较少。Tao等人(J.Mater.Chem.A，)制备得到三维多孔MgMn₂O₄正极材料，具体制备过程如下：采用醋酸镁和醋酸锰作为原料，两者混合在乙二醇中，再加入一定量的聚乙烯吡咯烷酮。将上述溶液在170℃下经磁搅拌2h，冷却后经洗涤和干燥，得到MgMn-前驱物；再将前驱物在空气条件下煅烧可得到多孔MgMn₂O₄正极材料。

中国专利(申请号：CN201810179189.3)公开了一种多孔MgMnO₃化合物的制备方法。该方法以硝酸镁和硝酸锰为原料，加入一定量的络合剂，如柠檬酸，酒石酸，草酸或乙二胺四乙酸中的一种或几种，配置成水溶液，并加入氨水调节溶液pH为5.0～12.0，于40～100℃下反应0.5～72h，干燥得干凝胶，再于150～750℃下煅烧0.1～240h，即得多孔MgMnO₃。

以上方法均采用了多种有机溶剂，因此，寻求一种工艺简单，操作方便，成本低廉的纳米多孔MgMn₂O₄的制备方法具有重要的实际意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供了一种简单有效、成本低廉、绿色的基于水热法原位制备自组装的多孔MgMn₂O₄正极材料的制备方法。

为了解决以上技术问题，本发明是通过以下技术方案予以实现的，包括如下步骤：

(1)将可溶性镁盐、可溶性锰盐、葡萄糖按摩尔比1∶2∶1～10混合，制成混合水溶液，充分搅拌使其充分溶解；

(2)将步骤(1)制备的混合水溶液移至高压水热反应釜中，密封，并于140～200℃保温5～24h；

(6)将步骤(2)获得的水热产物分别经去离子水和无水乙醇进行洗涤和抽滤；

(7)将步骤(3)洗涤抽滤后的产物于80℃条件下进行干燥2～12h，待降到室温，进行研磨，获得MgMn₂O₄包覆碳球的壳核结构；