非晶MoS5+x镁离子电池正极材料的制备方法及应用

专利2025-08-05  25


本发明涉及电池材料,具体为非晶mos5+x正极材料的制备方法及应用。


背景技术:

1、锂离子电池具有许多众所周知的优势,例如高能量密度、成熟的制造工艺和广泛的应用范围,然而,上述优势并没有掩盖其存在的一些性能缺陷。例如,锂离子电池的功率密度在高倍率放电时表现不佳,限制了其在需要快速释放能量的应用中的性能。此外,由于锂离子电池存在热失控的风险,可能导致电池过热,甚至引发火灾或爆炸,因此其安全性问题一直备受关注。同时,由于锂资源的有限,锂离子电池的成本也一直居高不下,在一定程度上阻碍了其在大规模能源存储领域的应用。

2、相比之下,镁离子电池(简称:mibs)因其独特的优势而被视为一种有潜力的电化学储能技术。首先,镁元素丰富且价格低廉,使得镁离子电池在成本上具有明显的优势。其次,镁离子电池的环境友好性也是其受到关注的重要原因,符合当前对绿色和可持续能源的追求。最重要的是,与锂金属电极相比,镁电极几乎没有形成枝晶的倾向,枝晶的形成会导致电池短路,进而引发安全问题。因此,镁离子电池在安全性上具有显著的优势。

3、这些优势使镁离子电池成为一种有前景的电化学储能设备,有可能在未来替代传统锂离子电池,为大规模电网储能、电动汽车以及便携式电子设备等领域提供更为安全、高效和环保的能源解决方案。然而,正极材料较差的性能是目前mibs的弱点。因此,迫切需要开发新型正极材料以促进其发展。mibs正极性能较差的主要原因来源于mg2+离子。mg2+比li+小,具有两个正电荷,导致mg2+与正极产生强的相互作用,难以嵌入正极晶格中,引起其扩散动力学变差。此外,受限于晶态结构,mg2+在晶态正极材料的反应能垒明显增强。相比晶态材料,非晶材料可提供三维的扩散通道,扩散能垒能够有效降低,提高储镁能力。而相比mos2,多硫化钼具有多硫特性,不仅包含s2-,而且还包含s22-,阴、阳离子能够同时发生氧化还原反应,提供更高的储镁容量,是极有前途的可充电镁离子电池正极材料。因此,非晶多硫化钼被认为是高性能可充电镁离子电池正极材料的理想选择。

4、为此,本发明提出非晶mos5+x镁离子电池正极材料的制备方法及应用,以实现镁离子电池的性能优化,获得高能量密度镁离子电池正极材料。


技术实现思路

1、针对现有技术的不足,本发明提供了非晶mos5+x正极材料的制备方法,不仅可以提高镁离子电池的性能,还可以为其在大规模电网储能、电动汽车以及便携式电子设备等领域的应用提供强有力的技术支持。

2、为实现以上目的,本发明通过以下技术方案予以实现:非晶mos5+x正极材料的制备方法,包括以下步骤:

3、s1:将钼酸盐、还原剂和一定量的多硫化铵为反应原料,制备出多硫代钼酸铵;

4、s2:将多硫代钼酸铵溶解于去离子水中,搅拌,然后将草酸逐滴加入上述溶液,继续搅拌,洗涤并离心,在真空烘箱中干燥,获得多硫化钼(mos5+x),在干燥器中储存;

5、优选的,所述s1步骤中,所述还原剂包括但不限于盐酸羟胺、水合肼、硼氢化钠。

6、优选的,所述s2步骤中,所述酸的种类包括但不限于草酸、盐酸、冰醋酸。

7、优选的,一种镁离子电池,所述镁离子电池的正极由非晶mos5+x正极材料组成。

8、优选的,所述镁离子电池的负极包括但不限于镁金属、镁合金。

9、优选的,所述电池的电解质为适用于镁离子电池的电解液,包括但不限于(phmgcl)2-alcl3/thf电解液、mg(tfsi)2-mgcl2电解液、(r-phomgcl)2-alcl3/thf电解液。

10、优选的,所述电池在0.1ag-1的电流密度下,经过90次充放电循环后,能够提供685mah g-1的可逆容量,且其充放电过程中的库仑效率≥95%,在1ag-1的倍率下,比容量仍为200mah g-1以上。

11、本发明提供了非晶mos5+x正极材料的制备方法及应用。具备以下有益效果:

12、1、本发明的非晶mos5+x正极材料在电化学性能方面表现出色,其高的可逆容量、优越的库仑效率以及持久的循环寿命均超越了当前主流的镁离子电池正极材料。该性能的优化使得非晶mos5+x正极材料在高性能镁离子电池及其他储能设备中的应用前景广阔。

13、2、本发明的制备方法采用低温合成前驱体后加酸搅拌的策略,操作流程简洁,反应条件易于控制。这一特性使得该方法能够方便地在大规模生产中实施,进一步提升生产效率。



技术特征:

1.非晶mos5+x正极材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:

2.根据权利要求1所述的非晶mos5+x正极材料的制备方法,其特征在于,所述s1步骤中,所述还原剂包括但不限于盐酸羟胺、水合肼、硼氢化钠。

3.根据权利要求1所述的非晶mos5+x正极材料的制备方法,其特征在于,所述s2步骤中,所述草酸加入多硫代钼酸铵溶液后搅拌的时间为1.5小时分钟至2小时。

4.根据权利要求1所述的非晶mos5+x正极材料的制备方法,其特征在于,所述s2步骤中,所述酸的种类包括但不限于草酸、盐酸、冰醋酸。

5.一种镁离子电池,其特征在于,所述镁离子电池的正极由权利要求1-2任一项所述方法制备出的非晶mos5+x正极材料组成。

6.根据权利要求5所述的一种镁离子电池,其特征在于,所述镁离子电池的负极为包括但不限于镁金属、镁合金。

7.根据权利要求5所述的一种镁离子电池,其特征在于,所述电池的电解液为适用于镁离子电池的电解液,包括但不限于(phmgcl)2-alcl3/thf电解液、mg(tfsi)2-mgcl2电解液、(r-phomgcl)2-alcl3/thf电解液。

8.根据权利要求6所述的一种镁离子电池,其特征在于,所述电池在0.1ag-1的电流密度下,经过90次充放电循环后,能够提供685mah g-1的高可逆容量,且其充放电过程中的库仑效率≥95%,在1ag-1的倍率下,比容量仍为200mah g-1以上。


技术总结
本申请涉及电池材料领域,公开了非晶MoS<subgt;5+x</subgt;正极材料的制备方法及应用,首先,采用钼酸盐、还原剂和一定量的多硫化铵为反应原料,制备出多硫代钼酸铵,将多硫代钼酸铵溶解于去离子水中,搅拌,然后将草酸逐滴加入上述溶液,继续搅拌,洗涤并离心,在真空烘箱中干燥,获得多硫化钼(MoS<subgt;5+x</subgt;),在干燥器中储存,并将其用作镁离子电池正极材料。本发明的非晶MoS<subgt;5+x</subgt;正极材料在电化学性能方面表现出色,其超高的可逆容量、优越的库仑效率以及持久的循环寿命均超越了当前主流的镁离子电池正极材料。其显著的储镁性能赋予非晶MoS<subgt;5+x</subgt;正极材料在镁离子电池及其他电化学储能设备中的应用前景。

技术研发人员:周艳丽,王佳晖,徐鏊,姜付义,刘蕊
受保护的技术使用者:烟台大学
技术研发日:
技术公布日:2024/11/11
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