一種二硫化物在可充鎂電池中的應用方法技術

本發明專利技術公開了一種二硫化物在可充鎂電池中的應用方法，包括如下步驟：（1）制備正極片：將二硫化物、導電劑、粘結劑混合均勻后涂敷在集流體上，經第一次烘干；用沖頭將第一次烘干后的集流體沖下得到極片；將所述極片壓制后經第二次烘干，得到正極片；（2）制備可充鎂電池：以金屬鎂為負極片，在氬氣手套箱中，將正極片、負極片和電解液組成所述可充鎂電池。本發明專利技術提出的二硫化物選自二硫化鈷、二硫化錳、二硫化鎳、二硫化鐵或二硫化錫中的一種，具有制備簡單、原料豐富、價格低廉、易于大批量生產的優點，制備的可充鎂電池具有放電容量高的優勢，作為一種綠色能源有很好的應用前景。

Application method of two sulphide in rechargeable magnesium battery

The invention discloses a method can be used in two sulfide rechargeablemagnesium battery, which comprises the following steps: (1) preparation of cathode: two sulfide, conductive agent, binder are mixed evenly coated on the current collector, after first drying; punch will set the first fluid after drying down get the pole plate; the pole piece is pressed after second times of drying, get the positive plate; (2) preparation of rechargeable magnesium battery: metal magnesium anode, in an argon glove box, the anode plate and a cathode plate and electrolyte composition of the rechargeable magnesium battery. One of the two selected from two sulfide cobalt sulfide, two manganese sulfide, nickel sulfide and pyrite two or two tin sulfide in, with the advantages of simple preparation, abundant raw materials, low price, easy mass production, preparation of rechargeable magnesium battery has the advantages of high discharge capacity, as a green energy has very good application prospect.

【技術實現步驟摘要】
一種二硫化物在可充鎂電池中的應用方法
本專利技術涉及一種電池正極材料的應用方法，尤其涉及一種二硫化物在可充鎂電池中的應用方法，屬于可充鎂電池領域。
技術介紹
隨著科技進步和社會發展，具有高能量密度和循環性能的鋰離子電池是近年來的應用和研究熱點，成為人們日常生活中不可或缺的一部分，在筆記本、手機中得到了大規模的應用。由于鋰的強活潑性，鋰離子電池用于大容量儲電時，容易產生安全隱患，因此更為廉價、環境友好及大容量的二次電池開發引起人們的注意。鎂的離子半徑、化學性質和鋰有許多相似之處，且具有價格便宜、安全性高及環境友好等優點；在元素周期表中鎂和鋰處于對角線位置，它們具有類似的原子半徑和化學性質，與金屬鋰相比，鎂的熔點（648.8℃）比鋰的熔點（180.5℃）要高的多，活潑性較差，儲存更為安全。雖然質量比容量沒有鋰（3862mAh·g-1）那么高，但也相當可觀（2205mAh·g-1），所以以鎂為負極的可充鎂電池越來越受到人們的關注。相對于Li+，Mg2+電荷密度較大，溶劑化較為嚴重，因而Mg2+比Li+較難嵌入到一般的基質材料中，Mg2+在嵌入材料中的移動也較困難，因此正極材料是可充鎂電池研究的重點。對可充鎂電池來說，正極材料大都為無機過渡金屬化合物，主要為氧化物、硫化物、硼化物、聚陰離子化合物以及含硫導電材料等。過渡金屬硫化物在工業和生物學方面起著重要的作用。在工業方面，它們被廣泛地用于催化、潤滑等領域。在許多生物體系中，硫與過渡金屬配位形成的金屬硫化物是反應的活性部位。另外，在二次電池領域，過渡金屬硫化物被認為是一種典型的嵌入/脫出基質材料。作為可充鎂電池的硫化物正極材料主要有Chevrel相的硫化物和二維的層狀硫化物。D.Aurbach等人（LeviD,LancryE,GizbarH,et.al.KineticandthermodynamicstudiesofMg2+andLi+ioninsertionintotheMo6S8chevrelphase.J.Electrochem.Soc.,2004,151(7):A1044-A1051）研究的Cheverel相硫化物Mo6S8是一種較好的Mg2+嵌/脫材料，其理論容量為122mAh·g-1，以Mg(AlCl2BuEt)2/四氫呋喃溶液（其中Bu為丁基，Et為乙基）作為電解液，其實際放電容量可達到100mAh·g-1左右，放電電壓平臺在1.2V和1.0V(vs.Mg)左右，循環次數可達2000次，但制備條件苛刻，合成過程需用三種元素（銅、鉬、硫）的化合物在真空或氫氣氣氛下高溫（1000℃）長時間（60小時）合成，且銅元素需要在過程中瀝出，步驟繁瑣。已報導的可充鎂電池正極材料二硫化物通式為MS2（M=Ti、Zr、Hf、Nb、Ta、Mo、W、V）（NovákP,ImhofR,HaasO,Magnesiuminsertionelectrodesforrechargeablenonaqueousbatteries-acompetitivealternativetolithium?Electrochim.Acta,1999,45:351-367）。迄今研究較多且取得一定成果的二硫化物主要為TiS2和MoS2，其中TiS2包括二維層狀和三維立方結構。Novák等（NovákP,DesilvestroJ.Electrochemicalinsertionofmagnesiuminmetaloxidesandsulfidesfromaproticelectrolytes.J.Electrochem.Soc.,1993,140(1):140-144）報道TiS2、ZrS2在無水乙腈（AN）中沒有電化學活性，而在含水的四氫呋喃（THF）、AN、碳酸丙烯酯（PC）作溶劑的Mg(ClO4)2電解液中僅能實現不可逆的嵌鎂，通過循環伏安曲線計算出TiS2的庫侖容量約為110mAh·g-1。陳軍等人（TaoZL,XuLN,GouXL,et.al.TiS2nanotubesasthecathodematerialsofMg-ionbatteries,Chem.Commun.2004,18:2080-2081）對TiS2納米管作為Mg嵌入材料的電化學行為進行了研究，在Mg(ClO4)2/AN電解液中，10mA·g-1的電流密度下最大放電比容量為236mAh·g-1（Mg0.49TiS2），而同等電流密度下的多晶TiS2放電比容量僅為96mAh·g-1（Mg0.2TiS2）。LiYa-Dong等人（LiXL,LiYD,MoS2Nanostructures:SynthesisandelectrochemicalMg2+intercalation,J.Phys.Chem.B,2004,108(37):13893-13900）用不同形貌的納米MoS2在Mg(AlCl3Bu)2/THF電解液中實現了Mg的可逆嵌入，但最大放電容量僅為25mAh·g-1。ChenJun等人（LiangYL,FengRJ,YangSQ,et.al.RechargeableMgbatterieswithGraphene-1ikeMoS2cathodeandultrasmallMgnanoparticleanode,Adv.Mater.,2011,23(5):640-643）用制備出的石墨烯狀的層狀MoS2作為正極，使用Mg(AlCl3Bu)2/THF電解液，超小納米鎂粉作為負極，首次放電容量為170mAh·g-1。本領域技術人員致力于開發一種新型二元金屬硫化物，具有制備簡單、原料豐富、價格低廉的特點，以其作為正極材料的可充鎂電池具有更高的放電容量。
技術實現思路
有鑒于現有技術的上述缺陷，本專利技術所要解決的技術問題是提供一種制備簡單、原料豐富、價格低廉的二硫化物為可充鎂電池正極材料。為了實現上述目的，本專利技術提供了一種二硫化物在可充鎂電池中的應用方法。具體地，本專利技術采用二硫化物作為可充鎂電池的正極材料，其目的在于拓寬二硫化物在電池中的應用，以及提高可充鎂電池的性能。一種可充鎂電池，正極材料為二硫化物，二硫化物選自二硫化鈷、二硫化錳、二硫化鎳、二硫化鐵或二硫化錫中的一種。一種二硫化物在可充鎂電池中的應用方法，包括如下步驟：（1）制備正極片：將二硫化物、導電劑、粘結劑混合均勻后涂敷在集流體上，經第一次烘干；用直徑10～16mm的沖頭將第一次烘干后的集流體沖下得到極片；所述極片經0.5～2MPa的壓力壓制，再經第二次烘干，得到正極片；（2）制備可充鎂電池：以金屬鎂為負極片，在氬氣手套箱中，將正極片、負極片和電解液組成可充鎂電池。優選地，二硫化物選自二硫化鈷、二硫化錳、二硫化鎳、二硫化鐵或二硫化錫中的一種。這些材料的原料豐富、價格低廉。優選地，導電劑為乙炔黑。優選地，粘結劑選自聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯或丁苯橡膠中的一種。優選地，集流體選自銅箔、不銹鋼網、鎳網或泡沫鎳中的一種。優選地，二硫化物、導電劑、粘結劑按以下質量比例混合：二硫化物:導電劑:粘結劑=6.7～9.0:0.6～1.8:0.4～1.5。優選地，第一次烘干是指在60～100℃的烘箱中進行干燥。優選地，第二次烘干是指在80～120℃真空烘箱中干燥3～5小時。優選地，電解液的本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種可充鎂電池的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括如下步驟：(1)制備正極片：將二硫化錫、導電劑、粘結劑混合均勻后涂敷在集流體上，經第一次烘干；用直徑10～16mm的沖頭將第一次烘干后的集流體沖下得到極片；所述極片經0.5～2MPa的壓力壓制，再經第二次烘干，得到正極片；(2)制備可充鎂電池：以金屬鎂為負極片，在氬氣手套箱中，將所述正極片、所述負極片和電解液組成所述可充鎂電池。

【技術特征摘要】
1.一種可充鎂電池的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括如下步驟：(1)制備正極片：將二硫化錫、導電劑、粘結劑混合均勻后涂敷在集流體上，經第一次烘干；用直徑10～16mm的沖頭將第一次烘干后的集流體沖下得到極片；所述極片經0.5～2MPa的壓力壓制，再經第二次烘干，得到正極片；(2)制備可充鎂電池：以金屬鎂為負極片，在氬氣手套箱中，將所述正極片、所述負極片和電解液組成所述可充鎂電池。2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述導電劑為乙炔黑。3.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述粘結劑選自聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯或丁苯橡膠中的一種。4.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述集流體選自銅箔、不銹鋼網、鎳網或泡...

【專利技術屬性】
技術研發人員：努麗燕娜，非路熱·吐爾遜，蘇碩劍，楊軍，王久林，
申請(專利權)人：上海交通大學，
類型：發明
國別省市：上海,31