一种钠镁二次电池及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种钠镁二次电池，包括正极、负极和电解液，所述正极包括TiS2，所述负极为金属镁，所述电解液为包括钠镁离子有机溶液体系。在本发明专利技术中负极仅有金属镁的存在，在充放电过程中，完全只有金属镁的沉淀和溶出，解决了金属锂不易嵌入脱出，导致循环性能差的问题；以包括钠镁离子有机溶液体系作为二次电池的电解液，改善单纯含有镁离子的电解液电池容量低，可逆性差以及镁离子的极化作用引起的倍率性能差和容量衰减快的缺陷；以包括钠镁离子有机溶液体系作为二次电池的电解液，避免直接采用金属离子导致的枝晶的产生，提高安全性；电解液以及电极材料中均不使用金属锂，有效降低电池的成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于二次电池
，尤其涉及一种钠镁二次电池及其制备方法。
技术介绍
蓄电池在现代社会中的应用越来越广泛，高能量密度、大容量、高工作电压、低成本、环境友好的二次电池是未来储能电池技术的发展方向。锂离子电池由于其能量密度大、循环寿命长、工作电压高、工作温度范围宽等优点受到人们青睐。但锂金属在空气中极其活泼，用于小容量的二次电池尚可，用于大容量储电时，会不可避免的产生安全问题。与此同时，锂元素在自然界含量有限，价格相对较高。研究表明，可充镁电池在大负荷用途方面有潜在优势，被认为是有望适用于电动车和规模储能的绿色蓄电池。相比锂元素，镁元素在地壳中含量更丰富，体积比容量更高，并且镁及其化合物均无毒或者低毒。相较于锂离子电池，镁离子自带两个电荷，且在多次沉积/溶解后不会产生枝晶，使得镁离子电池有着更高的比能量及安全性。但是，由于没有合适的正极材料及电解液体系，并且由于镁离子与其他离子间强大的库伦作用，使得镁离子的嵌入过程迟缓，导致充放电过程中产生较大的极化、容量迅速衰减的倍率循环性能差的问题，制约了镁离子电池的发展。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种钠镁二次电池及其制备方法，本专利技术提供的钠镁二次电池显著减缓容量衰减，提高倍率循环性能。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：本专利技术提供了一种钠镁二次电池，包括正极、负极和电解液，其特征在于，所述正极包括TiS2，所述负极为金属镁，所述电解液为包括钠镁离子有机溶液体系。优选的，所述电解液的溶质为硼氢化镁和硼氢化钠。优选的，所述电解液中钠镁离子的摩尔比为(0.5～1.0)：(0.1～0.4)。优选的，所述硼氢化钠的摩尔浓度为0.5mol/L～1.0mol/L。优选的，所述硼氢化镁的摩尔浓度为0.1mol/L～0.4mol/L。优选的，所述电解液的溶剂为醚类有机溶剂。优选的，所述正极还包括粘结剂和导电助剂。优选的，所述TiS2、导电助剂和粘结剂的质量比为(70～85)：(5～20)：(5～10)。优选的，所述导电助剂为石墨和/或炭黑。本专利技术还提供了钠镁二次电池的制备方法，以金属镁为负极、以包括钠镁离子有机溶液体系为电解液，以包括TiS2的组合物为正极，在氧气含量低于0.1ppm和水含量低于0.1ppm的条件下装配成钠镁二次电池。本专利技术提供了一种钠镁二次电池，包括正极、负极和电解液，其特征在于，所述正极包括TiS2，所述负极为金属镁，所述电解液为包括钠镁离子有机溶液体系。在本专利技术中负极仅有金属镁的存在，在充放电过程中，完全只有金属镁的沉淀和溶出，解决了金属锂不易嵌入脱除，导致循环性能差的问题；以包括钠镁离子有机溶液体系作为二次电池的电解液，改善单纯含有镁离子的电解液电池容量低，可逆性差以及镁离子的极化作用引起的倍率性能差和容量衰减快的缺陷；以包括钠镁离子有机溶液体系作为二次电池的电解液，避免直接采用金属离子导致的枝晶的产生，提高安全性；电解液以及电极材料中均不使用金属锂，有效降低电池的成本。本专利技术实施例的结果表明，本专利技术提供的钠镁二次电池循环5000圈、10000圈和20000圈后的比容量几乎没有衰减，比容量保持率接近100％，循环稳定性良好；倍率循环性能优异。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。图1为纯镁离子电池在20mA/g的电流密度下的循环性能示意图；图2为本专利技术实施例1提供的钠镁二次电池在200mA/g的电流密度下的充放电曲线；图3为本专利技术实施例1提供的钠镁二次电池的充放电机理图示图；图4为本专利技术实施例1提供的钠镁二次电池在200mA/g的电流密度下的循环性能示意图；图5为本专利技术实施例1提供的钠镁二次电池的倍率循环性能示意图；图6为本专利技术实施例1提供的钠镁二次电池在不同电流密度下的长循环性能示意图；图7为本专利技术实施例提供的钠镁二次电池在不同电解液浓度下的循环性能示意图。具体实施方式本专利技术提供了一种钠镁二次电池，包括正极、负极和电解液，其特征在于，所述正极包括TiS2，所述负极为金属镁，所述电解液为包括钠镁离子有机溶液体系。在本专利技术中负极仅有金属镁的存在，在充放电过程中，完全只有金属镁的沉淀和溶出，解决了金属锂不易嵌入脱除，导致循环性能差的问题；以包括钠镁离子有机溶液体系作为二次电池的电解液，改善单纯含有镁离子的电解液电池容量低，可逆性差以及镁离子的极化作用引起的倍率性能差和容量衰减快的缺陷。本专利技术提供的钠镁二次电池，包括正极、负极和电解液。在本专利技术中，所述电解液为包括钠镁离子有机溶液体系，所述电解液的溶质优选为硼氢化镁和硼氢化钠，本专利技术对所述硼氢化镁和所述硼氢化钠的来源没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的硼氢化镁和硼氢化钠即可；在本专利技术中，所述硼氢化钠的摩尔浓度优选为0.5mol/L～1.0mol/L，进一步优选为0.6mol/L～0.9mol/L；在本专利技术中，所述硼氢化镁的摩尔浓度优选为0.1mol/L～0.4mol/L，进一步优选为0.15mol/L～0.35mol/L，最优选为0.3mol/L。在本专利技术中，所述电解液中钠镁离子的摩尔比优选为(0.5～1.0)：(0.1～0.4)，进一步优选为(0.75～0.8)：(0.2～0.3)。在本专利技术中，所述电解液的溶剂优选为醚类有机溶剂，更优选为二乙二醇二甲醚、四乙二醇二甲醚和四氢呋喃中的一种或多种，本专利技术对所述二乙二醇二甲醚、四乙二醇二甲醚或四氢呋喃的来源没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的二乙二醇二甲醚、四乙二醇二甲醚或四氢呋喃即可。在本专利技术中，所述正极包括TiS2，所述正极优选还包括粘结剂和导电助剂。在本专利技术中，所述TiS2、导电助剂和粘结剂的质量比优选为(70～85)：(5～20)：(5～10)，进一步优选为(75～80)：(10～15)：(7～8)，最优选为78：12：5。本专利技术对所述TiS2的来源没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的TiS2即可，在本专利技术实施例中，所述TiS2的具体为商用TiS2粉末，所述TiS2粉末的粒径优选为10～20μm，进一步优选为15μm；在本专利技术中，所述TiS2粉末优选为片状结构。在本专利技术中，所述导电助剂优选为石墨和/或炭黑，进一步优选为天然石墨、人造石墨、乙炔黑、超导电炭黑和热烈法炭黑中的一种或多种；在本专利技术中，所述粘结剂优选为聚丙烯酸、羧甲基纤维素、二乙酰纤维素、聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯和丁苯橡胶中的一种或多种。在本专利技术中，所述负极为金属镁。本专利技术优选将所述金属镁进行打磨处理，去除金属镁表面的氧化层。本专利技术对所述金属镁的来源没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的金属镁即可。本专利技术提供了上述技术方案所述的钠镁二次电池的制备方法以金属镁为负极、以包括钠镁离子有机溶液体系为电解液，以包括TiS2的组合物为正极，在氧气含量低于0.1ppm和水含量低于0.1ppm的条件下装配成钠镁二次电池。在本专利技术中，所述电解液优选为将镁离子原料、钠离子原料和有机溶剂混合后搅拌得到。在本专利技术中，所述镁离子原料优选为硼氢化镁；在本专利技术中，所述钠离子原料优选为硼氢化钠；在本专利技术中，所述有机溶剂优选为醚类有机溶剂；在本专利技术中，所述醚类有机溶剂采用上述方案提及到的醚类有机溶本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钠镁二次电池，包括正极、负极和电解液，其特征在于，所述正极包括TiS2，所述负极为金属镁，所述电解液为包括钠镁离子有机溶液体系。

【技术特征摘要】
1.一种钠镁二次电池，包括正极、负极和电解液，其特征在于，所述正极包括TiS2，所述负极为金属镁，所述电解液为包括钠镁离子有机溶液体系。2.根据权利要求1所述的钠镁二次电池，其特征在于，所述电解液的溶质为硼氢化镁和硼氢化钠。3.根据权利要求2所述的钠镁二次电池，其特征在于，所述电解液中钠镁离子的摩尔比为(0.5～1.0)：(0.1～0.4)。4.根据权利要求2或3所述的钠镁二次电池，其特征在于，所述硼氢化钠的摩尔浓度为0.5mol/L～1.0mol/L。5.根据权利要求2或3所述的钠镁二次电池，其特征在于，所述硼氢化镁的摩尔浓度为0.1mol/L～0.4mol/L。6.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏英进，赵赢营，边筱扉，陈楠，杜菲，陈岗，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22