镁离子电池三元正极材料及固体电解质的实验研究

发布时间：2020-10-11 14:30

　　 现代社会,可充电锂离子电池(LIB)一直占据着二次电池行业的市场,是便携式电子设备的主要能源。由于元素镁和锂在许多方面有相似之处,而且镁离子电池具有低成本、较高的能量密度、危险性较低和无枝晶等优点,受到广泛关注。虽然镁离子电池在小型功率设备上可能不如锂电池,但镁离子电池因为其自身的优点在大负荷充放电设备上(例如电动轿车等)具有远大的发展前景。由于镁离子电池现在处于初级研究阶段,所以适用于镁离子电池的正极材料和电解质一直是人们研究的重点与难点。本文通过查阅相关文献资料以及在前人研究工作的基础上,对镁离子电池的研究以及实验结果如下:(1)使用改进的高温固相法制备了两种组分比例不同的三元正极材料,分别为MgNi_(1/2)Co_(1/10)Mn_(1/5)O_2和MgNi_(1/2)Co_(1/8)Mn_(1/7)O_2。对这两种物质的前驱体进行热重分析,确定其煅烧温度;从X射线衍射图以及扫描电镜图中可知,经过改进的高温固相法制备的样品颗粒分散更加均匀。将实验中制备的Mg(AlCl_2EtBu)_2/THF溶液作为电解液,以镁片为电池负极组装为纽扣电池,对电池在0.1 C倍率下进行首次放电,研究结果表明MgNi_(1/2)Co_(1/10)Mn_(1/5)O_2和MgNi_(1/2)Co_(1/8)Mn_(1/7)O_2放电比容量分别为86 mAh/g与71 mAh/g,当倍率提升到2 C时,MgNi_(1/2)Co_(1/8)Mn_(1/7)O_2的放电比容量衰减较大,有待进一步的研究。循环伏安测试表明在充放电过程中出镁离子能够可逆的嵌入与嵌出;循环性能测试表明在循环100次后,两者的容量保持率较好;综合比较分析可知,MgNi_(1/2)Co_(1/10)Mn_(1/5)O_2组装的扣式电池电化学性能较好,具有成为镁离子电池正极材料的应用潜力。(2)通过改进的高温固相法和溶胶-凝胶法分别对Mg_(0.5)Zr_2(PO_4)_3进行元素掺杂,即利用掺杂剂镍离子取代Mg_(0.5)Zr_2(PO_4)_3中部分锆离子,制备了Mg_(0.9)Zr_(1.2)Ni_(0.82)(PO_4)_3。实验结果表明,在850℃时,溶胶-凝胶法制备的固体电解质样品致密度较好,并且电导率性能得到提高,可以达到5.3×10~(-6) S/cm。最后对本文工作进行系统提炼和总结,就论文研究过程中遇到的问题和存在的不足,进行了归纳和总结,以期为今后研究工作提供指导性建议。
【学位单位】：青岛科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TM912
【部分图文】：

图 1-2 镁空气电池结构示意图Figure 1-2 The Schematic of magnesium air battery的反应方程式中可知，只要空气扩散电极运行良之不尽的。由于镁是电池系统中唯一的活性材料由阳极决定。然而，镁空气电池的性能还会受到工作范围的温度较窄，其反应式如下：- 2+ - 2e Mg；正极反应：- 2 2O + 4e + 2H O 4OH电池总反应：2 2 22Mg + O +2H O 2Mg(OH)电池理论上可以提供 3.1 V 的电压，但这种电池的象主要归因于镁表面上形成的 Mg(OH)2膜，因此正向移动。克服该缺点的常用方法是使用镁合金电极对电池造成的滞后反应。此外，选择合适的学性能也很重要。

图 1-3 镁二次电池工作示意图Figure 1-3 Schematic diagram of magnesium secondary battery operatio子电池关键材料概述为止开发成功广泛使用的可充电电池技术是锂离子电池[25]。但技术用于大规模应用设备时，主要考虑到锂离子的可持续发展，特别是用于混合动力插电式电动车和固定式(电网)中使用的预计会加大。随着这些新技术获得更大的市场份额，预计成本并且会需要新的锂储备以满足需求。但是锂离子电池自身的局的锂离子电池的替代品中，可充电镁离子电池[26-29]是一种具有近年来对该技术的研究也在逐渐加速，下面对组成镁离子电池行研究分析。极材料材料[30]是制约镁二次电池发展的关键，正极材料结构的稳定性

青岛科技大学研究生学位论文雷尔相(Cheverel phases CPS)化合物最开始是作为一种超导材料被图 1-4 为 Chevrel 相 Mo6S8的晶体结构，如图所示，Cheverel 相可以块的堆叠，六个钼原子在八个硫原子的立方体内形成八面体，镁离这些 Mo6S8块之间的两个主要间隙位置。
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本文编号：2836715