一种镁离子电极材料的合成方法与流程

本发明属于镁离子电池技术领域，具体涉及一种镁离子电极材料na2ti6o13的合成方法。

背景技术：

镁离子电池由于高容量（2205mahg^-1和3833mahcm^-3），低还原电位（-2.37vvs.she），镁金属的丰富储量和无树枝晶形成引起了许多科研人员的关注。由于mg²⁺带两个电荷与阴离子之间的具有较强静电相互作用，导致mg²⁺离子在晶格中缓慢插层动力。在探索具有足以超越当前锂离子电池技术的能力的新型电极材料方面仍然存在挑战。在所有镁离子电池电极材料中ti基材料由于其低成本、储量丰富和环境友好而受到极大关注。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种镁离子电极材料na2ti6o13的合成方法。本发明首次将其作为镁离子电池电极材料，发现其具有非常高的首次库伦效率和较高的比容量。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

所述na2ti6o13材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）制备钛酸盐纳米线前驱体：将1-2gtioso4溶解在30-50ml15mnaoh和18-30mlh2o的混合溶液中。

（2）将溶液搅拌7-10分钟后，将上述溶液转移到容量为60-100ml的内衬中，并在150-180℃下加热45-48个小时。

（3）最后将沉淀物用去离子水洗涤5-7次直到ph值为中性，然后在60℃下干燥过夜收集得到白色钛酸盐纳米线前驱体。

（4）在最终在空气中200-280℃高温退火2-5小时后得到最终的纳米线na2ti6o13。

镁离子电池组装：按质量比计将na2ti6o13：乙炔黑：ptfe＝70-75:15-20:5-10搅拌混合通过碾压机压碾压成厚度为70-100mm的电极膜，用剪刀将剪成质量约1.3-1.8mg小块电极膜，泡沫镍作为集流体。正极为金属镁，电解质是0.4m2phmgcl–alcl3(apc)/thf溶液。所有组装均在充满氩气的手套箱里进行（氧气和水分含量均低于1ppm）。

本发明的显著优点在于：

本发明提供了一种新型镁离子电极材料na2ti6o13的合成方法的制备方法，并首次发现其在镁离子电池方面的良好应用前景。其操作简便、成本低、性能优异，可以大量合成。

附图说明

图1na2ti6o13的xrd图；

图2na2ti6o13的sem图；

图3na2ti6o13在0.01ag^-1电流密度下充放电曲线；

图4na2ti6o13的倍率图；

图5na2ti3o7在0.01ag^-1电流密度下充放电曲线；

图6na2ti3o7的xrd图。

具体实施方式

为进一步公开而不是限制本发明，以下结合实例对本发明作进一步的详细说明。

实施例1

所述na2ti6o13材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）制备钛酸盐纳米线前驱体：将1gtioso4溶解在40ml15mnaoh和25mlh2o的混合溶液中。

（2）将溶液搅拌7分钟后，将上述溶液转移到容量为100ml的内衬中，并在160℃下加热46个小时。

（3）最后将沉淀物用去离子水洗涤5次，然后在60℃下干燥过夜收集得到白色钛酸盐纳米线前驱体。

（4）在最终在空气中220℃高温退火3小时后得到最终的纳米线na2ti6o13。

实施例2

所述na2ti6o13材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）制备钛酸盐纳米线前驱体：将1.5gtioso4溶解在45ml15mnaoh和26mlh2o的混合溶液中。

（2）将溶液搅拌8分钟后，将上述溶液转移到容量为100ml的内衬中，并在170℃下加热47个小时。

（3）最后将沉淀物用去离子水洗涤6次后，然后在60℃下干燥过夜收集得到白色钛酸盐纳米线前驱体。

（4）在最终在空气中230℃高温退火3小时后得到最终的纳米线na2ti6o13。

实施例3

所述na2ti6o13材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）制备钛酸盐纳米线前驱体：将2gtioso4溶解在50ml15mnaoh和30mlh2o的混合溶液中。

（2）将溶液搅拌10分钟后，将上述溶液转移到容量为100ml的内衬中，并在180℃下加热48个小时。

（3）最后将沉淀物用去离子水洗涤数次7次后，然后在60℃下干燥过夜收集得到白色钛酸盐纳米线前驱体。

（4）在最终在空气中240℃高温退火4小时后得到最终的纳米线na2ti6o13。

对比例

所述na2ti3o7材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）制备钛酸盐纳米线前驱体：将1gtioso4溶解在40ml15mnaoh和25mlh2o的混合溶液中。

（2）将溶液搅拌7分钟后，将上述溶液转移到容量为100ml的内衬中，并在160℃下加热46个小时。

（3）最后将沉淀物用去离子水洗涤2次，再用乙醇洗涤两遍除去残留的碱，然后在60℃下干燥过夜收集得到白色钛酸盐纳米线前驱体。

（4）在最终在空气中220℃高温退火3小时后得到最终的纳米线na2ti3o7。

镁离子电池组装：按质量比计将na2ti6o13：乙炔黑：ptfe＝70-75:15-20:5-10搅拌混合通过碾压机压碾压成厚度为70-100mm的电极膜，用剪刀将剪成质量约1.3-1.8mg小块电极膜，泡沫镍作为集流体。正极为金属镁，电解质是0.4m2phmgcl–alcl3(apc)/thf溶液。所有组装均在充满氩气的手套箱里进行（氧气和水分含量均低于1ppm）。对比例na2ti3o7组装情况类似。

从图1x-射线粉末衍射分析图可看出所制备的样品的衍射峰均与jcpds标准卡片（14-0277）的衍射峰一致，而从图6可以看出其衍射峰与图1衍射峰明显不同。从图2的sem图可清楚地看出材料为纳米线结构。如图3所示，在0.01-2.0v的电压窗口下，在电流密度为0.01ag^-1下进行充放电，首次放电比容量可达165.8mahg^-1，首次充电容量为147.7mahg^-1，首次效率高达89.1%。这是目前钛基储镁电极材料中最高的效率。如图4所示，na2ti6o13具有优异的倍率性能，可以看到在1ag^-1的大电流密度下，可逆容量仍有30mahg^-1。对比例得到的是钠含量较高的na2ti3o7结构，仅仅是洗涤方式的改变，但是对于材料的储镁性能影响是很大的，如图5所示，其首次库伦效率只有41.9%，可逆充电容量只有44.7mahg^-1。这进一步说明所制备材料的先进性及不同钛酸钠结构对储镁性能的显著影响。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。