仙人掌形貌偏铁酸镁纳米材料的制备方法及产品和应用与流程

[0001]
本发明涉及一种镁电正极材料的技术领域，特别是涉及一种仙人掌形貌偏铁酸镁纳米材料的制备方法及产品和应用。


背景技术：

[0002]
随着人类社会的发展，全球能源资源的短缺与人们对能源的需求量日益增加的矛盾越来越尖锐。开发具有高能量密度的电池体系成为当前电源系统的主要目标。虽然具有比能量高和环境友好等特点的锂离子电池已经广泛应用于移动电话、笔记本电脑等便携式移动电器，以及电动自行车和电动汽车的动力电源。但是由于锂离子电池的安全性一直没有好好的解决，锂离子电池作为动力电池的应用依然还存在很多工作要做。作为地球上储量最丰富的轻金属元素之一的镁，由于其良好的物化性能被广泛应用于很多领域。现在对于二次镁电池的研究很多，都是基于二次锂离子电池之上的。由于在元素周期表中镁和锂处于对角线位置，除了它们具有类似的原子半径和化学性质之外， 镁的熔点（648.8 ℃）比锂的熔点（180.5 ℃）要高的多，也没有锂的金属活动性强，所以安全性上二次镁电池要更好。虽然质量比容量没有锂（3862 mah/g）那么高，但也相当可观(2205 mah/g)。而且我国镁资源极其丰富， 镁价格上要远远低于锂,而且镁对环境友好，所以二次镁电池越来越受到人们的关注。
[0003]
偏铁酸镁是一种立方晶系结构的复合氧化物,常用作宽能带间隙的半导体，作为镁离子电池正极材料，该材料被认为是一种具有前途的镁离子正极材料。然而偏铁酸镁纳米材料在循环过程中容易发生团聚、结构坍塌和粉化，导致材料的电化学性能差，为此，我们提供了仙人掌形貌偏铁酸镁纳米材料的制备方法，来解决上述内容存在的问题。
[0004]
本发明的目的在于提供一种仙人掌形貌偏铁酸镁纳米材料的制备方法，本发明通过聚乙二醇定向诱导和强酸调控的水热法制备仙人掌形貌的偏铁酸镁纳米材料。该结构具有较大的比表面积和较好的导电性，进而可以提高材料的电化学性能。解决了在镁离子电池循环过程中比容量衰减相对较快电化学性能相对较差的问题。并且制备方法简单，工艺条件容易实现，能量消耗低，且制备无污染。


技术实现要素：

[0005]
为克服现有技术的不足，本发明目的在于提供一种仙人掌形貌偏铁酸镁纳米材料的制备方法。
[0006]
本发明的再一目的在于：提供上述方法制备的仙人掌形貌偏铁酸镁纳米材料产品。
[0007]
本发明的又一目的在于：提供上述产品的应用。
[0008]
本发明目的通过下述方案实现，一种仙人掌形貌偏铁酸镁纳米材料的制备方法，其特征在于通过聚乙二醇定向诱导和强酸调控的水热法制备仙人掌形貌的偏铁酸镁纳米材料，包括如下步骤，
第一步：将0.04-0.08 g 聚乙二醇溶于80 ml 去离子水中，磁力搅拌10-30 min，标记为溶液a；第二步：将0.001-0.002 mol铁酸镁加入上述溶液中，将混合液加热至30-50℃，并且继续搅拌至全部溶解，标记为溶液b；第三步：将1 mol/l 3.5-14 ml强酸加入上述b溶液中，混合均匀后转入反应釜中，180-200℃反应6-8 h，自然冷至室温，将产物经过离心，用去离子水和乙醇洗涤3次，60-80 ℃烘箱干燥，得最终产物仙人掌形貌偏铁酸镁纳米材料。
[0009]
所述第一步中，聚乙二醇是聚乙二醇-200、聚乙二醇-400或聚乙二醇-600的一种或其组合。
[0010]
所述第三步中，强酸是盐酸或硫酸中的一种或其组合。
[0011]
本发明提供一种仙人掌形貌偏铁酸镁纳米材料，根据上述任一所述方法制备得到。
[0012]
本发明提供一种仙人掌形貌偏铁酸镁纳米材料作为镁电正极材料的应用。
[0013]
本发明通过聚乙二醇定向诱导和强酸调控的水热法制备仙人掌形貌的偏铁酸镁纳米材料。该结构具有较大的比表面积和较好的导电性，进而可以提高材料的电化学性能，在5c倍率下其放电比容量为116 mah/g。解决了在镁离子电池循环过程中比容量衰减相对较快电化学性能相对较差的问题。并且制备方法简单，工艺条件容易实现，能量消耗低，且制备无污染。
附图说明
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图1为实施例1 仙人掌形貌偏铁酸镁纳米材料的放电曲线图；图2为实施例2 仙人掌形貌偏铁酸镁纳米材料的放电曲线图；图3为实施例3 仙人掌形貌偏铁酸镁纳米材料的放电曲线图。
具体实施方式
[0015]
本发明通过下面具体实例进行详细的描述，但是本发明的保护范围不受限于这些实施例子。
[0016]
实施例1一种仙人掌形貌偏铁酸镁纳米材料，通过聚乙二醇定向诱导和强酸调控的水热法制备仙人掌形貌的偏铁酸镁纳米材料，按如下步骤制备：第一步：将0.04 g 聚乙二醇-200溶于80 ml 去离子水中，磁力搅拌10 min，标记为溶液a；第二步：将0.001 mol铁酸镁加入到上述溶液中得到混合液，将混合液加热至30℃，并且继续搅拌至全部溶解，标记为溶液b；第三步：将1 mol/l 3.5ml硫酸加入上述b溶液中，混合均匀后转入反应釜中，180℃反应8 h，自然冷至室温，将产物经过离心，用去离子水和乙醇洗涤3次，60 ℃烘箱干燥，得最终产物仙人掌形貌偏铁酸镁纳米材料。
[0017]
图1是本实施例材料在5c倍率下的放电曲线图，其放电比容量为114 mah/g。
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实施例2
一种仙人掌形貌偏铁酸镁纳米材料，与实施例1近似，按如下步骤制备：第一步：将0.04 g 聚乙二醇-400溶于80 ml 去离子水中，磁力搅拌10 min，标记为溶液a；第二步：将0.001 mol铁酸镁加入到上述溶液中得到混合液，将混合液加热至30℃，并且继续搅拌至全部溶解，标记为溶液b；第三步：将1 mol/l 7 ml盐酸加入上述b溶液中，混合均匀后转入反应釜中，200℃反应6 h，自然冷至室温，将产物经过离心，用去离子水和乙醇洗涤3次，60 ℃烘箱干燥，得最终产物仙人掌形貌偏铁酸镁纳米材料。
[0019]
图2是该材料在5c倍率下的放电曲线图，其放电比容量为103 mah/g。
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实施例3一种仙人掌形貌偏铁酸镁纳米材料，与实施例1近似，按如下步骤制备：第一步：将0.08 g 聚乙二醇-400溶于80 ml 去离子水中，磁力搅拌10 min，标记为溶液a；第二步：将0.002 mol铁酸镁加入到上述溶液中得到混合液，将混合液加热至30℃，并且继续搅拌至全部溶解，标记为溶液b；第三步：将1 mol/l 14ml盐酸加入上述b溶液中，混合均匀后转入反应釜中，200℃反应6 h，自然冷至室温，将产物经过离心，用去离子水和乙醇洗涤3次，80 ℃烘箱干燥，得最终产物仙人掌形貌偏铁酸镁纳米材料。
[0021]
图3是该材料在5c倍率下的放电曲线图，其放电比容量为116 mah/g。

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