一种基于缺位固溶原理制备W/Se空位共存的镁电池正极材料WSe2的方法

本发明涉及电池材料，具体涉及一种基于缺位固溶原理制备w/se空位共存的镁电池正极材料wse2的方法。背景技术：：：1、金属镁具有成本低、比容量高、还原电位低以及不容易产生枝晶等优势，因此，以金属镁作为负极的镁电池引起了广泛关注。然而，多价离子在正极材料的嵌入和脱出过程中存在的电荷不平衡等现象，导致了镁电池的比容量低、循环稳定性差，倍率性能不理想以及迁移动力学缓慢等问题。这极大地限制了镁电池的发展。在此情况下，需要探索合理的正极材料的设计和制备方法，以提高可充镁电池的电化学性能。2、空位工程是简单并且常用的正极材料的设计策略，可以有效调控正极材料的电子特性以及修饰正极材料的表面性质，从而在不改变正极材料的本征结构特性的基础上增强其电化学性能。阴离子空位可以有效改善正极材料的表面化学性质，进而增强正极材料的导电性，调控镁离子的扩散通道并且增加活性位点(参考文献：interior-confinedvacancy in potassium manganese hexacyanoferrate for ultra-stable potassium-ion batteries,advanced materials,2024,2310428)。此外，阳离子空位作为空位的一种，还可以降低镁离子与正极材料阳离子晶格之间的静电相互作用力，从而有效降低镁离子的扩散势垒。因此，当在正极材料中同时引入阴离子空位和阳离子空位，可以充分利用阴离子和阳离子空位的优点，进而充分提高正极材料的储镁性能(参考文献：improved ionsstorage performance for various batteries:anatase tio2with high-concentrationofti vacancies,materials chemistry andphysics,2023,301,127591)。对于阴离子空位的引入，阴离子可以通过被还原而从结构中脱出，而引入阳离子空位则较为困难，在结构中同时引入阴离子空位和阳离子空位则面临着巨大的挑战。根据缺位固溶原理，在化合物基的固溶体中，当化合物的组元之一溶入化合物时，另一组元的某些原子位置处会形成空位，因此，通过在化合物的制备过程中引入超化学计量的另一组元，则可能有效构筑阳离子空位。基于上述原理可知，在正极材料的构筑过程中，在引入超化学计量的另一组元的氛围下，并且在还原气氛的加持下，可以实现在结构中同时引入阴离子空位和阳离子空位，这对于应用于镁电池正极材料的构筑以提升其储镁性能还鲜有报道。3、综上，本发明基于缺位固溶原理，在氩气/氢气混合气氛下，在过量硒粉的氛围下中，采用煅烧法，在wse2结构中同时构筑w空位和se空位，应用于镁电池正极材料，并研究其电化学性能。电化学性能测试结果表明，得益于w空位和se空位的协同作用，使w/se空位共存的wse2表现出优异的电化学循环性能和倍率性能，在50ma g-1的电流密度下，wse2的比容量可以稳定维持在140mah g-1左右，并且在电流密度达到1000ma g-1时，表现出较好的倍率性能，并在循环2700圈过程中，比容量保持率达到96％，对新型镁电池正极材料的开发具有重要意义。技术实现思路1、本发明的目的在于提供一种同时引入阴/阳离子空位的制备方法，尤其提供一种基于缺位固溶原理制备w/se空位共存的镁电池正极材料wse2的方法，并探究w/se空位共存的wse2作为正极材料在镁电池中的应用，在w空位和se空位的协同作用下，通过该方法制备得到的w/se空位共存的wse2表现出良好的循环稳定性和较高的倍率性能等特点。2、为实现上述发明目的，本发明所提供的基于缺位固溶原理制备w/se空位共存的镁电池正极材料wse2的过程包括以下步骤：3、1.按照摩尔比为1:2.1的比例分别称取钨粉和硒粉，将其放入无水乙醇中超声分散处理2h；4、2.离心收集混合物，并放入干燥箱内干燥，烘干温度为60c，烘干时间为12h；5、3.将干燥的混合物放置于管式炉加热区，在氩气氛围下800c煅烧2h，随炉冷却后得到wse2；6、4.将得到的wse2和硒粉分别放置于两个瓷舟中，将硒粉置于上游放置于管式炉加热区，在氩气/氢气的混合气氛下，400c煅烧1h，随炉冷却后得到w/se空位共存的wse2。7、本发明还提供了w/se空位共存的wse2作为镁电池正极材料的应用，将所述w/se空位共存的wse2制成正极片，并与金属镁负极材料、玻璃纤维隔膜和apc-thf电解液组装成扣式电池。将组装好的电池静置24h后，在ct2001a电池程控测试仪上进行电化学性能测试，测试电压窗口为0.2～2.1v，电流密度为50～1000ma g-1。8、本发明提供的w/se空位共存的wse2镁电池正极材料的优势在于：9、1、采用本发明基于缺位固溶原理的制备方法，制备出w/se空位共存的wse2，并且作为镁电池正极材料；10、2、采用本发明制备的w/se空位共存的wse2，w和se空位的协同作用可以提高其作为正极材料在镁电池中的电化学性能。se空位的存在可以暴露更多的活性位点，促进wse2吸附更多的镁离子，提高比容量。w空位可以降低镁离子与正极材料中w晶格之间的静电排斥力，以促进镁离子的快速扩散，提高其倍率性能。11、3、采用本发明制备的w/se空位共存的wse2作为镁电池正极材料，表现出优异的电化学性能：在50ma g-1的电流密度下，比容量稳定保持在140mah g-1左右；当电流密度达到1000ma g-1时，表现出良好的倍率性能，在循环2700圈过程中，比容量保持率达到97.6％。12、以下结合附图对本发明的构思、结构及所产生的技术效果作进一步说明。技术特征：1.一种基于缺位固溶原理制备w/se空位共存的镁电池正极材料wse2的方法，其特征在于，制备过程如下：2.根据权利要求1所述的基于缺位固溶原理制备w/se空位共存的镁电池正极材料wse2，其特征在于，在w和se空位的协同作用下，既可以增加镁离子的吸附活性位点，还可以促进镁离子的扩散，并保持储镁过程中的结构稳定性。3.根据权利要求1所述的基于缺位固溶原理制备w/se空位共存的镁电池正极材料wse2，其特征在于，所制得的正极材料应用在镁电池中的比容量为140mah g-1左右，在1000mag-1电流密度下循环寿命为2700圈循环，并具有良好的倍率性能。技术总结本发明公开一种基于缺位固溶原理制备W/Se空位共存的镁电池正极材料WSe<subgt;2</subgt;的方法，属于电池材料技术领域：：。将钨粉和硒粉按1:2.1的摩尔比在无水乙醇中超声分散，干燥后将混合物置于管式炉中，在氩气氛围下，800C煅烧2h，随炉冷却后得到WSe<subgt;2</subgt;；将得到的WSe<subgt;2</subgt;和硒粉分别放置于管式炉加热区，硒粉位于气流上游，在氩气/氢气的混合气氛下，400C煅烧1h，随炉冷却后得到W/Se空位共存的WSe<subgt;2</subgt;。本发明基于缺位固溶原理，采用简单的煅烧法，在WSe<subgt;2</subgt;结构中实现W空位和Se空位共存，W空位和Se空位的协同作用，既增加储镁比容量，还促进镁离子的快速扩散，提高镁电池的电化学性能。由其组装的镁电池，具有高比容量，优异的循环稳定性和倍率性能，具有广阔的应用前景。技术研发人员：吕贺,丁诗琦,李镇江,孙永开,陈岚受保护的技术使用者：青岛滨海学院技术研发日：技术公布日：2025/1/6