镁硫电池硫硒化合物正极材料的研究

朱悦丹，王 犟，努丽燕娜，武 迪，郭 瑞

（1.上海交通大学 化学化工学院，上海 200240；2.上海空间电源研究所，上海 200245）

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化学电源因其能量转换效率高、能量密度高、环境污染小等优点，引起了人们广泛的关注。镍镉电池放电曲线平稳、过载能力强、低温性能较好，是目前应用广泛的航空航天电池。然而，镍镉电池的记忆效应明显，造价高昂，爬碱现象的存在使其容易短路；镉重金属的使用也与如今提倡的环保理念不符。锂离子电池能量密度大，循环性能佳，最容易实现航空电池的轻量化，是当今航空航天电池研究的热点。由于锂元素化学性质活泼，安全性不佳，容易过热起火，且锂离子电池在使用过程中存在枝晶现象，产生的锂枝晶会刺穿隔膜引发电池短路，存在较大的安全隐患。锂离子电池的工作温度范围较窄，不适合太空这样极端的环境。镁与锂处于周期表中的对角线上，两者具有相似的物理性质和化学性质，相比于锂，镁还具有以下优点［1］：1）镁不存在枝晶现象，且镁元素的活泼性弱于锂，有着更高的安全性；2）镁在地壳中的储量丰富，远超过锂，价格更为低廉（镁和锂分别为2 260 美元/t 和98 000 美元/t），成本更低；3）镁的电极电位（-2.37 Vvs.SHE）比锂的（-3.03 Vvs.SHE）高，理论比容量较低（锂为 3 862 mAh·g-1，镁为2 205 mAh·g-1），但是镁元素具有较高的体积比容量（锂为2 046 mAh·cm-3，镁为3 833 mAh·cm-3），在对体积要求严格的大容量储能方面具有优势。由此看来，可充镁电池容易做到小型化，且安全性较好，价格便宜，在航空电池领域展示出应用前景。

可充镁电池正极材料主要有以下几个大类：过渡金属硫化物［2-5］、过渡金属氧化物［6-7］、元素单质材料［8-9］等。……