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摘 要

随着人类社会的光速发展，电子科技产品深深的融入于世间每一个角落。于是，为电子产品提供能量的电池正在成为人们日益关注的话题。电池技术的追求以获取更佳性能与续航，成为突破电子产品的钥匙。锂电池作为目前市面上使用最广并且性能最佳的电池，具有体积小和质量轻并且无记忆性以及良好循环的性能，无污染等很多特点。但随着三星电池爆炸进入人们的视野，锂电池存在的缺陷，也让人们对于其的使用越发担忧，锂电池存在安全性能差，在极端条件下，极有可能发生爆炸的缺点。并且锂电池成本高昂，造价昂贵，使用条件苛刻，在低温下容易出现无法正常工作的问题。于是，科学家们将目光投向镁电池的研究，镁电池作为当代一种新的研究电池，其具有成本低、电容量优秀、储存量丰富等特点。

用镁作为负极，并且以其他非金属亦或是金属氧化物材料作为正极的原电池是新型镁二次电池的特征之一。通过研究人员对镁二次电池的深刻研究，TI₃C₂和VS₄作为正极材料的新型镁电池，渐渐吸引了众多关注。而以Ti₃C₂和VS₄为正极的镁二次电池，借助于MXene卓越的极佳性能，打算运用有着超高的导电性的材料MXene和VS₄通过复合，提高其电子电导率与结构稳定性。

关键词： Mxene Ti₃C₂ 正极材料 镁电池 VS₄

Study on Electrochemical Performance of Cathode Materials for Magnesium Secondary Battery with VS₄@Ti₃C₂

Abstract

Nowadays, the fast development of technology has become a hard problem, due to the lack of energy. Therefore, batteries that provide energy for electronic products have also become a topic of increasing concern. The pursuit of battery technology for better performance and endurance has become the key to breakthrough electronic products. Lithium battery, as the most widely used battery with the best performance and the largest amount on the market, has the characteristics of small size, light weight, no memory, good cycle performance, and no pollution. However, as the Samsung battery exploded into people's vision, the defects of lithium batteries also made people more worried about their use. Lithium batteries have poor safety performance, and under extreme conditions, explosions are likely to occur. In addition, the cost of lithium batteries is high, the manufacturing cost is high, and the use conditions are harsh. The problem that they cannot work normally at low temperatures is prone to occur. Therefore, scientists turned their attention to the research of magnesium batteries. As a new type of contemporary research battery, magnesium batteries have the characteristics of low cost, excellent electric capacity, and abundant storage capacity.

In the research of magnesium batteries by scientists, magnesium batteries in which TI₃C₂ and VS₄ are positive electrode materials have received extensive attention. For the magnesium battery with TI₃C₂ and VS₄ as the positive electrode, with the excellent performance of MXene, it is planned to use ultra-high conductivity materials MXene and VS₄ to compound, to improve its electronic conductivity and structural stability.

Keywords: MXene Ti₃AlC₂ Magnesium Battery

目录

第一章 绪论 5

1.2.研究背景 5

1.2.镁二次电池的介绍 6

1.3.Mxene的介绍 7

1.3.1 Mxene的性能 7

1.3.2 Mxene用于镁二次电池的应用 7

1.4.VS4正极介绍 10

1.4.1 VS4材料的性能 10

1.4.2 VS4材料在镁二次电池的应用 10

1.4.课题内容 12

第二章 实验部分 13

2.1.相关原料和试剂 13

2.2.实验相关仪器 13

2.3.实验步骤 15

2.3.1 刻蚀Ti3C2 15

2.3.2 扩层Ti3C2 15

2.3.3 静电修饰Ti3C2 15

2.3.4 制备VS4@Ti3C2/C 15

2.3.5 合成VS4 15

2.3.6 制极片 15

2.3.7 X射线的衍射 16

2.3.8 扫描电子显微镜表征 16

2.3.9 VS4@Ti3C2电池的装配 16

2.4.电化学性能测试 16

第三章 实验结果与分析 17

3.1.物相测试 17

3.2.形貌的分析 17

3.3.电化学测试 18

3.3.1 充放电测试 18

3.3.2 电化学阻抗谱测试 19

3.3.3 赝电容测试 20

第四章 结论和展望 22

4.1.结论 22

4.2.展望 22

参考文献 24

致谢 26

第一章 绪论

1.2.研究背景

用一个成语来形容，现在电子技术与人们的关系，我觉得用如影随形这个词一点都不为过。于是，电子产品能量的来源，电池也成为人们关注的重要话题。电池技术的追求来获取更好性能和续航，成为攻克电子产品的关键。目前，我们能够在日常经常看到的的二次电池主要有这几种，例如铅酸电池、镍氢电池以及锂二次电池。这些产品能够应用于生活的方方面面，但是因为能量供应的问题，日渐疲惫。铅酸电池相对来说在市场上价格适中，在很多代步新能源车的使用方面应用较多，但他的能量密度很低，还可能破坏环境，技术的潮流中，已经背离了人们的满足需求。与之相比，安全方面镍氢电池发挥的还算不错，电池的技术相也对成熟，可是高昂的价格还有能量供应差，也饱受诟病，更致命的是，很难迎合大规模充电和纯电车的需求。锂二次电池可以说是几个电池中，最为出色的一个，无论是能量密度还是价格来说，所以，锂电池是目前智能的电子产品的首要选择，电动汽车的推广， 锂电池受益最大。但锂离子电池能量密度上限存在瓶颈，现在也越来越难以满足飞速发展的交通。并且，最为致命的，金属镁为负极的锂电池易爆炸，金属锂表面形成粗大枝晶的问题难以在充放电的时候解决，枝晶刺破隔膜后，很有可能使得电池发生短路，从而引起爆炸等重大事故。

镁之所以能成为未来电池理想负极的主要原因是因为它存在很多优秀的特质。例如，镁离子有二价离子特性，单个离子被氧化（还原）过程提供锂离子的被氧化（还原）电量的好几倍^[1]，能提供高能量的密度。3833 mAh cm^-3近似金属镁的比容量，比金属锂的（2046 mAh cm^-3）要高。金属镁熔点约（649℃），在空气中电极的制备步骤安全；在大多数的有机溶剂中金属镁，不形成枝晶，并切，其使用安全的系数高。镁是地壳中储量元素为第五，大量的储量使金属镁的价格便宜（约为锂1/24），并且对环境没有污染，可充电镁离子的电池具有固有优点，如高的容量、低的还原电位，成本低，成为锂离子的电池以外下一代电池主要竞争者。

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