鎂二次電池正極材料的專利技術分析

戶愛敏,司莉敏（國家知識產權局專利局專利審查協(xié)作江蘇中心,江蘇　蘇州　215163）

鎂二次電池正極材料的專利技術分析

戶愛敏,司莉敏
（國家知識產權局專利局專利審查協(xié)作江蘇中心,江蘇蘇州215163）

摘要：鎂二次電池是一種頗具潛力的“綠色動力”電池，尋找合適的正極材料一直是鎂二次電池研究的難點。本文以各個專利數(shù)據(jù)庫中的檢索結果為樣本，對鎂二次電池正極材料領域進行了全面的統(tǒng)計分析，總結了鎂二次電池正極材料領域的專利申請狀況，以及對現(xiàn)有的鎂二次電池正極材料的專利研究成果予以系統(tǒng)的評述，探討了鎂二次電池正極材料當前存在的問題并對其研究發(fā)展方向做了展望。

關鍵詞：鎂二次電池;正極材料;專利

0　引言

由于鎂在價格上要遠遠低于鋰，而且鎂對環(huán)境很友好，所以鎂二次電池越來越受到人們的廣泛關注。鎂主要在正極材料中進行嵌入和脫嵌，目前關于正極材料的主要研究是找出能使鎂離子進行可逆的插入與脫嵌，并能在電解液中穩(wěn)定存在的材料。因此尋找理想的能嵌入鎂離子的正極材料是鎂二次電池研究的重點。

1　鎂二次電池正極材料的專利技術分析

1.1專利申請量隨時間的發(fā)展趨勢

由圖1可以看出，2000年之后，全球專利申請量和國內專利申請量整體都呈現(xiàn)出一種連續(xù)增長的趨勢，而且全球專利申請量隨時間的發(fā)展趨勢和國內專利申請量隨時間的發(fā)展趨勢表現(xiàn)一致。

鎂二次電池正極材料的技術發(fā)展主要經歷了三個階段：第一階段，從2000年-2004年，這個階段屬于鎂二次電池正極材料發(fā)展的萌芽期，這是由于在1990年，Gregory等人首次報道了較完整的鎂二次電池系統(tǒng)，但是由于電解質的氧化穩(wěn)定性不足，沒能證實電池的實用性，直到2000年，Aurbаch等人研究出了一種新的鎂二次電池體系，使鎂二次電池體系得到了突破性的進展[1]，但由于此時鎂二次電池的研究還處于起步階段，受技術以及其他各種方面的影響，使其發(fā)展緩慢。第二階段，從2005年-2009年，這個階段屬于鎂二次電池正極材料發(fā)展的過渡期，在此期間，專利申請出現(xiàn)增長趨勢，但是整體的成果還是較少。第三階段，從2010年-至今，在這個階段，關于鎂二次電池正極材料的專利申請量開始急劇增長，這跟能源的日益消耗以及人類對新型的可再生能源的關注度越來越大是密不可分的，當然也離不開全球各個國家和政府對專利的重視以及對專利申請的大力扶植。

1.2國內主要申請人分布

圖1　全球和國內申請量隨時間的發(fā)展趨勢

在國內，申請量最大的為上海交通大學，其次為南開大學和索尼公司；在前十名申請人中，其中有五名為高校申請，這說明了在國內關于鎂二次電池正極材料的研究主要集中于國內的高校申請。

1.3鎂二次電池正極材料的專利分類

1.3.1無機物類正極材料

目前對無機物類正極材料的研究主要集中在過渡金屬硫化物和過渡金屬氧化物方面。過渡金屬硫化物被認為是一種典型的嵌入/脫嵌基質材料，主要結構有二維的層狀硫化物例如TiS2、MoS2、ZrS2，和Chevrel相的硫化物如CuxMgyMo6S8等[2]。由于過渡金屬氧化物中的強的氧金屬鍵使得過渡金屬氧化物具有較高的離子性特征，使得化合物具有較高的電位，且相對于過渡金屬硫化物，過渡金屬氧化物易制備，且成本比較低；最重要的是過渡金屬氧化物不易被腐蝕，因而具有更高的化學穩(wěn)定性，因此將過渡金屬氧化物用作鎂二次電池的正極材料也是一直以來研究的熱點。

1.3.2有機物類正極材料

近年來，有機化合物因理論庫倫容量高而被用作鎂二次電池的正極材料，它可使電池放電平穩(wěn)，而且有機物與傳統(tǒng)的無機物相比有較好的容量和低溫性能。目前，對有機物類正極材料的研究主要集中在有機硫化物、有機硫聚合物以及含氧有機物等方面。采用有機硫化物作為鎂二次電池的正極材料，具有容量大、電壓平臺高的特點，并具有制備簡單、廉價、結構可設計等優(yōu)點。在有機硫聚合物中以有機導電基團或導電聚合物為骨架，并且在分子內部含有一個或多個-S-S-化學鍵結構，兼具導電聚合物的導電性能和有機硫化物的高能量密度的特點。而含氧有機物具有羰基或·O-N自由基基團，其通過羰基的烯醇化或者自由基的氧化還原反應進行電子的轉移，從而實現(xiàn)Mg2+的可逆插入與脫出。

2　結語

目前對于各類嵌鎂正極材料的研究還處于初級階段，多數(shù)新材料的開發(fā)都借鑒于鋰離子電池正極材料，目前鎂二次電池正極材料發(fā)展的瓶頸主要是由于鎂二次電池中的鎂的電化學行為涉及的機理比鋰復雜的多，因此開發(fā)出具有儲能高、循環(huán)性能好、壽命長的鎂二次電池正極材料，在推動鎂二次電池進一步發(fā)展的道路上具有重要的意義。

參考文獻:

[1]石春梅.鎂二次電池的研究現(xiàn)狀[J].電源技術,2010,34(09):975-978.

[2]AURBACH,Doronetal.HIGH-ENERGY,RECHARGEABLE,EL ECTROCHEMICALCELLSNON-AQUEOUSELECTROLYTES[P]. WO01/29919A1,2001(04):26.