镁二次电池正极材料的专利技术分析

户爱敏,司莉敏（国家知识产权局专利局专利审查协作江苏中心,江苏　苏州　215163）

镁二次电池正极材料的专利技术分析

户爱敏,司莉敏
（国家知识产权局专利局专利审查协作江苏中心,江苏苏州215163）

摘要：镁二次电池是一种颇具潜力的“绿色动力”电池，寻找合适的正极材料一直是镁二次电池研究的难点。本文以各个专利数据库中的检索结果为样本，对镁二次电池正极材料领域进行了全面的统计分析，总结了镁二次电池正极材料领域的专利申请状况，以及对现有的镁二次电池正极材料的专利研究成果予以系统的评述，探讨了镁二次电池正极材料当前存在的问题并对其研究发展方向做了展望。

关键词：镁二次电池;正极材料;专利

0　引言

由于镁在价格上要远远低于锂，而且镁对环境很友好，所以镁二次电池越来越受到人们的广泛关注。镁主要在正极材料中进行嵌入和脱嵌，目前关于正极材料的主要研究是找出能使镁离子进行可逆的插入与脱嵌，并能在电解液中稳定存在的材料。因此寻找理想的能嵌入镁离子的正极材料是镁二次电池研究的重点。

1　镁二次电池正极材料的专利技术分析

1.1专利申请量随时间的发展趋势

由图1可以看出，2000年之后，全球专利申请量和国内专利申请量整体都呈现出一种连续增长的趋势，而且全球专利申请量随时间的发展趋势和国内专利申请量随时间的发展趋势表现一致。

镁二次电池正极材料的技术发展主要经历了三个阶段：第一阶段，从2000年-2004年，这个阶段属于镁二次电池正极材料发展的萌芽期，这是由于在1990年，Gregory等人首次报道了较完整的镁二次电池系统，但是由于电解质的氧化稳定性不足，没能证实电池的实用性，直到2000年，Aurbаch等人研究出了一种新的镁二次电池体系，使镁二次电池体系得到了突破性的进展[1]，但由于此时镁二次电池的研究还处于起步阶段，受技术以及其他各种方面的影响，使其发展缓慢。第二阶段，从2005年-2009年，这个阶段属于镁二次电池正极材料发展的过渡期，在此期间，专利申请出现增长趋势，但是整体的成果还是较少。第三阶段，从2010年-至今，在这个阶段，关于镁二次电池正极材料的专利申请量开始急剧增长，这跟能源的日益消耗以及人类对新型的可再生能源的关注度越来越大是密不可分的，当然也离不开全球各个国家和政府对专利的重视以及对专利申请的大力扶植。

1.2国内主要申请人分布

图1　全球和国内申请量随时间的发展趋势

在国内，申请量最大的为上海交通大学，其次为南开大学和索尼公司；在前十名申请人中，其中有五名为高校申请，这说明了在国内关于镁二次电池正极材料的研究主要集中于国内的高校申请。

1.3镁二次电池正极材料的专利分类

1.3.1无机物类正极材料

目前对无机物类正极材料的研究主要集中在过渡金属硫化物和过渡金属氧化物方面。过渡金属硫化物被认为是一种典型的嵌入/脱嵌基质材料，主要结构有二维的层状硫化物例如TiS2、MoS2、ZrS2，和Chevrel相的硫化物如CuxMgyMo6S8等[2]。由于过渡金属氧化物中的强的氧金属键使得过渡金属氧化物具有较高的离子性特征，使得化合物具有较高的电位，且相对于过渡金属硫化物，过渡金属氧化物易制备，且成本比较低；最重要的是过渡金属氧化物不易被腐蚀，因而具有更高的化学稳定性，因此将过渡金属氧化物用作镁二次电池的正极材料也是一直以来研究的热点。

1.3.2有机物类正极材料

近年来，有机化合物因理论库伦容量高而被用作镁二次电池的正极材料，它可使电池放电平稳，而且有机物与传统的无机物相比有较好的容量和低温性能。目前，对有机物类正极材料的研究主要集中在有机硫化物、有机硫聚合物以及含氧有机物等方面。采用有机硫化物作为镁二次电池的正极材料，具有容量大、电压平台高的特点，并具有制备简单、廉价、结构可设计等优点。在有机硫聚合物中以有机导电基团或导电聚合物为骨架，并且在分子内部含有一个或多个-S-S-化学键结构，兼具导电聚合物的导电性能和有机硫化物的高能量密度的特点。而含氧有机物具有羰基或·O-N自由基基团，其通过羰基的烯醇化或者自由基的氧化还原反应进行电子的转移，从而实现Mg2+的可逆插入与脱出。

2　结语

目前对于各类嵌镁正极材料的研究还处于初级阶段，多数新材料的开发都借鉴于锂离子电池正极材料，目前镁二次电池正极材料发展的瓶颈主要是由于镁二次电池中的镁的电化学行为涉及的机理比锂复杂的多，因此开发出具有储能高、循环性能好、寿命长的镁二次电池正极材料，在推动镁二次电池进一步发展的道路上具有重要的意义。

参考文献:

[1]石春梅.镁二次电池的研究现状[J].电源技术,2010,34(09):975-978.

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