一種適用於鎂‑錳乾電池的新型複合電解液的製作方法

2023-09-22 08:04:15 2

本發明涉及新型複合電解液領域，具體是一種適用於鎂-錳乾電池的新型複合電解液。

背景技術：

鎂及其合金具有電極電勢負、理論比容量高、資源豐富等優點逐漸成為新型電池負極材料，在電池領域有著巨大的應用潛力。

由鎂合金負極組成的鎂-錳乾電池，放電電壓、電池效率均高於傳統鋅錳電池，並且從電池組裝到放電完成廢棄均無汙染物產生。

早在上個世紀，鎂-二氧化錳電池的研究就引起國內外學者的廣泛關注。然而，鎂及鎂合金化學性質極其活潑在電解液中發生電化學氧化放電的同時，伴隨著自腐蝕析氫反應，這種副反應的發生會大大降低鎂合金的利用率、影響電池效率和放電穩定性、引發電池「氣脹」現象；同時，鎂合金表面覆蓋的一層緻密氧化膜，當電池開始放電時，需要一定時間擊穿鈍化膜，放電反應才得以順利進行，即在電池兩端加上負載後，需要經過一段時間才能正常輸出電壓，由此造成電池的「滯後效應」影響電池的放電性能，鎂錳乾電池的商品化因此受到極大的阻礙。

技術實現要素：

本發明的目的是解決現有技術中，由於鎂錳乾電池中鎂合金的滯後效應帶來的放電電壓低、電池壽命短、電池材料利用率低等問題。

為實現本發明目的而採用的技術方案是這樣的，一種適用於鎂-錳乾電池的新型複合電解液，其特徵在於：包括基礎電解液和復配添加劑；

所述基礎電解液為硫酸鎂-硝酸鎂，

所述復配添加劑為磷酸鈉-氟化鈉；

所述硫酸鎂-硝酸鎂的濃度為1～2.5mol/L；所述磷酸鈉-氟化鈉的濃度為5～50mmol/L；

所述溶劑為去離子水。

進一步，所述電解液適用的內嵌式鎂-錳乾電池的組裝過程包括以下步驟：

1)將二氧化錳和乙炔黑在研缽中混合研磨至均勻後，加入配置好的電解液，充分研磨，得到均勻混合的正極糊；

所述正極糊中的含水量為50％～80％；

所述二氧化錳和乙炔黑的質量比為85︰15；

所述乙炔黑在正極糊中的質量百分數為10％～15％；

2)將步驟1)中得到的正極糊均勻填充於不鏽鋼網內，壓實後再將填充有正極糊的不鏽鋼網放入塑料管中；

3)將經過預處理後的AZ31B鎂合金用隔膜紙包覆後插入到步驟2)中的正極糊中央，得到鎂-錳乾電池；

4)採用充放電儀對步驟3)中得到的靜置一天的鎂-錳乾電池進行放電測試。

進一步，所述步驟3)中的預處理過程包括打磨、清洗、乾燥和稱重。

進一步，所述步驟4)中的放電測試過程中負極電流密度j＝5mA/cm2，終止電壓為0.9V。

本發明的技術效果是毋庸置疑的，本發明具有以下優點：

1)本發明所用的電解液均採用綠色環保型無機鹽配製而成，來源豐富，無汙染，價格低廉，能降低鎂-錳乾電池的生產成本。

2)本發明採用硫酸鎂-硝酸鎂為基礎複合電解液，開路電位正，活化電位負，具有較低的自腐蝕速率，綜合電化學性能較好。

3)本發明中復配添加劑氟化鈉-磷酸鈉的加入，提高了鎂合金的耐蝕性，滯後時間小於1s。

4)本發明所配製的電解液適用於鎂-錳乾電池，具有放電電壓高、電池容量大、鎂合金負極利用率增加、使用壽命長、無汙染等特點。本發明可以廣泛應用於鎂-錳乾電池生產之中。

附圖說明

圖1是內嵌式鎂-錳乾電池示意圖；

圖2是鎂-錳乾電池在j＝5mA/cm2放電曲線及電壓滯後時間曲線。

具體實施方式

下面結合實施例對本發明作進一步說明，但不應該理解為本發明上述主題範圍僅限於下述實施例。在不脫離本發明上述技術思想的情況下，根據本領域普通技術知識和慣用手段，做出各種替換和變更，均應包括在本發明的保護範圍內。

實施例1：

一種適用於鎂-錳乾電池的新型複合電解液，其特徵在於，包括基礎電解液和復配添加劑；

所述基礎電解液為硫酸鎂-硝酸鎂，

所述復配添加劑為磷酸鈉-氟化鈉；

所述硫酸鎂-硝酸鎂的濃度為1～2.5mol/L；所述磷酸鈉-氟化鈉的濃度為5～50mmol/L；

所述溶劑為水。

實施例2：

採用實施例1中配製的電解液，將如圖1所示的內嵌式鎂-錳乾電池進行組裝，該過程包括以下步驟：

1)將二氧化錳和乙炔黑在瑪瑙研缽中混合研磨至均勻後，加入配置好的電解液，充分研磨，得到均勻混合的正極糊；

所述正極糊中的含水量為60％；

所述二氧化錳和乙炔黑的質量比為85︰15；

所述乙炔黑在正極糊中的質量百分數為15％；

2)將步驟1)中得到的正極糊均勻填充於不鏽鋼網內，壓實後再將填充有正極糊的不鏽鋼網放入10mL的塑料管中；

3)將經過打磨、清洗、乾燥和稱重的AZ31B鎂合金用聚乙烯醇為塗層的電纜紙包覆後插入到步驟2)中的正極糊中央，得到鎂-錳乾電池；

4)採用充放電儀對步驟3)中得到的靜置一天的鎂-錳乾電池進行放電測試，負極電流密度j＝5mA/cm2，終止電壓設置為0.9V，得到如圖2所示的數據曲線。

如圖2所示為鎂-錳乾電池在j＝5mA/cm2放電曲線及電壓滯後時間曲線，從放電曲線明顯看出,有添加劑存在的體系，在整個放電過程中，輸出工作電壓均高於空白體系。同時放電時長從16h增加至25.5h,放電效率提高60％。

另一方面，含有添加劑的電池在恆流放電過程中，放電平臺維持時間長，表明氟化鈉-磷酸鈉的添加減小電極極化，減緩電壓衰減速率。從滯後時間曲線，我們看出含有添加劑的電池在放電初始階段，很快達到正常工作電壓1.5V,相比之下，空白電解液在需要10s的啟動時間才可以達到正常工作狀態。