[发明专利]一种镁电池用镁电极及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电池技术领域，涉及镁电池，尤其是一种镁电池用镁电极及其制备方法。

背景技术

金属镁资源丰富，价格低廉，环境友好，具有密度小、电极电位负、理论比容量大(2205mAh·g^-1)的特性。镁电池作为一种新型绿色化学电源，还具有高比能、安全、无污染等特点，被认为是未来替代传统电池的理想换代产品之一。但是，传统镁电极采用压延法制备，表面具有很厚的钝化膜，使得镁的利用率降低，放电时存在电压滞后现象；虽然通过加入添加剂、合金化等手段，使表面钝化膜受到抑制、电性能得到较大改善，但牺牲了镁电极的工作电位和倍率放电性能，因此，科学家们一直在尝试制备一种表面不存在或较少钝化膜薄层的镁电极。薄层电极通常可以通过电镀、物理沉积等方法获得。其中，金属镁的电极电位很负且反应活性比较高，镁的电沉积不能在水溶液和大多数有机电解质体系中进行，相应的镀液体系必须采用非质子溶剂，而且镀液中的各组分与镁不发生反应，可用于沉积金属镁的溶剂大多为有机溶剂和离子液体，其中效果最好的是四氢呋喃，而镁盐则主要是一些有机镁盐，如格氏试剂及氯化铝有机金属镁配合物等，镀液体系都属于简单盐体系。因此现有的镁电极存在着与基体结合不很牢固，表面会出现钝化膜，不适于大电流放电。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足之处，提供一种具有大电流放电性能的双层结构的镁电池用镁电极；

本发明的另一个目的是提供上述镁电池用镁电极的制备方法。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种镁电池用镁电极，是在基体材料上沉积有双层结构的电极材料，底层为铜层，表层为镁或镁合金层。

而且，所述基体材料为聚合物、多孔材料、在电解液中稳定存在的金属材料。

而且，所述聚合物为塑料如PP、PE、PVC或PTFE。

而且，所述多孔材料为泡沫镍或泡沫铜。

而且，所述在电解液中稳定存在的金属材料包括不锈钢带、镍带以及表面镀铬的材料。

一种镁电池用镁电极的制备方法，步骤是：

(1)对基体材料在丙酮溶液中进行超声清洗；

(2)在基体材料底层进行铜层的电镀，电镀条件为温度50-60℃，电流密度为10-20mA/cm²；

(3)表面具有铜层的材料上进一步进行镁的电沉积，方式为恒电流电沉积，电流密度为0.8-1.2mA·cm^-2。

而且，所述铜电镀液的配方为：焦磷酸钾350g/L，硝酸铵20g/L，硫酸铜90g/L，pH值控制在8.2-8.8。

而且，所述镁的电沉积中，对电极以及参比电极采用镁条，电解液为1.0M的EtMgBr/THF溶液。

本发明的优点及有益效果是：

1、本发明采用电镀方法制备的双层镁电极，具有镁层与基体材料结合牢固、致密，放电性能好等优点，且电极表面没有钝化膜、镁镀层质量好。

2、本发明是选取EtMgBr/THF溶液作为电解液，比较了两种基体材料铜和镍上镁的电沉积行为，考察了镁沉积层的表面形貌，将镍作为基体材料，在镍基体上预镀金属铜，然后在EtMgBr/THF溶液中电沉积镁，制备出镁电极，其电化学极化得到改善，易于大电流放电。

附图说明

图1为本发明在泡沫镍上形成双层膜的镁电极SEM照片；

其中：a)为电镀镁前；b)为电镀镁后。

图2为本发明在不同基体材料上的电沉积镁的SEM图谱；

其中：a)为镍基体；b)为铜基体。

图3为本发明镁电极的放电曲线；

其中：上为具有双层结构的多孔镁电极；下为平板镁电极。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明进一步说明，下述实施例是说明性的，不是限定性的，不能以下述实施例来限定本发明的保护范围。

一种镁电池用镁电极，采用电沉积镁，镁层的厚度由电沉积时间/电量决定，为保证镁电极的集流效果、形貌及其与基体材料的结合强度，在其间采用了铜过渡层，即镁电极的电极材料是由铜层和镁层构成的双层膜。

镁的电沉积采用在格氏试剂的醚溶液实现镁的电沉积，本发明选用1MEtMgBr/THF溶液作为电解液进行电沉积，表面不会形成钝化膜。电沉积在电流密度最佳为1.0mA·cm^-2恒流条件下进行，电沉积时间均为1小时。