[发明专利]一种镁金属电池负极功能涂层、负极极片的制备方法及应用

说明书

本发明涉及电化学储能技术领域，涉及一种镁金属电池的负极功能涂层、负极极片的制备方法及其在镁金属电池中的应用。功能涂层为金属颗粒或碳材料或无机颗粒的一种或多种，通过有机粘结剂粘附于镁金属片表面形成镁金属电池负极功能涂层。本发明利用金属颗粒或碳材料或无机颗粒增大镁金属负极表面的表面能，达到抑制镁金属负极与电解液之间的副反应，并且稳定镁金属均匀沉积的目的。本发明所用原料易得，成本低廉，生产效率高，制备技术与现有电池极片的制备设备和工艺相兼容，对镁金属一次电池和二次电池体系均可适用。

技术领域

本发明涉及电化学储能技术领域，涉及一种镁金属电池的负极功能涂层、负极极片的制备方法及其在镁金属电池中的应用。

背景技术

镁金属负极凭借其高体积比容量(3833mAh/cm³)、原材料丰富、价格低廉、安全性较高等诸多优势，受到产学研界的大量关注。然而，镁金属负极在商业化应用中面临着几大难题需要被克服，尤其是在镁金属二次电池体系中。首先，镁金属作为一种具有高还原性的金属，会与电解质体系发生显著的氧化还原副反应，导致镁金属表面被严重腐蚀或钝化，影响镁金属负极的正常工作。其次，在镁金属二次电池体系中，随着充放电过程的进行，镁金属表面的电化学反应速率并不均匀发生，因此会出现明显的沉积或溶解不均匀现象，严重的话，会形成刺穿电池隔膜的“枝晶”或“凸起”结构，从而造成电池内短路，带来不可控的安全隐患。Luo等人尝试在镁金属负极表面构筑人工界面层(National science review,2020,7(2):333-341；Energy Storage Materials,2020,26:408-413)，但是这些改性手段普遍存在工艺复杂的问题，且并未在高面容量条件下考察这些界面保护层的有效性，所以商业化应用前景还有待考证。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种镁金属电池的负极功能涂层、负极极片的制备方法及其在镁金属电池中的应用，能够有效解决镁金属负极界面副反应和不均匀沉积物的问题，并且工艺简单，适合大规模生产。

发明内容

本发明目的在于提供一种镁金属电池的负极功能涂层、负极极片的制备方法及其在镁金属电池中的应用。

为实现上述目的，本发明采用技术方案为：

一种镁金属电池负极功能涂层，功能涂层为金属颗粒或碳材料或无机颗粒的一种或多种，通过有机粘结剂粘附于镁金属片表面形成镁金属电池负极功能涂层。

所述金属颗粒为镁粉、钨粉、钼粉、钒粉、铋粉、锡粉中的一种或多种；所述无机颗粒为二硫化钼、二硫化钛、四硫化钒、二硒化钨中的一种或多种；所述碳材料为石墨烯、石墨、碳纳米管、导电碳黑、气相生长炭纤维和科琴黑中的一种或几种；所述粘结剂为聚偏氟乙烯、聚丙烯酸、聚四氟乙烯和聚乙烯醇中的一种或多种。

一种镁金属电池负极功能涂层的制备方法：包括以下步骤：

1)在惰性气氛或者干燥空气中，利用砂纸将镁金属片的表面氧化层打磨干净；

2)将粘结剂溶于有机溶剂中，然后将功能涂层颗粒分散于上述溶液中，得到功能涂层颗粒与有机粘结剂的均匀溶液；

3)在步骤1)所得镁金属片表面涂覆上述步骤2)的功能涂层溶液，在镁金属片表面形成均匀的功能涂层表面，烘干处理后，从而得到稳定的镁金属负极功能涂层。

所述步骤1)中打磨所用的砂纸目数在400～2000目之间，打磨时间2min～30min。

所述步骤2)中功能涂层颗粒与有机粘结剂的均匀溶液中粘结剂的终浓度为5mg·ml^-1～300mg·ml^-1；溶解粘结剂的有机溶剂为丙酮、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜中的一种或几种；金属颗粒或碳材料或无机颗粒与粘结剂的质量比为20:1～1:2。

上述有机溶剂是对粘结剂进行分散处理。