[发明专利]一种水激活镁一次电池及其正极浆料制备工艺

说明书

本发明提供了一种水激活镁一次电池及其正极浆料制备工艺，属于水激活镁电池制备技术领域。所述制备工艺包括制备所述溶剂、所述黑色粉末、所述石墨烯稳定剂及所述导电银浆稀释液，然后将10～30重量份的所述石墨烯稳定剂、10～30重量份的所述导电银浆稀释液和所述黑色粉末加入所述溶液中，均匀混合得到正极浆料。本申请正极浆料制备工艺合理，涂覆均匀性好，极片上的活性物质不易脱落。最终组装的镁一次电池加水之后在敞口环境中20mA恒流稳定放电30h以上，可应用于在有水环境中工作的微型电子设备。

技术领域

本发明属于水激活镁电池制备技术领域，具体涉及一种水激活镁一次电池正极浆料及其制备工艺、一种使用该正极浆料组装得到的水激活镁一次电池以及一种该水激活镁一次电池在有水环境中工作的微型电子设备中的应用。

背景技术

目前市场上常用的电动产品大多都是锂电池为能源供给，但是锂电池始终还是一种过渡，且其本身存在污染以及其他电池容量、安全性等方面的问题。同时锂资源储量有限且分布不均的问题也难以满足未来大规模供应要求。相比而言，镁储量丰富，镁电池不仅成本低，而且安全性很高。继锂电池、钠电池之后，镁电池逐渐成为了新能源研究的重点，其应用受到越来越广泛的关注。然而限制镁电池发展主要还是技术以及适配的电极材料。

水激活镁一次电池由嵌入型正极(如二氧化锰等)、负极及常规水激活电解液构成，普遍存在正极效率低、放电电压不稳定、电压平台时间短、反应放热量大、体积膨胀等缺陷。因此水激活镁离子电池商用需要攻克的难题还有很多。正极材料是水激活镁一次电池中特别重要的一环，通常MnO₂只作为正极的活性物质，还要添加一些添加剂才能成为正极浆料，因此对正极浆料配方的研究及相应的制备具有十分重要的意义。

发明内容

对于正极活性材料为二氧化锰、负极为镁金属或镁合金的水激活镁一次电池而言，其的反应方程式如下：

Mg+2MnO₂+H₂O→Mg(OH)₂+Mn₂O₃

发明人表示，由于负极中的镁比较活泼，在强电解质溶液中反应速率很快，然而正极反应速率低，往往会造成电极利用率低，严重制约了水激活镁一次电池的发展。此外，发明人经过实验测试，还发现：仅仅改善正极反应速率，依然不利于水激活镁一次电池的持续稳定使用，因为水激活镁一次电池在恒流放电过程中会大量放热，导致电池放电结束后体积有十分明显的变化，甚至于过度膨胀；而且随着正极反应速率的提升，其放热和体积问题将更加严重。

针对现有技术中存在的缺陷，结合发明人的上述试验和发现内容，本发明的目的之一在于提供一种具有在使用过程中正负极反应匹配协同性良好且放电结束后体积无明显变化的水激活镁一次电池及其正极浆料和制备工艺。

围绕上述技术问题，发明人经研究和试验发现，通过石墨烯稳定剂的引入、导电银浆稀释液的引入、以及对相关粉料的粉末化处理以及组配等手段的协同控制和作用，能够改善水激活镁一次电池在使用过程中正负极反应匹配协同性，同时能够改善放电前后电池体的一致性。

石墨烯具有十分优异的热传导性质，在同正极活性物质的有效接触、保护过程中，一方面可降低电解液在其表面的副反应放热；另一方面石墨烯增加碳导电剂的单位碳原子导电效率，“点—点”接触模式变为“面—点”接触模式，可以构建“至柔至薄至密”的导电网络。然而，发明人经研究发现，将石墨烯当作石墨来添加不仅大幅提高成本，而且效果并不好。原因之一在于，由于石墨烯表面活性基团较多，往往造成团聚，直接添加石墨烯的方式构筑不了石墨烯网络，甚至通过分散剂单独引入石墨烯，也无助于电池使用过程中的正负极反应匹配协同性和放电前后体积一致性的综合改善。