[发明专利]一种镁电池复配电解液及其制备与使用方法

说明书

本发明属于镁空气电池电解液技术领域，尤其涉及一种镁电池复配电解液及其制备与使用方法。针对现有技术中镁负极材料因杂质存在导致微电偶腐蚀严重从而利用效率低、放电产物易于沉积负极材料表面从而造成放电电位或电压浮动大等问题，制备了一种电解液，其组成成分包括：体积分数为20～40％的双氧水，摩尔分数为0.55～0.75mol/L氯化钠，摩尔分数为0.9～1.2mol/L的邻苯二酚‑3，5二磺酸钠，电解液调节后的pH＝5.8±0.2。制备方法为：(1)均匀混合氯化钠、邻苯二酚‑3，5二磺酸钠等溶质物料；(2)混合均匀后的物料依次加入双氧水、去离子水，搅拌直至溶液均匀，呈透明状态；(3)利用盐酸、氢氧化钠等物质调节溶液至pH＝5.8±0.2。以该电解液为基础，制备的电池具有绿色环保、操作方便、制备工艺简单以及极好的低电流密度下应用潜力等优势。

技术领域

本发明属于镁空气电池电解液技术领域，尤其涉及一种镁电池复配电解液及其制备与使用方法。

背景技术

空气电池作为近年来新型的能源已受到人们的广泛关注。空气电池一般选用活泼金属为负级材料，C/MnO₂及镍网组成阴极材料。这通常是因为活泼金属易于溶解，因而能在持续放电过程中维持稳定的电压。同时，活泼金属材料一般具有较高的理论电容量及能量密度，便于维持长的放电时间，增加电池的使用寿命。

目前，化石燃料紧缺、不可再生且不利于环境保护，各国工作者们都在加紧对于新能源空气电池的研究及投入。但以锂为主要负极材料的新能源空气电池并非无懈可击，锂空气电池虽然具有响应快、电化学活性高等优势，但是锂负极材料成本高，置于电解液中易于出现安全问题。而镁金属虽然电化学活性稍弱于锂金属，但是镁金属具有理论电容量及利用效率高、国内储量丰富、易于加工制备且使用过程安全等优点。因此，镁空气电池日益成为人们关注的热点。但需要提到的是，镁空气电池的发展同时也受制于一些自身的问题。首先，镁空气电池在使用过程中，镁与电解液中的水反应会生成放电产物，如Mg(OH)₂等物质。这些物质会覆盖在镁负极材料的表面，阻碍负极材料与电解液的进一步接触，不利于放电电压的高且稳定。其次，镁负极材料在制备、熔炼过程中会不可避免的夹带铁、铜等杂质元素。杂质与金属之间存在着大的电位差，这种电位差会极大加重镁负极材料在放电过程中的被腐蚀程度，从而降低利用效率及比电容，进而缩短电池使用寿命。再次，放电过程中正极反应需要氧气的参与，而由于氧气在参与过程中存在迟滞现象，最终导致放电电压不稳定。

前两个问题是限制镁空气电池发展的最主要因素。目前主要通过合金化/热处理负极材料、制备改善负极材料性能的电解液来解决前两个问题。一般而言，合金化或热处理调节负极材料第二相的分布及含量的方法繁琐耗时，所需设备及人工成本较高。并且虽然提高了负极材料的放电表现，但是效果不算明显。采用调控电解液成分的方法，只需控制溶剂、溶质的成分比例，便可改善镁负极材料的成分分布及溶解速率。这个方法操作简便，并且显著增加了负极材料与电解液之间的接触面积，从而维持放电电压长时间的稳定。同时，有效改善负极材料的成分分布，对于实际生产应用，提高生产效率具有很大意义。

尽管通过改善或调控电解液成分具有诸多优势，但是目前对于镁空气电池电解液的发明非常少，并没有受到人们的广泛关注。申请号为201811325012.6的专利提出一种用硝酸镁、硫酸镁和钼酸镁的混合液改性镁负极材料，所述专利表明镁负极在2mol/L硝酸镁+0.2mol/L硫酸镁0.02mol/L硫酸镁+0.02mol/L磷酸二氢铵的混合电解液中溶解速率最好，所述发明提供了镁负极材料在浸没一小时后的阻抗图，其中表明负极材料在所述发明提供的实施例1中的阻抗值为1300Ω/cm²，说明负极材料在所述电解液中的溶解速率较慢，不利于维持电化学活性及长期的使用寿命。所述发明仅提供了负极材料在2.5mA·cm^-2下10min的放电电位曲线图，并没有考虑电解液是否有助于长时间改性镁负极材料。同时，所述发明并没有关注空气电池的另一个重要指标，利用效率。这对于镁空气电池而言，存在很大的应用限制。