[发明专利]电池正极纳米合成材料制备方法及镁基注水电池

说明书

技术领域

本发明涉及电池技术领域，尤其涉及一种镁基电池。

背景技术

伴随着人们对消费的增加以及工业化进程的加快，全球对能源的需求日益加大，不可再生能源的大量消耗，使其储量急剧减少，环境污染与能源短缺的问题日益突出。研究和发展更为清洁高效的绿色能源已成为各个国家解决能源、环境、社会及经济问题的重要手段。镁空气电池利用空气中的氧气作为正极电化学反应活性物质，使用金属镁作为负极电化学反应活性物质，具有能量密度高、资源丰富、反应活性物质绿色无污染等特点，被认为今后电能转换和大规模储存的首选技术之一。

镁基标准电池延至于镁空气电池的催化膜片技术，同时结合标准电池的设计融合而来。镁空气电池主要由正极、负极和电解液组成，其中，正极通常由扩散层、集流体和催化层构成，负极通常采用镁板、镁棒或者镁锭等。目前，镁空气电池可应用于用于海上航标航标灯以及渔船供电，也可用作临时交通信号、海上或是岛上能源提供、野外地质勘探、北斗导航设备、野外通信机器能源、战时或灾害时医疗能源等，也可作为战备或是民政等等储备的备用电源。目前，所使用的镁空气电池大多以镁板作为电极，其在使用过程中必须加入中性电解质溶液例如盐水或是海水等，镁空气电池其中一个优点是可以在无电解液体的状态下可以超长时间储存。

镁合金是理想的电池阳极材料。但是由于镁合金电化学性质过于活泼作电池阳极材料时会产生一系列负面效应例如：电压滞后。此外，镁合金中杂质元素的存在导致自腐蚀反应生成Mg(OH)₂钝化膜，在化学反应过程中抑制了镁合金阳极活性继续反应。因此，提高镁基合金阳极材料利用率是在电池应用中的难点，解决其技术关键是改变高分子纳米材料的合成来增加镁基干电池的放电输出电容量以及提高电压输出反应速度。

如中国专利申请第201210541769.5号揭示的一种镁空气电池，包括碳棒、镁筒、正极合成粉、内隔膜纸、外隔膜纸、空气正极壳、外壳、吸水层、底碗纸、假底、塑料盖和固定圈。其中，底碗纸设于镁筒的底部，镁筒的内侧面设有内隔膜纸，外侧设有外隔膜纸，镁筒腔内填充正极合成粉；外壳一端开口，镁筒套置于外壳腔体内；碳棒的主体垂直插入正极合成粉中，且其一端伸出外壳开口外；吸水层覆于正极合成粉表面；空气正极壳包裹于外隔膜纸外；外壳扣于空气正极壳外，形成空气室；镁筒底端和外壳的内壁之间设置固定圈；塑料盖置于空气正极壳的上方，并嵌合于外壳开口。然而，该专利申请揭露的镁空气电池的正极粉料是由普通碳锰电池改造而成，小电流的恒流(30MA)连续放电测试时间短、电池容量低，并发现在寿命测试时出现壳体爆裂的问题，无法满足现时电器设备对能源的需求。

又如中国专利申请第201010250018.9号揭示的一种由能容易获得的原料构成的镁空气电池，构成如下：将2片具有复合集电层的Mg合金板以板面为铅垂方向进行定位，复合集电层由以覆盖一侧板面及全部端面的方式进行粘合的导电性金属层和在其上形成的绝缘性树脂层构成，并且以使复合集电层相对置的形态叠合，在各Mg合金板上的导电性金属层上安装负极端子，另外在叠合物的周围卷绕电解质液保持薄板，并且在电解质液保持薄板的外周卷绕碳纤维薄板，同时在碳纤维薄板上安装正极端子。然而，该专利申请揭露的镁空气电池并非注水使用的电池，储存时易发生负极腐蚀，难以实现长时间储存。

再如中国专利申请第201010250018.9号揭示的一种镁金属空气电池，具备至少一个基本电池单元。基本电池单元包括：负极，负极由镁或镁合金构成；正极集电体，正极集电体与负极对置，由导电材料构成；正极侧催化剂层，正极侧催化剂层叠层于正极集电体上的负极侧的面上，至少含有：作为正极活性物质的吸附空气中的氧的活性碳、无水的多价羧酸盐、锰及金属粉；以及分离部件，分离部件设置于负极和正极侧催化剂层之间，容许离子的通过，并且将负极和正极侧催化剂层分离；使用时，通过至少在正极侧催化剂层添加有水或金属氯化物水溶液，以在正极集电体和负极之间产生电动势。然而，该专利申请揭露的镁金属空气电池无法解决在小电流的恒流(30MA)连续放电测试时间短、电池容量低等问题。

因此，提供一种电池容量大、产品环保无污染并可长期储存的镁注水电池及其制备方法成为促进镁基空气电池的工业化进程急需解决的问题，也是有特殊需要的行业必需的产品。

发明内容

本发明的目的是提供一种电池容量大、产品环保无污染、兼具超长时间保存和高储能的镁基空气电池。