[发明专利]一种可充电镁电池

说明书

本发明涉及镁电池技术领域，尤其涉及一种可充电镁电池。所述可充电镁电池，其特征在于：包括正极、负极、隔膜和电解液，所述正极的活性材料为纳米硒化铜，所述负极为镁片，所述电解液为Mg(AlCl₂EtBu)₂/THF。本发明提供的可充电镁电池具有明显的充放电平台，稳定放电比容量高，经过60次循环，比容量达初始稳定容量的90.4％，可逆性好。

技术领域

本发明涉及镁电池技术领域，尤其涉及一种可充电镁电池。

背景技术

随着能源时代的发展，在目前已有的电池体系中，以锂离子电池为主要代表的电池研究和应用取得了重大的进展，并被广泛地应用于电子设备和电动汽车等领域。但是由于金属锂熔点低，有较强的化学活性，锂离子电池用于大电流充放电时很容易在负极析出金属Li，从而引发安全隐患，而且我国目前的锂资源开采有限，因此限制了锂离子电池的进一步发展和应用。金属镁在我国资源丰富，储量居世界首位，而且具有成本低廉，安全，对环境友好等优势，另外作为电池负极材料，Mg/Mg²⁺的电势很负，标准电极电位-2.37V(vs.SHE)，理论比容量高达2205mA·h/g，是替代锂离子电池的理想负极材料，有望成为电动汽车等大型动力可充电化学电源。

由于镁离子电池极化作用较强，动力学性能较差，溶剂化现象严重，易在电解液中形成钝化膜，导致离子的嵌入和脱出困难，因此限制了镁电池正极材料的来源。目前已开发出的Mg²⁺电池正极材料普遍循环性能较差，容量较低，衰减较严重且与电解液不匹配，导致电池电压较低，可充Mg²⁺电池的能量密度较低，严重影响了可充电镁电池的推广和使用。

发明内容

针对现有镁离子电池极化作用较强，动力学性能较差，溶剂化现象严重，易在电解液中形成钝化膜，导致离子的嵌入和脱出困难的问题，本发明提供一种可充电镁电池。

为达到上述发明目的，本发明实施例采用了如下的技术方案：

一种可充电镁电池，包括正极、负极、隔膜和电解液，所述正极的活性材料为纳米硒化铜，所述负极为镁片，所述电解液为Mg(AlCl₂EtBu)₂/THF。

相对于现有技术，本发明提供的可充电镁电池具有以下优势：

本申请以纳米硒化铜为正极活性材料，其含有的铜离子具有较好的流动性，有利于离子和电子的传输，使其具有高的离子电导率和足够的空位供镁离子嵌入，且纳米硒化铜具有大的比表面积能增加电解液与电极材料的接触面积，更容易获得较高的比容量；同时硒化铜的纳米结构能很好的释放体积膨胀造成的应力，抑制材料结构的坍塌脱落，使电极结构稳定，这有利于电池的循环性能；此外，纳米结构的硒化铜能使Mg²⁺扩散路径大大缩短，更有利于电池的倍率性能。

本申请以Mg(AlCl₂EtBu)₂/THF为电解液，其吸电子卤素配体和有机铝核之间的结合既不用牺牲镁的可逆沉积溶出又能扩展其电化学窗口。

本申请组装的CuSe||Mg(AlCl₂EtBu)₂/THF||Mg可充电镁电池的正极和负极的反应方程式分别如下所示，与图6和图7的分析结果相对应。

正极：

负极：

优选地，所述纳米硒化铜的粒径为30-50nm，且其在所述正极中的含量为1.5-2.0mg/cm²；所述正极还包括导电剂和粘结剂，所述活性材料、导电剂和粘结剂的质量比为6-7.5:1.5-3:0.5-1.5。

优选地，所述活性材料、导电剂和粘结剂的质量比为7:2:1。