[发明专利]新型水系镁金属二次电池其及制备方法

说明书

本发明公开了一种新型水系镁金属二次电池其及制备方法，其包括以下步骤：选用安全无毒的镁合金作为阳极；选用具有大尺寸离子扩散通道的常见阴极材料与导电碳黑、粘结剂调浆，制得水系镁金属电池用的阴极；将镁盐及添加剂超声助溶于具有一定体积比的水系/有机混合电解液，将该电解液用于水系镁金属二次电池组装，所组装出来的水系镁金属二次电池可在大电流下稳定循环60次以上，大幅提升电池循环寿命，输出电压高、比容量大，表现出1.6V以上的高输出电压及197mA h g^‑1的高可逆比容量，具有重要的潜在应用价值，而且对使用场景依赖较小，适用范围广，可以在电网储能、低速电动车及柔性穿戴式供电等领域均有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于水系镁金属电池技术领域，具体涉及一种新型水系镁金属二次电池其及制备方法。

背景技术

“碳中和”关乎人类社会绿色可持续发展，发展二次储能技术实现可再生能源高效利用是实现该目标的关键一环。地壳中镁储量丰富，且镁金属标准电极电势较低(-2.372Vvs标准氢电极，与钠金属接近)，基于镁金属阳极构建高安全、高比能的水系电池，在电网削峰填谷、低速电动汽车及柔性穿戴式供电等领域具有广阔的应用前景。因此，发展高性能的水系二次镁电池具有重要的战略意义。

当前正在研究或已实现应用的水系镁金属电池均为一次电池，包括镁金属-水电池及镁-氧电池，主要应用于特殊场景如海水或海面作业供电。其工作机制是镁金属与水或氧气接触被逐渐氧化，最终产物为氧化镁或氢氧化镁，不能实现可逆应用。尽管采用非镁金属阳极如水合铁钒等能构建水系二次镁离子电池，但由于大部分水系储镁阳极材料低标准电极电位均高于镁金属，往往导致所构建的水系镁离子电池输出电压较低(大多≤1.2V)，且比容量难以大幅提升(通常在120mA h g^-1以下)。相比之下，直接以镁金属为阳极构建二次水系电池具有多种优势：1)实现镁金属循环利用，降低成本；2)与高性能正极材料匹配，可实现能量/功率密度大幅提升；3)应用场景多样化，可用于电网储能、低速电动车及柔性穿戴供电等领域。然而，二次水系镁金属电池至今还未曾被报道，原因在于镁金属在水系电解液中易于钝化，其表面产生的钝化组分如氧化镁、氢氧化镁等成分几乎不能导镁离子，导致电池几乎不能循环使用。相比于镁金属，镁合金生产成本较低，其抗氧化及抗腐蚀能力较强，更有利于用于构建高性能二次水系镁金属电池。另外，采用可诱导镁合金阳极界面原位形成导离子层的添加剂，并在水系/有机电解液体系中工作，可显著提升水系镁金属二次电池循环寿命。因此，基于合适的电解液及镁合金阳极构筑高安全、高比能的水系二次电池，具有十分重要的应用价值。

公开号“CN106898788A”，公开了一种镁水电池，包括镁或镁合金阳极、隔膜、载有析氢催化剂阴极以及阴极反应物水；所述阳极与所述阴极相对设置，所述隔膜设置于二者之间,所述阳极、阴极、隔膜均置于水中。其虽然解决了传统镁溶解氧海水电池对海水中氧浓度的依赖，即使在无氧环境下电池也能正常工作。但是其放电过程受外在环境(如溶解氧等)影响较大，可控性较差；而且一旦填充电解液，电化学反应即发生，不能实现满电解液情况下长期储存；也不能实现镁金属阳极电化学沉积-溶解，无法实现镁金属循环使用，造成资源浪费；另外，适用范围窄，仅适用于某些特殊场合，如海上应急供电、照明等，无法实现穿戴式及便携式供电使用。

发明内容

针对上述的不足，本发明目的在于，提供一种新型水系镁金属二次电池其及制备方法。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案是：

一种新型水系镁金属二次电池制备方法，其包括以下步骤：

(1)以不同体积比例的去离子水和有机醇醚为溶剂，将镁盐及含碘添加剂超声辅助溶解于溶剂中，形成水系/有机混合电解液；通过超声辅助更利于溶解,超声助溶时间优选为1～10min；

(2)将储镁阴极活性材料与导电碳黑、PVDF粘结剂相研磨混合，以氮甲基吡咯烷酮为溶剂，调成均匀的黑色浆料，再将黑色浆料涂覆于集流体上，待干燥后制得水系储镁阴极待用；