[發明專利]一種鎂電池用鎂電極及其制備方法

有效

• 申請號: 200910070115.7
• 申請日: 2009-08-11
• 公開（公告）號: CN101997107A
• 公開（公告）日: 2011-03-30
• 發明（設計）人: 劉興江;鄭偉偉;張晶;丁飛;徐強
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第十八研究所
• 主分類號: H01M4/02
• 分類號: H01M4/02;H01M4/62;H01M4/66;H01M4/04
• 代理公司: 天津盛理知識產權代理有限公司 12209
• 代理人: 王來佳

技術領域

本發明屬于電池技術領域，涉及鎂電池，尤其是一種鎂電池用鎂電極及其制備方法。

背景技術

金屬鎂資源豐富，價格低廉，環境友好，具有密度小、電極電位負、理論比容量大(2205mAh·g^-1)的特性。鎂電池作為一種新型綠色化學電源，還具有高比能、安全、無污染等特點，被認為是未來替代傳統電池的理想換代產品之一。但是，傳統鎂電極采用壓延法制備，表面具有很厚的鈍化膜，使得鎂的利用率降低，放電時存在電壓滯后現象；雖然通過加入添加劑、合金化等手段，使表面鈍化膜受到抑制、電性能得到較大改善，但犧牲了鎂電極的工作電位和倍率放電性能，因此，科學家們一直在嘗試制備一種表面不存在或較少鈍化膜薄層的鎂電極。薄層電極通常可以通過電鍍、物理沉積等方法獲得。其中，金屬鎂的電極電位很負且反應活性比較高，鎂的電沉積不能在水溶液和大多數有機電解質體系中進行，相應的鍍液體系必須采用非質子溶劑，而且鍍液中的各組分與鎂不發生反應，可用于沉積金屬鎂的溶劑大多為有機溶劑和離子液體，其中效果最好的是四氫呋喃，而鎂鹽則主要是一些有機鎂鹽，如格氏試劑及氯化鋁有機金屬鎂配合物等，鍍液體系都屬于簡單鹽體系。因此現有的鎂電極存在著與基體結合不很牢固，表面會出現鈍化膜，不適于大電流放電。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術的不足之處，提供一種具有大電流放電性能的雙層結構的鎂電池用鎂電極；

本發明的另一個目的是提供上述鎂電池用鎂電極的制備方法。

為實現上述目的，本發明采用下述技術方案：

一種鎂電池用鎂電極，是在基體材料上沉積有雙層結構的電極材料，底層為銅層，表層為鎂或鎂合金層。

而且，所述基體材料為聚合物、多孔材料、在電解液中穩定存在的金屬材料。

而且，所述聚合物為塑料如PP、PE、PVC或PTFE。

而且，所述多孔材料為泡沫鎳或泡沫銅。

而且，所述在電解液中穩定存在的金屬材料包括不銹鋼帶、鎳帶以及表面鍍鉻的材料。

一種鎂電池用鎂電極的制備方法，步驟是：

(1)對基體材料在丙酮溶液中進行超聲清洗；

(2)在基體材料底層進行銅層的電鍍，電鍍條件為溫度50-60℃，電流密度為10-20mA/cm²；

(3)表面具有銅層的材料上進一步進行鎂的電沉積，方式為恒電流電沉積，電流密度為0.8-1.2mA·cm^-2。

而且，所述銅電鍍液的配方為：焦磷酸鉀350g/L，硝酸銨20g/L，硫酸銅90g/L，pH值控制在8.2-8.8。

而且，所述鎂的電沉積中，對電極以及參比電極采用鎂條，電解液為1.0M的EtMgBr/THF溶液。

本發明的優點及有益效果是：

1、本發明采用電鍍方法制備的雙層鎂電極，具有鎂層與基體材料結合牢固、致密，放電性能好等優點，且電極表面沒有鈍化膜、鎂鍍層質量好。

2、本發明是選取EtMgBr/THF溶液作為電解液，比較了兩種基體材料銅和鎳上鎂的電沉積行為，考察了鎂沉積層的表面形貌，將鎳作為基體材料，在鎳基體上預鍍金屬銅，然后在EtMgBr/THF溶液中電沉積鎂，制備出鎂電極，其電化學極化得到改善，易于大電流放電。

附圖說明

圖1為本發明在泡沫鎳上形成雙層膜的鎂電極SEM照片；

其中：a)為電鍍鎂前；b)為電鍍鎂后。

圖2為本發明在不同基體材料上的電沉積鎂的SEM圖譜；

其中：a)為鎳基體；b)為銅基體。

圖3為本發明鎂電極的放電曲線；

其中：上為具有雙層結構的多孔鎂電極；下為平板鎂電極。

具體實施方式

下面結合實施例，對本發明進一步說明，下述實施例是說明性的，不是限定性的，不能以下述實施例來限定本發明的保護范圍。

一種鎂電池用鎂電極，采用電沉積鎂，鎂層的厚度由電沉積時間/電量決定，為保證鎂電極的集流效果、形貌及其與基體材料的結合強度，在其間采用了銅過渡層，即鎂電極的電極材料是由銅層和鎂層構成的雙層膜。

鎂的電沉積采用在格氏試劑的醚溶液實現鎂的電沉積，本發明選用1MEtMgBr/THF溶液作為電解液進行電沉積，表面不會形成鈍化膜。電沉積在電流密度最佳為1.0mA·cm^-2恒流條件下進行，電沉積時間均為1小時。