[发明专利]可充镁电池及其制备方法

说明书

本发明提供了一种可充镁电池及其制备方法。所述可充镁电池包括：正极片，包括正极集流体和设置于正极集流体上且包含正极活性物质、正极导电剂、正极粘结剂的正极膜片；负极片，所述负极片为金属镁箔或镁合金箔；隔离膜，间隔于正极片和负极片之间；以及电解液。所述正极活性物质为开框架结构的普鲁士蓝类化合物；所述电解液包括镁盐以及非水醚类溶剂。本发明的可充镁电池的工作电压高、能量密度大、循环性能好，且所述可充镁电池的生产制备简单、价格低廉、环境友好、安全可靠。

技术领域

本发明涉及电池技术领域，尤其涉及一种可充镁电池及其制备方法。

背景技术

目前，实用性的可充动力电池体系主要包括：铅酸电池、镍氢电池和锂离子电池，它们都在人们的日常生活和社会经济发展中发挥着巨大的作用。铅酸电池因其能量密度低，且对环境污染严重，将会逐步退出历史舞台镍氢电池技术成熟、安全性好，近几年占据了混合动力电池的主流地位，但其能量密度较低、成本高，且目前其技术发展已接近极限。锂离子电池具有高能量密度、高循环寿命以及绿色环保等优点，成为目前研究开发的热点，然而，现有的锂离子电池大多以石墨作为负极活性材料进行插入式反应，但石墨的理论比容量仅为372mAh g^-1，不到金属锂的理论比容量的十分之一。此外，由于金属锂具有低熔点和高度活泼性，导致在大多数有机电解液中存在锂枝晶析出的现象，因此当锂离子电池用作大型动力电池时会存在严重的安全隐患，从而阻碍锂离子电池商业化的进程。另外，全球锂资源有限，分布不均匀，造成锂离子电池的成本较高。因此，寻求比能量高、低成本和安全性好的化学电源新体系已经成为电化学研究的重要内容和方向。

金属镁作为负极其理论比容量高达2205mAh g^-1，电极电位约为-2.37V，且具有良好的导电性和机械性能。特别是，金属镁价格便宜(约为锂的1/25)、安全性高且环境友好。然而可充镁电池在开发过程中遇到的最大瓶颈之一就是由于Mg²⁺的溶剂化作用比较严重，使得Mg²⁺难以在一般的无机材料中进行可逆嵌脱，因此很难开发出适合可充镁电池的正极活性物质。Cheverel相结构的Mo₆S₈正极活性物质能够较好的可逆嵌脱Mg²⁺，其理论比容量为128mAh/g，但其工作平台电压较低，仅为1.1V～1.3V，动力学性能较差，仅能在小电流下进行充放电，且制备条件苛刻、成本较高，因此实用性不高。

发明内容

鉴于背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种可充镁电池及其制备方法，所述可充镁电池的工作电压高、能量密度大、循环性能好，且所述可充镁电池的制备方法简单、价格低廉、环境友好、安全可靠。

为了实现上述目的，在本发明的第一方面，本发明提供了一种可充镁电池，其包括：正极片，包括正极集流体和设置于正极集流体上且包含正极活性物质、正极导电剂、正极粘结剂的正极膜片；负极片，所述负极片为金属镁箔或镁合金箔；隔离膜，间隔于正极片和负极片之间；以及电解液。其中，所述正极活性物质为开框架结构的普鲁士蓝类化合物；所述电解液包括镁盐以及非水醚类溶剂。

在本发明的第二方面，本发明提供了一种可充镁电池的制备方法，其包括步骤：(1)将过渡金属盐溶于去离子水中形成第一溶液，将氰化盐溶于去离子水中形成第二溶液，在磁力搅拌条件下，将第一溶液缓慢滴加于第二溶液中进行搅拌、离心、干燥，得到开框架结构的普鲁士蓝类化合物；(2)将正极活性物质、正极导电剂、正极粘结剂按一定的质量比加入溶剂中混合搅拌均匀制成正极浆料，之后将正极浆料均匀涂覆在正极集流体上，然后经过干燥、冷压、裁片得到正极片，之后将正极片放入充满惰性气体的手套箱中备用，其中，所述正极活性物质为步骤(1)得到的开框架结构的普鲁士蓝类化合物；(3)将负极片的表面打磨光亮并清洁，然后裁剪成一定尺寸，之后将负极片放入充满惰性气体的手套箱中备用，所述负极片为金属镁箔或镁合金箔；(4)在充满惰性气体的手套箱中配置电解液备用，所述电解液包括镁盐以及非水醚类溶剂；(5)将正极片、负极片、电解液以及隔离膜组装成扣式电池，即完成可充镁电池的制备。