專利名稱：一種鎂錳紙電池及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于ー種鎂錳紙電池及其制備方法。
背景技術(shù)：
鎂是ー種活性金屬，電負(fù)性為I. 31，標(biāo)準(zhǔn)電極電位為-2. 36VCVS *SHE)理論比容量可達(dá)2. 20Ah/g，在常用的金屬中僅比鋰(3. 86Ah/g)鋁(2. 98Ah/g)小，遠(yuǎn)比金屬鋅(0. 82Ah/g)大。同時(shí)鎂是一種很有前途的電池負(fù)極材料我國鎂的資源非常豐富，儲(chǔ)量居世界首位 ’另夕卜，鎂電池具有成本低、無公害、高功率、高能量密度的優(yōu)點(diǎn)，所以受到廣泛關(guān)注，目前鎂電池主要用作軍事。通常鎂錳電池負(fù)極為鎂金屬或鎂合金，正極為MnO2，電解液為Mg(ClO4)2或MgBr2,電池反應(yīng)為 Mg+2Mn02+H20 — Mg (OH) 2+Mn2O3 。鎂錳電池的優(yōu)點(diǎn)是初始儲(chǔ)存性能較好，因?yàn)樵阪V或鎂合金表面生成Mg(OH)2和MgO保護(hù)膜的原因。目前鎂錳干電池已有較多的專利報(bào)導(dǎo)，申請?zhí)?2138096 I的“鎂干電池”涉及到以鎂合金為陽極材料的鎂干電池，其中鎂合金中包含有ー種金屬A，該金屬A或?yàn)閴A金屬或?yàn)閴A土金屬或?yàn)橄⊥两饘倩驗(yàn)檫@些金屬的任意組合。申請?zhí)?3142626 3的“鎂電池陽極板料”涉及到鎂合金為基材，連續(xù)鋳造或連續(xù)鑄軋制成的薄板的工藝；申請?zhí)?0811017 4的“一種鎂基一次電池和二次電池”涉及到金屬鎂以燒結(jié)形式做負(fù)極；申請?zhí)?2111675 .X的“鎂合金固態(tài)成型エ藝方法”提出了一種適用生產(chǎn)圓筒形鎂干電池負(fù)極的方法；申請?zhí)?3134338 *4的“鎂干電池及其制造方法”提出了鎂合金陽極殼體采用低溫?cái)D壓成型的方法；申請?zhí)?3261351 *2的“圓柱形鎂干電池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)”陽極鎂筒采用鎂合金圓餅擠沖成型的整體圓筒；申請?zhí)?00620032162 *4的“鎂錳紙板一次電池”涉及的電池整體結(jié)構(gòu)，其設(shè)計(jì)具有結(jié)構(gòu)合理的特點(diǎn)；申請?zhí)?0110228683 *2 “ー種鎂干電池”涉及陽極鎂合金、電解液為 MgCl2,Mg(NO3)2、Mg(SO4)2 和 Mg(ClO4)2 溶液。此外尚有申請?zhí)?200310113951 .1的“鎂海水干電池”；專利申請?zhí)?00810127885 6的“魚雷電池陽極鎂合金極生產(chǎn)方法”；專利申請?zhí)?00910131909 x的“鎂-空氣電池”等。紙電池是近幾年發(fā)展起來的ー種新型電池，它是以紙張為載體的具有柔性薄型的特點(diǎn)，以色列/7Ofrer paper公司生產(chǎn)的紙電池是一種由鋅和MnO2構(gòu)成的使用エ業(yè)標(biāo)準(zhǔn)印刷技木，將電極材料印刷在紙上，単體紙電池可達(dá)到I. 5v，這種電池的特點(diǎn)是成本極低，形貌和尺寸靈活，使用方便。Enfucell電池公司也研制了一種紙電池,其組成與結(jié)構(gòu)跟/7Ofrer/7部ar公司的相似。紙電池目前開始用于微型電子器材，特別是作為“射頻識別”(RFID)的電源，有其廣闊的應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種鎂錳紙電池及其制備方法。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。本發(fā)明所述的鎂錳紙電池由鎂負(fù)極、涂有MnO2活性漿料的隔膜紙和碳素集流體構(gòu)成的疊層式鎂錳紙電池。本發(fā)明所述的鎂負(fù)極是厚0. ro. 2mm的金屬鎂箔或鎂合金。本發(fā)明所述的MnO2活性漿料是先由MnO2、導(dǎo)電劑和添加劑按80-90 10-20 0. 1-1.0的質(zhì)量比配制成MnO2混合粉料，再按MnO2混合粉料與電解液按70^75:25^30的質(zhì)量比調(diào)制成MnO2活性漿料。所述的MnO2是活性Mn02、電解MnO2、纖維MnO2或納米MnO2中的ー種或兩種以上。所述的導(dǎo)電劑是碳納米管、碳黑或石墨中的ー種或兩種以上。所述的添加劑是V2O5、人造沸石、氟化物、氧化鎂或KMnO4中的ー種或兩種以上。所述的電解液是由鎂鹽與緩蝕劑配制而成，其中，鎂鹽的濃度為0. 2M 1M，緩蝕劑的濃度為0. oro. 05M ;所述的鎂鹽為MgSO4、Mg (NO3)2, Mg (ClO4)2或鎂的鹵素化合物；所述 的緩蝕劑為錫酸鹽、磷酸鹽、硼酸鹽或季銨鹽。本發(fā)明所述的碳素集流體是石墨膜、碳黑膜或碳納米管膜。本發(fā)明所述的鎂錳紙電池的制備方法，其步驟是
(I)鎂負(fù)極的鈍化處理。將鎂負(fù)極浸泡在0. oro. 05M鹽溶液中f 10分鐘，所述的鹽溶液為錫酸鹽、鉻酸鹽、釩酸鹽、磷酸鹽或氟化物。(2)電解液的配制。配制鎂鹽濃度為0. 2 1M、緩蝕劑濃度為0. OrO. 05M的電解液。(3)MnCUg合粉料的配制。將MnO2、導(dǎo)電劑、添加劑按80 90 10 20 0. I I的質(zhì)量比混合得到MnO2混合粉料。(4) MnO2活性漿料的配制。將步驟(3)的MnO2混合粉料與步驟(2)的電解液按70 75 25 30的質(zhì)量比調(diào)制成MnO2活性漿料。(5)Mn02活性漿料隔膜紙的制作。將步驟(4)的MnO2活性漿料采用刮涂的方法涂覆在隔膜紙表面。(6)鎂錳紙電池的制作。在經(jīng)過鈍化處理過的鎂電極表面依次疊加涂有MnO2活性漿料的隔膜紙、碳素集流體，同時(shí)接出正負(fù)極引線，最后用塑料膜真空封裝。本發(fā)明涉及的鎂錳紙電池可以根據(jù)需要制成不同形貌、不同尺寸的単體、雙體和多體的鎂錳紙電池，其單體的開路電壓可達(dá)I. 8^2. OV。本發(fā)明涉及的鎂錳紙電池，其剖視結(jié)構(gòu)見附圖。


附圖為本發(fā)明鎂錳紙電池的剖視結(jié)構(gòu)圖。其中，Ia為塑料薄膜，Ib為塑料薄膜，2為鎂負(fù)扱，3為涂有MnO2活性漿料的隔膜紙，4為碳素集流體。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明將通過以下實(shí)施例作進(jìn)ー步說明。實(shí)施例I。(I)鎂負(fù)極的鈍化處理。將厚0. Imm金屬鎂箔浸泡在濃度為0. 05M的錫酸鹽溶液中3分鐘，取出浙掉多余的潰液。(2)電解液的配制。配制Mg(ClO4)2濃度為0. 5M、季銨鹽濃度為0. 05M的電解液。(3) MnO2混合粉料的配制。將MnO2、碳黒、V2O5按90:10:0. I的質(zhì)量比混合，球磨，得到MnO2活性粉料。(4) MnO2活性漿料的配制。將步驟(3)的MnO2混合粉料與步驟(2)的電解液按70:25的質(zhì)量比調(diào)制成MnO2活性漿料。(5)Mn02活性漿料隔膜紙的制作。將步驟(4)的MnO2活性漿料采用刮涂的方法涂覆在隔膜紙表面。(6)鎂錳紙電池的制作。將經(jīng)過鈍化處理過的鎂電極、涂有MnO2活性漿料的隔膜紙、石墨膜剪切成所需要的尺寸，按經(jīng)過鈍化處理過的鎂電極、涂有MnO2活性漿料的隔膜紙、碳納米管膜依次疊加，同時(shí)接出正負(fù)極引線，最后用塑料膜真空封裝。實(shí)施例2。(I)鎂負(fù)極的鈍化處理。將厚0. 2mm金屬鎂箔浸泡在濃度為0. IM的季銨鹽溶液中 5分鐘，取出浙掉多余的潰液。(2)電解液的配制。配制MgSO4濃度為0. 5M、磷酸鹽濃度為0. 05M的電解液。(3) MnO2-合粉料的配制。將MnO2、石墨、碳納米管、沸石按85:10:5:0. 2的質(zhì)量比混合，球磨，得到MnO2活性粉料。(4) MnO2活性漿料的配制。將步驟(3)的MnO2混合粉料與步驟(2)的電解液按70 30的質(zhì)量比調(diào)制成MnO2活性漿料。(5)Mn02活性漿料隔膜紙的制作。將步驟(4)的MnO2活性漿料采用刮涂的方法涂覆在隔膜紙表面。(6)鎂錳紙電池的制作。將經(jīng)過鈍化處理過的鎂電極、涂有MnO2活性漿料的隔膜紙、石墨膜剪切成所需要的尺寸，按經(jīng)過鈍化處理過的鎂電極、涂有MnO2活性漿料的隔膜紙、碳黑膜依次疊加，同時(shí)接出正負(fù)極引線，最后用塑料膜真空封裝。實(shí)施例3。(I)鎂負(fù)極的鈍化處理。將厚0. 2mm金屬鎂箔浸泡在濃度為0. 5M的磷酸鹽溶液中3分鐘，取出浙掉多余的潰液。(2)電解液的配制。配制MgBr2濃度為0. 5M、釩酸鹽濃度為0. OlM的電解液。(3)Mn02混合粉料的配制。將MnO2、碳納米管、MgO按90:10:0. I的質(zhì)量比混合，球磨，得到MnO2活性粉料。(4) MnO2活性漿料的配制。將步驟(3)的MnO2混合粉料與步驟(2)的電解液按75:25的質(zhì)量比調(diào)制成MnO2活性漿料。(5)Mn02活性漿料隔膜紙的制作。將步驟(4)的MnO2活性漿料采用刮涂的方法涂覆在隔膜紙表面。(6)鎂錳紙電池的制作。將經(jīng)過鈍化處理過的鎂電極、涂有MnO2活性漿料的隔膜紙、石墨膜剪切成所需要的尺寸，按經(jīng)過鈍化處理過的鎂電極、涂有MnO2活性漿料的隔膜紙、石墨膜依次疊加，同時(shí)接出正負(fù)極引線，最后用塑料膜真空封裝。實(shí)施例4。(I)鎂負(fù)極的鈍化處理。將厚0. Imm金屬鎂箔浸泡在濃度為0. 2M的氟化納溶液中5分鐘，取出浙掉多余的潰液。(2)電解液的配制。配制Mg(NO3)2濃度為0. 5M、Mg(ClO4)2濃度為0. OlM的電解液。(3)MnO2混合粉料的配制。將MnO2、石墨、碳納米管、硼酸鹽按90:0. 5:0. 5:0. I的質(zhì)量比混合,球磨,得到MnO2活性粉料。(4) MnO2活性漿料的配制。將步驟(3)的MnO2混合粉料與步驟(2)的電解液按75:30的質(zhì)量比調(diào)制成MnO2活性漿料。(5)Mn02活性漿料隔膜紙的制作。將步驟(4)的MnO2活性漿料采用刮涂的方法涂覆在隔膜紙表面。(6)鎂錳紙電池的制作。將經(jīng)過鈍化處理過的鎂電極、涂有MnO2活性漿料的隔膜紙、石墨膜剪切成所需要的尺寸，按經(jīng)過鈍化處理過的鎂電極、涂有 MnO2活性漿料的隔膜紙、石墨膜依次疊加，同時(shí)接出正負(fù)極引線，最后用塑料膜真空封裝。實(shí)施例5。(I)鎂負(fù)極的鈍化處理。將厚0. 2mm金屬鎂箔浸泡在濃度為0. IM的硼酸鹽溶液中6分鐘，取出浙掉多余的潰液。(2)電解液的配制。配制Mg(ClO4)2濃度為0. 5M、鉻酸鹽濃度為0. OlM的電解液。(3)MnO2混合粉料的配制。將MnO2、碳黑、沸石按90:10:0. I的質(zhì)量比混合,球磨，得到MnO2活性粉料。(4) MnO2活性漿料的配制。將步驟(3)的MnO2混合粉料與步驟(2)的電解液按72 28的質(zhì)量比調(diào)制成MnO2活性漿料。(5)Mn02活性漿料隔膜紙的制作。將步驟(4)的MnO2活性漿料采用刮涂的方法涂覆在隔膜紙表面。(6)鎂錳紙電池的制作。將經(jīng)過鈍化處理過的鎂電極、涂有MnO2活性漿料的隔膜紙、石墨膜剪切成所需要的尺寸，按經(jīng)過鈍化處理過的鎂電極、涂有MnO2活性漿料的隔膜紙、石墨膜依次疊加，同時(shí)接出正負(fù)極引線，最后用塑料膜真空封裝。
權(quán)利要求
1.一種鎂錳紙電池，其特征是由鎂負(fù)極、涂有MnO2活性漿料的隔膜紙和碳素集流體依次疊層構(gòu)成； 所述的MnO2活性漿料是先由MnO2、導(dǎo)電劑和添加劑按80-90 10-20 0. 1-1. 0的質(zhì)量比配制成MnO2混合粉料，再按MnO2混合粉料與電解液按70 75:25 30的質(zhì)量比調(diào)制成MnO2活性漿料。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鎂錳紙電池，其特征是所述的鎂負(fù)極是厚0.ro. 2mm的金屬鎂箔或鎂合金。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鎂錳紙電池，其特征是所述的碳素集流體是石墨膜、碳黑膜或碳納米管膜。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鎂錳紙電池，其特征是制備MnO2活性漿料所用的MnO2是活 性Mn02、電解MnO2、纖維MnO2或納米MnO2中的一種或兩種以上。
5.、根據(jù)權(quán)利要求I所述的鎂錳紙電池，其特征是制備MnO2活性漿料所用的導(dǎo)電劑是碳納米管、碳黑或石墨中的一種或兩種以上。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鎂錳紙電池，其特征是制備MnO2活性漿料所用的添加劑是V2O5、人造沸石、氟化物、氧化鎂或KMnO4中的一種或兩種以上。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鎂錳紙電池，其特征是制備MnO2活性漿料所用的電解液是由鎂鹽與緩蝕劑配制而成，其中，鎂鹽的濃度為0. 2M 1M，緩蝕劑的濃度為0. oro. 05M ;所述的鎂鹽為MgSO4、Mg(NO3)2、Mg(ClO4)2或鎂的鹵素化合物；所述的緩蝕劑為錫酸鹽、磷酸鹽、硼酸鹽或季銨鹽。
8.權(quán)利要求I所述的鎂錳紙電池的制備方法，其步驟是 (1)鎂負(fù)極的鈍化處理將鎂負(fù)極浸泡在0.oro. 05M鹽溶液中f 10分鐘，所述的鹽溶液為錫酸鹽、鉻酸鹽、釩酸鹽、磷酸鹽或氟化物； (2)電解液的配制配制鎂鹽濃度為0.2 1M、緩蝕劑濃度為0. oro. 05M的電解液； (3)MnO2-合粉料的配制將MnO2、導(dǎo)電劑、添加劑按80 90 10 20 0. I I的質(zhì)量比混合得到MnO2混合粉料； (4)Mn02活性漿料的配制將步驟(3)的MnO2混合粉料與步驟(2)的電解液按70 75 25 30的質(zhì)量比調(diào)制成MnO2活性漿料； (5)MnO2活性漿料隔膜紙的制作將步驟(4)的MnO2活性漿料采用刮涂的方法涂覆在隔膜紙表面； (6)鎂錳紙電池的制作在經(jīng)過鈍化處理過的鎂電極表面依次疊加涂有MnO2活性漿料的隔膜紙、碳素集流體，同時(shí)接出正負(fù)極引線，最后用塑料膜真空封裝。
全文摘要
一種鎂錳紙電池及其制備方法，其特征是由鎂負(fù)極、涂有MnO2活性漿料的隔膜紙和碳素集流體依次疊層構(gòu)成。將鎂負(fù)極進(jìn)行鈍化處理，按鎂鹽濃度為0.2~1M、緩蝕劑濃度為0.01~0.05M配制電解液；由MnO2、導(dǎo)電劑和添加劑按80-90∶10-20∶0.1-1.0的質(zhì)量比配制成MnO2混合粉料，再按MnO2混合粉料與電解液按70~75:25~30的質(zhì)量比調(diào)制成MnO2活性漿料；將MnO2活性漿料刮涂在隔膜紙表面；再在鎂電極表面依次疊加涂有MnO2-活性漿料的隔膜紙、碳素集流體，同時(shí)接出正負(fù)極引線，塑料膜真空封裝。本發(fā)明單體的開路電壓可達(dá)1.8~2.0V。
文檔編號H01M4/06GK102760892SQ201210209000
公開日2012年10月31日 申請日期2012年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月25日
發(fā)明者傅敏恭, 吁霽, 姚軍, 孫曉剛, 彭清林, 曹宏輝, 黎先財(cái) 申請人:南昌大學(xué)