CN102760892B - 一种镁锰纸电池及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种镁锰纸电池及其制备方法，其特征是由镁负极、涂有MnO2活性浆料的隔膜纸和碳素集流体依次叠层构成。将镁负极进行钝化处理，按镁盐浓度为0.2~1M、缓蚀剂浓度为0.01~0.05M配制电解液；由MnO2、导电剂和添加剂按80-90∶10-20∶0.1-1.0的质量比配制成MnO2混合粉料，再按MnO2混合粉料与电解液按70~75:25~30的质量比调制成MnO2活性浆料；将MnO2活性浆料刮涂在隔膜纸表面；再在镁电极表面依次叠加涂有MnO2-活性浆料的隔膜纸、碳素集流体，同时接出正负极引线，塑料膜真空封装。本发明单体的开路电压可达1.8~2.0V。
Description
技术领域
本发明属于一种镁锰纸电池及其制备方法。
技术背景
镁是一种活性金属，电负性为1.31，标准电极电位为-2.36V（VS·SHE）理论比容量可达2.20Ah/g，在常用的金属中仅比锂（3.86Ah/g）铝（2.98Ah/g）小，远比金属锌（0.82Ah/g）大。同时镁是一种很有前途的电池负极材料我国镁的资源非常丰富，储量居世界首位；另外，镁电池具有成本低、无公害、高功率、高能量密度的优点，所以受到广泛关注，目前镁电池主要用作军事。通常镁锰电池负极为镁金属或镁合金，正极为MnO2，电解液为Mg(ClO4)2或MgBr2，电池反应为：
Mg+2MnO2+H2O→ Mg(OH)2+Mn2O3 。
镁锰电池的优点是初始储存性能较好，因为在镁或镁合金表面生成Mg(OH)2和MgO保护膜的原因。目前镁锰干电池已有较多的专利报导，申请号02138096·1的“镁干电池”涉及到以镁合金为阳极材料的镁干电池，其中镁合金中包含有一种金属A，该金属A或为碱金属或为碱土金属或为稀土金属或为这些金属的任意组合。申请号03142626·3的“镁电池阳极板料”涉及到镁合金为基材，连续铸造或连续铸轧制成的薄板的工艺；申请号00811017·4的“一种镁基一次电池和二次电池”涉及到金属镁以烧结形式做负极；申请号02111675·x的“镁合金固态成型工艺方法”提出了一种适用生产圆筒形镁干电池负极的方法；申请号03134338·4的“镁干电池及其制造方法”提出了镁合金阳极壳体采用低温挤压成型的方法；申请号03261351·2的“圆柱形镁干电池结构设计”阳极镁筒采用镁合金圆饼挤冲成型的整体圆筒；申请号200620032162·4的“镁锰纸板一次电池”涉及的电池整体结构，其设计具有结构合理的特点；申请号20110228683·2“一种镁干电池”涉及阳极镁合金、电解液为MgCl2、Mg(NO3)2 、Mg(SO4)2和Mg(ClO4)2溶液。此外尚有申请号200310113951·1的“镁海水干电池”；专利申请号200810127885·6 的“鱼雷电池阳极镁合金极生产方法”；专利申请号200910131909·x的“镁-空气电池”等。
纸电池是近几年发展起来的一种新型电池，它是以纸张为载体的具有柔性薄型的特点，以色列Power paper公司生产的纸电池是一种由锌和MnO2构成的使用工业标准印刷技术，将电极材料印刷在纸上，单体纸电池可达到1.5v，这种电池的特点是成本极低，形貌和尺寸灵活，使用方便。Enfucell电池公司也研制了一种纸电池，其组成与结构跟Power paper公司的相似。纸电池目前开始用于微型电子器材，特别是作为“射频识别”（RFID）的电源，有其广阔的应用前景。
发明内容
本发明的目的在于提供一种镁锰纸电池及其制备方法。
本发明是通过以下技术方案实现的。
本发明所述的镁锰纸电池由镁负极、涂有MnO2活性浆料的隔膜纸和碳素集流体构成的叠层式镁锰纸电池。
本发明所述的镁负极是厚0.1~0.2mm的金属镁箔或镁合金。
本发明所述的MnO2活性浆料是先由MnO2、导电剂和添加剂按80-90∶10-20∶0.1-1.0的质量比配制成MnO2混合粉料，再按MnO2混合粉料与电解液按70~75:25~30的质量比调制成MnO2活性浆料。
所述的MnO2是活性MnO2、电解MnO2、纤维MnO2或纳米MnO2中的一种或两种以上。
所述的导电剂是碳纳米管、碳黑或石墨中的一种或两种以上。
所述的添加剂是V2O5、人造沸石、氟化物、氧化镁或KMnO4中的一种或两种以上。
所述的电解液是由镁盐与缓蚀剂配制而成，其中，镁盐的浓度为0.2M~1M，缓蚀剂的浓度为0.01~0.05M；所述的镁盐为MgSO4 、Mg(NO3)2、Mg(ClO4)2或镁的卤素化合物；所述的缓蚀剂为锡酸盐、磷酸盐、硼酸盐或季铵盐。
本发明所述的碳素集流体是石墨膜、碳黑膜或碳纳米管膜。
本发明所述的镁锰纸电池的制备方法，其步骤是：
（1）镁负极的钝化处理。将镁负极浸泡在0.01~0.05M盐溶液中1~10分钟，所述的盐溶液为锡酸盐、铬酸盐、钒酸盐、磷酸盐或氟化物。
（2）电解液的配制。配制镁盐浓度为0.2~1M、缓蚀剂浓度为0.01~0.05M的电解液。
（3）MnO2混合粉料的配制。将MnO2、导电剂、添加剂按80~90∶10~20∶0.1~1的质量比混合得到MnO2混合粉料。
（4）MnO2活性浆料的配制。将步骤（3）的MnO2混合粉料与步骤（2）的电解液按70~75∶25~30的质量比调制成MnO2活性浆料。
（5）MnO2活性浆料隔膜纸的制作。将步骤（4）的MnO2活性浆料采用刮涂的方法涂覆在隔膜纸表面。
（6）镁锰纸电池的制作。在经过钝化处理过的镁电极表面依次叠加涂有MnO2-活性浆料的隔膜纸、碳素集流体，同时接出正负极引线，最后用塑料膜真空封装。
本发明涉及的镁锰纸电池可以根据需要制成不同形貌、不同尺寸的单体、双体和多体的镁锰纸电池，其单体的开路电压可达1.8~2.0V。
本发明涉及的镁锰纸电池，其剖视结构见附图。
附图说明
附图为本发明镁锰纸电池的剖视结构图。其中，1a为塑料薄膜，1b为塑料薄膜，2为镁负极，3为涂有MnO2活性浆料的隔膜纸，4为碳素集流体。
具体实施方式
本发明将通过以下实施例作进一步说明。
实施例1。
（1）镁负极的钝化处理。将厚0.1mm金属镁箔浸泡在浓度为0.05M的锡酸盐溶液中3分钟，取出沥掉多余的渍液。
（2）电解液的配制。配制Mg(ClO4)2浓度为0.5M、季铵盐浓度为0.05M的电解液。
（3）MnO2混合粉料的配制。将MnO2、碳黑、V2O5按90:10:0.1的质量比混合，球磨，得到MnO2活性粉料。
（4）MnO2活性浆料的配制。将步骤（3）的MnO2混合粉料与步骤（2）的电解液按70:25的质量比调制成MnO2活性浆料。
（5）MnO2活性浆料隔膜纸的制作。将步骤（4）的MnO2活性浆料采用刮涂的方法涂覆在隔膜纸表面。
（6）镁锰纸电池的制作。将经过钝化处理过的镁电极、涂有MnO2-活性浆料的隔膜纸、石墨膜剪切成所需要的尺寸，按经过钝化处理过的镁电极、涂有MnO2-活性浆料的隔膜纸、碳纳米管膜依次叠加，同时接出正负极引线，最后用塑料膜真空封装。
实施例2。
（1）镁负极的钝化处理。将厚0.2mm金属镁箔浸泡在浓度为0.1M的季铵盐溶液中5分钟，取出沥掉多余的渍液。
（2）电解液的配制。配制MgSO4浓度为0.5M、磷酸盐浓度为0.05M的电解液。
（3）MnO2混合粉料的配制。将MnO2、石墨、碳纳米管、沸石按85:10:5:0.2的质量比混合，球磨，得到MnO2活性粉料。
（4）MnO2活性浆料的配制。将步骤（3）的MnO2混合粉料与步骤（2）的电解液按70∶30的质量比调制成MnO2活性浆料。
（5）MnO2活性浆料隔膜纸的制作。将步骤（4）的MnO2活性浆料采用刮涂的方法涂覆在隔膜纸表面。
（6）镁锰纸电池的制作。将经过钝化处理过的镁电极、涂有MnO2-活性浆料的隔膜纸、石墨膜剪切成所需要的尺寸，按经过钝化处理过的镁电极、涂有MnO2-活性浆料的隔膜纸、碳黑膜依次叠加，同时接出正负极引线，最后用塑料膜真空封装。
实施例3。
（1）镁负极的钝化处理。将厚0.2mm金属镁箔浸泡在浓度为0.5M的磷酸盐溶液中3分钟，取出沥掉多余的渍液。
（2）电解液的配制。配制MgBr2浓度为0.5M、钒酸盐浓度为0.01M的电解液。
（3）MnO2混合粉料的配制。将MnO2、碳纳米管、MgO按90:10:0.1的质量比混合，球磨，得到MnO2活性粉料。
（4）MnO2活性浆料的配制。将步骤（3）的MnO2混合粉料与步骤（2）的电解液按75:25的质量比调制成MnO2活性浆料。
（5）MnO2活性浆料隔膜纸的制作。将步骤（4）的MnO2活性浆料采用刮涂的方法涂覆在隔膜纸表面。
（6）镁锰纸电池的制作。将经过钝化处理过的镁电极、涂有MnO2-活性浆料的隔膜纸、石墨膜剪切成所需要的尺寸，按经过钝化处理过的镁电极、涂有MnO2-活性浆料的隔膜纸、石墨膜依次叠加，同时接出正负极引线，最后用塑料膜真空封装。
实施例4。
（1）镁负极的钝化处理。将厚0.1mm金属镁箔浸泡在浓度为0.2M的氟化纳溶液中5分钟，取出沥掉多余的渍液。
（2）电解液的配制。配制Mg(NO3)2浓度为0.5M、Mg(ClO4)2浓度为0.01M的电解液。
（3）MnO2混合粉料的配制。将MnO2、石墨、碳纳米管、硼酸盐按90:0.5:0.5:0.1的质量比混合，球磨，得到MnO2活性粉料。
（4）MnO2活性浆料的配制。将步骤（3）的MnO2混合粉料与步骤（2）的电解液按75:30的质量比调制成MnO2活性浆料。
（5）MnO2活性浆料隔膜纸的制作。将步骤（4）的MnO2活性浆料采用刮涂的方法涂覆在隔膜纸表面。
（6）镁锰纸电池的制作。将经过钝化处理过的镁电极、涂有MnO2-活性浆料的隔膜纸、石墨膜剪切成所需要的尺寸，按经过钝化处理过的镁电极、涂有MnO2-活性浆料的隔膜纸、石墨膜依次叠加，同时接出正负极引线，最后用塑料膜真空封装。
实施例5。
（1）镁负极的钝化处理。将厚0.2mm金属镁箔浸泡在浓度为0.1M的硼酸盐溶液中6分钟，取出沥掉多余的渍液。
（2）电解液的配制。配制Mg(ClO4)2浓度为0.5M、铬酸盐浓度为0.01M的电解液。
（3）MnO2混合粉料的配制。将MnO2、碳黑、沸石按90:10:0.1的质量比混合，球磨，得到MnO2活性粉料。
（4）MnO2活性浆料的配制。将步骤（3）的MnO2混合粉料与步骤（2）的电解液按72∶28的质量比调制成MnO2活性浆料。
（5）MnO2活性浆料隔膜纸的制作。将步骤（4）的MnO2活性浆料采用刮涂的方法涂覆在隔膜纸表面。
（6）镁锰纸电池的制作。将经过钝化处理过的镁电极、涂有MnO2-活性浆料的隔膜纸、石墨膜剪切成所需要的尺寸，按经过钝化处理过的镁电极、涂有MnO2-活性浆料的隔膜纸、石墨膜依次叠加，同时接出正负极引线，最后用塑料膜真空封装。
Claims (1)
1.一种镁锰纸电池的制备方法，该电池由镁负极、涂有MnO2活性浆料的隔膜纸和碳素集流体依次叠层构成，其特征是按以下步骤：
（1）镁负极的钝化处理：将镁负极浸泡在0.01~0.05M盐溶液中1~10分钟，所述的盐溶液为锡酸盐、铬酸盐、钒酸盐、磷酸盐或氟化物；所述的镁负极是厚0.1~0.2mm的金属镁箔或镁合金；
（2）电解液的配制：配制镁盐浓度为0.2~1M、缓蚀剂浓度为0.01~0.05M的电解液；所述的镁盐为MgSO4 、Mg(NO3)2、Mg(ClO4)2或镁的卤素化合物；所述的缓蚀剂为锡酸盐、磷酸盐、硼酸盐或季铵盐；
（3）MnO2混合粉料的配制：将MnO2、导电剂、添加剂按80~90∶10~20∶0.1~1的质量比混合得到MnO2混合粉料；所述添加剂是V2O5、人造沸石、氟化物、氧化镁或KMnO4中的一种或两种以上；
（4）MnO2活性浆料的配制：将步骤（3）的MnO2混合粉料与步骤（2）的电解液按70~75∶25~30的质量比调制成MnO2活性浆料；
（5）MnO2活性浆料隔膜纸的制作：将步骤（4）的MnO2活性浆料采用刮涂的方法涂覆在隔膜纸表面；
（6）镁锰纸电池的制作：在经过钝化处理过的镁电极表面依次叠加涂有MnO2-活性浆料的隔膜纸、碳素集流体，同时接出正负极引线，最后用塑料膜真空封装。
2.根据权利要求1所述的镁锰纸电池的制备方法，其特征是所述的碳素集流体是石墨膜、碳黑膜或碳纳米管膜。
3.根据权利要求1所述的镁锰纸电池的制备方法，其特征是制备MnO2活性浆料所用的导电剂是碳纳米管、碳黑或石墨中的一种或两种以上。
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