CN106410231A - 一种适用于镁‑锰干电池的新型复合电解液 - Google Patents

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陈昌国
刘渝萍
许婧
龚友来
杨巧玲
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    • H01M6/04—Cells with aqueous electrolyte
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Abstract

本发明涉及一种适用于镁‑锰干电池的新型复合电解液，其基础电解液是硫酸镁‑硝酸镁，其特征在于添加环境友好型复配添加剂氟化钠‑磷酸钠。该复合电解液具体组成：1～2.5mol/L硫酸镁‑硝酸镁、5～50mmol/L磷酸钠‑氟化钠。本发明所涉及的电解质均为无机盐，原料来源丰富、价格低廉、无污染，适用于各种锰粉混合，制作干电池。本发明组装成的内嵌式镁‑锰干电池电压高、容量大、放电滞后时间小于1s、无污染、价格低廉，适用于大规模生产和推广使用。

Description

一种适用于镁-锰干电池的新型复合电解液
技术领域
本发明涉及新型复合电解液领域，具体是一种适用于镁-锰干电池的新型复合电解液。
背景技术
镁及其合金具有电极电势负、理论比容量高、资源丰富等优点逐渐成为新型电池负极材料，在电池领域有着巨大的应用潜力。
由镁合金负极组成的镁-锰干电池，放电电压、电池效率均高于传统锌锰电池，并且从电池组装到放电完成废弃均无污染物产生。
早在上个世纪，镁-二氧化锰电池的研究就引起国内外学者的广泛关注。然而，镁及镁合金化学性质极其活泼在电解液中发生电化学氧化放电的同时，伴随着自腐蚀析氢反应，这种副反应的发生会大大降低镁合金的利用率、影响电池效率和放电稳定性、引发电池“气胀”现象；同时，镁合金表面覆盖的一层致密氧化膜，当电池开始放电时，需要一定时间击穿钝化膜，放电反应才得以顺利进行，即在电池两端加上负载后，需要经过一段时间才能正常输出电压，由此造成电池的“滞后效应”影响电池的放电性能，镁锰干电池的商品化因此受到极大的阻碍。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术中，由于镁锰干电池中镁合金的滞后效应带来的放电电压低、电池寿命短、电池材料利用率低等问题。
为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种适用于镁-锰干电池的新型复合电解液，其特征在于：包括基础电解液和复配添加剂；
所述基础电解液为硫酸镁-硝酸镁，
所述复配添加剂为磷酸钠-氟化钠；
所述硫酸镁-硝酸镁的浓度为1～2.5mol/L；所述磷酸钠-氟化钠的浓度为5～50mmol/L；
所述溶剂为去离子水。
进一步，所述电解液适用的内嵌式镁-锰干电池的组装过程包括以下步骤：
1)将二氧化锰和乙炔黑在研钵中混合研磨至均匀后，加入配置好的电解液，充分研磨，得到均匀混合的正极糊；
所述正极糊中的含水量为50％～80％；
所述二氧化锰和乙炔黑的质量比为85︰15；
所述乙炔黑在正极糊中的质量百分数为10％～15％；
2)将步骤1)中得到的正极糊均匀填充于不锈钢网内，压实后再将填充有正极糊的不锈钢网放入塑料管中；
3)将经过预处理后的AZ31B镁合金用隔膜纸包覆后插入到步骤2)中的正极糊中央，得到镁-锰干电池；
4)采用充放电仪对步骤3)中得到的静置一天的镁-锰干电池进行放电测试。
进一步，所述步骤3)中的预处理过程包括打磨、清洗、干燥和称重。
进一步，所述步骤4)中的放电测试过程中负极电流密度j＝5mA/cm2，终止电压为0.9V。
本发明的技术效果是毋庸置疑的，本发明具有以下优点：
1)本发明所用的电解液均采用绿色环保型无机盐配制而成，来源丰富，无污染，价格低廉，能降低镁-锰干电池的生产成本。
2)本发明采用硫酸镁-硝酸镁为基础复合电解液，开路电位正，活化电位负，具有较低的自腐蚀速率，综合电化学性能较好。
3)本发明中复配添加剂氟化钠-磷酸钠的加入，提高了镁合金的耐蚀性，滞后时间小于1s。
4)本发明所配制的电解液适用于镁-锰干电池，具有放电电压高、电池容量大、镁合金负极利用率增加、使用寿命长、无污染等特点。本发明可以广泛应用于镁-锰干电池生产之中。
附图说明
图1是内嵌式镁-锰干电池示意图；
图2是镁-锰干电池在j＝5mA/cm2放电曲线及电压滞后时间曲线。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。
实施例1：
一种适用于镁-锰干电池的新型复合电解液，其特征在于，包括基础电解液和复配添加剂；
所述基础电解液为硫酸镁-硝酸镁，
所述复配添加剂为磷酸钠-氟化钠；
所述硫酸镁-硝酸镁的浓度为1～2.5mol/L；所述磷酸钠-氟化钠的浓度为5～50mmol/L；
所述溶剂为水。
实施例2：
采用实施例1中配制的电解液，将如图1所示的内嵌式镁-锰干电池进行组装，该过程包括以下步骤：
1)将二氧化锰和乙炔黑在玛瑙研钵中混合研磨至均匀后，加入配置好的电解液，充分研磨，得到均匀混合的正极糊；
所述正极糊中的含水量为60％；
所述二氧化锰和乙炔黑的质量比为85︰15；
所述乙炔黑在正极糊中的质量百分数为15％；
2)将步骤1)中得到的正极糊均匀填充于不锈钢网内，压实后再将填充有正极糊的不锈钢网放入10mL的塑料管中；
3)将经过打磨、清洗、干燥和称重的AZ31B镁合金用聚乙烯醇为涂层的电缆纸包覆后插入到步骤2)中的正极糊中央，得到镁-锰干电池；
4)采用充放电仪对步骤3)中得到的静置一天的镁-锰干电池进行放电测试，负极电流密度j＝5mA/cm2，终止电压设置为0.9V，得到如图2所示的数据曲线。
如图2所示为镁-锰干电池在j＝5mA/cm2放电曲线及电压滞后时间曲线，从放电曲线明显看出,有添加剂存在的体系，在整个放电过程中，输出工作电压均高于空白体系。同时放电时长从16h增加至25.5h,放电效率提高60％。
另一方面，含有添加剂的电池在恒流放电过程中，放电平台维持时间长，表明氟化钠-磷酸钠的添加减小电极极化，减缓电压衰减速率。从滞后时间曲线，我们看出含有添加剂的电池在放电初始阶段，很快达到正常工作电压1.5V,相比之下，空白电解液在需要10s的启动时间才可以达到正常工作状态。

Claims (4)

1.一种适用于镁-锰干电池的新型复合电解液，其特征在于：包括基础电解液和复配添加剂；
所述基础电解液为硫酸镁-硝酸镁，
所述复配添加剂为磷酸钠-氟化钠；
所述硫酸镁-硝酸镁的浓度为1～2.5mol/L；所述磷酸钠-氟化钠的浓度为5～50mmol/L；
所述溶剂为去离子水。
2.根据权利要求1所述的一种适用于镁-锰干电池的新型复合电解液，其特征在于，所述电解液适用的内嵌式镁-锰干电池的组装过程包括以下步骤：
1)将二氧化锰和乙炔黑在研钵中混合研磨至均匀后，加入配置好的电解液，充分研磨，得到均匀混合的正极糊；
所述正极糊中的含水量为50％～80％；
所述二氧化锰和乙炔黑的质量比为85︰15；
所述乙炔黑在正极糊中的质量百分数为10％～15％；
2)将步骤1)中得到的正极糊均匀填充于不锈钢网内，压实后再将填充有正极糊的不锈钢网放入塑料管中；
3)将经过预处理后的镁合金用隔膜纸包覆后插入到步骤2)中的正极糊中央，得到镁-锰干电池；
4)采用充放电仪对步骤3)中得到的静置一天的镁-锰干电池进行放电测试。
3.根据权利要求2所述的一种适用于镁-锰干电池的新型复合电解液，其特征在于：所述步骤3)中的预处理过程包括打磨、清洗、干燥和称重。
4.根据权利要求2所述的一种适用于镁-锰干电池的新型复合电解液，其特征在于：所述步骤4)中的放电测试过程中负极电流密度j＝5mA/cm2，终止电压为0.9V。
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