【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于氟化石墨电池，涉及一种基于分子拥挤效应电解液的镁/氟化石墨水系电池。
技术介绍
1、锂/氟化石墨(li/cfx)一次电池是已知能量密度最高的一次电池。当x＝1时，li/cf1一次电池的理论比容量可达865mah/g，理论能量密度为2180wh/kg，远高于市场上其他锂原电池体系，如li/socl2、li/so2、li/mno2等。同时，li/cfx具有放电平稳、工作电压高、年容量损失小、贮存寿命长等优点，在军工、航天、医药等特殊领域具有十分广阔的应用前景，因此被认为是最具有研究价值的代表性一次电池之一。li/cfx一次电池主要由氟化石墨正极和锂负极组成，其中氟化石墨的脱氟行为是影响li/cfx电池容量和放电平台的关键。值得关注的是，现有li/cfx一次电池是在有机电解液体系下(如libf4-ec/dec、lipf6-ec/dec)稳定运行，而针对水系电解液体系的报道罕见。
2、在“双碳”发展目标的大背景下，基于水系电解液的储能器件近年来备受关注。然而，虽然水系电解液具备低成本、高安全性、高离子电导率等优势，但目前仍无法实际应用于氟化石墨一次电池之中。整体而言，制约水系氟化石墨一次电池实际应用的根本因素主要分为以下两方面：(1)在正极层面，氟化石墨材料的表面能较低且具备较强的表面疏水性强，导致电解液与氟化石墨正极电极界面的兼容性较差，从而引起氟化石墨一次电池中氟化石墨正极放电不稳，或放电不充分。(2)在负极层面，氟化石墨一般需要匹配高活性的金属负极(如锂、镁、锌等)完成供电反应，上述金属负极在水系电解质中
3、因此，构筑氟化石墨水系一次电池的关键在于提高电解液与正极表界面的兼容性，实现高效的界面离子传导，同时有效稳定金属负极，避免析氢副反应发生。发展合适的新型电解液体系，是实现上述目标的核心所在。此外，为了实现高能量密度的氟化石墨水系电池，所设计的电解液同时还需要具备高离子电导率、环境友好、无毒等特点。
4、基于此，为解决这些问题，仍需要研发具有高电压和高能量氟化石墨水系电池电解液。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种基于分子拥挤效应电解液的镁/氟化石墨水系电池。
2、为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
3、一方面，本专利技术提供一种分子拥挤型氟化石墨水系电池电解液，所述电解液包括溶剂水、电解质盐和分子拥挤剂，所述分子拥挤剂选自聚乙二醇(peg)、糖类或聚乙烯醇(pva)中的任意一种。
4、在本专利技术中，分子拥挤型氟化石墨水系电池电解液，不仅提升了电解液与氟化石墨正极电极界面的兼容性，且减轻了负极副反应的产生，使得氟化石墨水系电池的容量、电压显著提高，从而可得到高比能氟化石墨水系电池。
5、本专利技术的电解液中添加的分子拥挤剂与溶剂水之间具有强烈的相互作用，可以调控电解液的氢键网络和溶剂包覆结构，进而改善正极电极表界面接触与金属负极在水溶液中不稳定等问题。
6、优选地，所述电解液中电解质盐的重量百分比含量为11-52％，例如11％、15％、18％、20％、22％、25％、28％、30％、32％、35％、38％、40％、42％、45％、48％、50％或52％。
7、优选地，所述电解质盐为溴化镁(mgbr2)、溴化锂(libr)、溴化钾(kbr)或乙酸锂(liac)等电解质盐中的任意一种或至少两种的组合。
8、优选地，所述电解液中分子拥挤剂的重量百分比含量为20-73％，例如20％、22％、25％、28％、30％、32％、35％、38％、40％、42％、45％、48％、50％、52％、55％、58％、60％、63％、65％、68％、70％或73％。
9、优选地，所述分子拥挤剂中的糖类为蔗糖。
10、优选地，所述分子拥挤剂为聚乙二醇。
11、优选地，所述聚乙二醇的分子量为300-100000，例如300、400、600、800、1000、1500、2000、3000、4000、6000、8000、10000、20000、35000、60000或100000等。
12、优选地，所述分子拥挤剂为分子量介于10000到100000的两种分子量之差在5000以上的聚乙二醇的组合。
13、优选地，所述溶剂水选自去离子水或超纯水等。
14、另一方面，本专利技术提供了如上所述的分子拥挤型氟化石墨水系电池电解液的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
15、(1)将电解质盐溶于溶剂水中，形成电解质溶液；
16、(2)将电解质溶液与分子拥挤剂混合，得到所述分子拥挤型氟化石墨水系电池电解液。
17、优选地，步骤(1)所述将电解质盐溶于溶剂水中后进行超声充分溶解。
18、优选地，步骤(2)所述混合后，进行超声充分混合均匀。
19、另一方面，本专利技术提供基于分子拥挤效应电解液的镁/氟化石墨水系电池，所述氟化石墨水系电池包括正极、负极以及如上所述的基于分子拥挤效应的氟化石墨水系电池电解液。
20、优选地，所述的正极电极由活性材料氟化石墨(cfx)、导电剂或粘结剂组成；所述的正极电极，活性材料可为商业cfx(x＝0.85～1.1)，导电剂为石墨烯、科琴黑、碳纳米管、super-p或乙炔黑中的一种或至少两种的组合，粘结剂为聚偏二氟乙烯(pvdf)和/或聚四氟乙烯(ptfe)。
21、优选地，所述的活性材料、导电剂与粘结剂的重量比为7:2:1。
22、在本专利技术中，结合图1电池结构示意图，提供一种基于分子拥挤效应电解液的镁/氟化石墨水系电池，所述镁/氟化石墨水系电池的正极为氟化石墨，负极为镁，正极极片按活性材料、导电剂与粘结剂比例7:2:1均匀混合，以n-甲基吡咯烷酮(nmp)稀释剂研磨制浆。将研磨的浆体均匀涂覆在集流体上，并置于真空烘箱中，100℃干燥24h，即可得到一种cfx正极电极。
23、优选地，所述的正极电极干燥温度可调为80-120℃(例如80℃、85℃、90℃、95℃、100℃、105℃、110℃、115℃或120℃)，时间可调为15-24h(例如15h、18h、20h、22h或24h)。
24、优选地，所述的集流体可为铝箔、铜网、钛片、钛网或碳布等中的任何一种。
25、优选地，所述的负极采用镁箔、锌箔、铝箔或对应金属合金，主要用于提供电子。
26、以镁负极为例，上述基于所有电解液组装的镁/氟化石墨水系电池在放电过程中，主要反应方程式如下：
27、正极：
28、负极：
29、总反应：
30、相对于现有技术，本专利技术具有以下有益效果：
31、(本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种分子拥挤型氟化石墨水系电池电解液，其特征在于，所述电解液包括溶剂水、电解质盐和分子拥挤剂，所述分子拥挤剂选自聚乙二醇、糖类或聚乙烯醇中的任意一种。
2.根据权利要求1所述的分子拥挤型氟化石墨水系电池电解液，其特征在于，所述电解液与氟化石墨正极电极界面具有很好的兼容性，且具有减轻负极副反应的作用。
3.根据权利要求1所述的分子拥挤型氟化石墨水系电池电解液，其特征在于，所述电解液中电解质盐的重量百分比含量为11-52％。
4.根据权利要求1或3所述的分子拥挤型氟化石墨水系电池电解液，其特征在于，所述电解质盐为溴化镁、溴化锂、溴化钾或乙酸锂中的任意一种或至少两种的组合。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的分子拥挤型氟化石墨水系电池电解液，其特征在于，所述电解液中分子拥挤剂的重量百分比含量为20-73％。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的分子拥挤型氟化石墨水系电池电解液，其特征在于，所述分子拥挤剂中的糖类为蔗糖；
7.根据权利要求1-6中任一项所述的分子拥挤型氟化石墨水系电池电解液，其特征在于，所述分子
8.根据权利要求1-7中任一项所述的分子拥挤型氟化石墨水系电池电解液，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
9.一种氟化石墨水系电池，其特征在于，所述基于分子拥挤效应电解液的氟化石墨水系电池包括正极、负极以及如权利要求1-7中任一项所述的分子拥挤型氟化石墨水系电池电解液；
10.根据权利要求9所述的基于分子拥挤效应电解液的氟化石墨水系电池，其特征在于，所述负极采用镁箔、锌箔、铝箔或对应金属合金。
...【技术特征摘要】
1.一种分子拥挤型氟化石墨水系电池电解液，其特征在于，所述电解液包括溶剂水、电解质盐和分子拥挤剂，所述分子拥挤剂选自聚乙二醇、糖类或聚乙烯醇中的任意一种。
2.根据权利要求1所述的分子拥挤型氟化石墨水系电池电解液，其特征在于，所述电解液与氟化石墨正极电极界面具有很好的兼容性，且具有减轻负极副反应的作用。
3.根据权利要求1所述的分子拥挤型氟化石墨水系电池电解液，其特征在于，所述电解液中电解质盐的重量百分比含量为11-52％。
4.根据权利要求1或3所述的分子拥挤型氟化石墨水系电池电解液，其特征在于，所述电解质盐为溴化镁、溴化锂、溴化钾或乙酸锂中的任意一种或至少两种的组合。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的分子拥挤型氟化石墨水系电池电解液，其特征在于，所述电解液中分子拥挤剂的重量百分比含量为20-73％...
【专利技术属性】
技术研发人员：王文龙，兰莹莹，蔡乐娟，张帆，
申请(专利权)人：松山湖材料实验室，
类型：发明
国别省市：
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