一种镁电池用镁电极及其制备方法技术

本发明专利技术属于镁电池技术领域，涉及一种镁电池用镁电极及其制备方法，是在基体材料上沉积有双层结构的电极材料，底层为铜层，表层为镁或镁合金层；并采用电镀方法制备铜过渡层、然后在格式试剂的ＴＨＦ溶液中电沉积镁的镁电极制备方法。本发明专利技术采用电镀方法制备的双层镁电极，具有镁层与基体材料结合牢固、致密，放电性能好等优点，且电极表面没有钝化膜、镁镀层质量好。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电池
，涉及镁电池，尤其是。
技术介绍
金属镁资源丰富，价格低廉，环境友好，具有密度小、电极电位负、理论比容量大 (2205mAh · g"1)的特性。镁电池作为一种新型绿色化学电源，还具有高比能、安全、无污染 等特点，被认为是未来替代传统电池的理想换代产品之一。但是，传统镁电极采用压延法制 备，表面具有很厚的钝化膜，使得镁的利用率降低，放电时存在电压滞后现象；虽然通过加 入添加剂、合金化等手段，使表面钝化膜受到抑制、电性能得到较大改善，但牺牲了镁电极 的工作电位和倍率放电性能，因此，科学家们一直在尝试制备一种表面不存在或较少钝化 膜薄层的镁电极。薄层电极通常可以通过电镀、物理沉积等方法获得。其中，金属镁的电极 电位很负且反应活性比较高，镁的电沉积不能在水溶液和大多数有机电解质体系中进行， 相应的镀液体系必须采用非质子溶剂，而且镀液中的各组分与镁不发生反应，可用于沉积 金属镁的溶剂大多为有机溶剂和离子液体，其中效果最好的是四氢呋喃，而镁盐则主要是 一些有机镁盐，如格氏试剂及氯化铝有机金属镁配合物等，镀液体系都属于简单盐体系。因 此现有的镁电极存在着与基体结合不很牢固，表面会出现钝化膜，不适于大电流放电。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术的不足之处，提供一种具有大电流放电性能的双层 结构的镁电池用镁电极；本专利技术的另一个目的是提供上述镁电池用镁电极的制备方法。为实现上述目的，本专利技术采用下述技术方案一种镁电池用镁电极，是在基体材料上沉积有双层结构的电极材料，底层为铜层， 表层为镁或镁合金层。而且，所述基体材料为聚合物、多孔材料、在电解液中稳定存在的金属材料。而且，所述聚合物为塑料如PP、PE、PVC或PTFE。而且，所述多孔材料为泡沫镍或泡沫铜。而且，所述在电解液中稳定存在的金属材料包括不锈钢带、镍带以及表面镀铬的 材料。一种镁电池用镁电极的制备方法，步骤是(1)对基体材料在丙酮溶液中进行超声清洗；(2)在基体材料底层进行铜层的电镀，电镀条件为温度50-60°C，电流密度为 10-20mA/cm2 ；(3)表面具有铜层的材料上进一步进行镁的电沉积，方式为恒电流电沉积，电流密 度为 0. 8-1. 2mA · cnT2。而且，所述铜电镀液的配方为焦磷酸钾350g/L，硝酸铵20g/L，硫酸铜90g/L，pH 值控制在8. 2-8.8。而且，所述镁的电沉积中，对电极以及参比电极采用镁条，电解液为1.0M的 EtMgBr/THF 溶液。本专利技术的优点及有益效果是1、本专利技术采用电镀方法制备的双层镁电极，具有镁层与基体材料结合牢固、致密， 放电性能好等优点，且电极表面没有钝化膜、镁镀层质量好。2、本专利技术是选取EtMgBr/THF溶液作为电解液，比较了两种基体材料铜和镍上镁 的电沉积行为，考察了镁沉积层的表面形貌，将镍作为基体材料，在镍基体上预镀金属铜， 然后在EtMgBr/THF溶液中电沉积镁，制备出镁电极，其电化学极化得到改善，易于大电流 放电。附图说明图1为本专利技术在泡沫镍上形成双层膜的镁电极SEM照片；其中a)为电镀镁前；b)为电镀镁后。图2为本专利技术在不同基体材料上的电沉积镁的SEM图谱；其中a)为镍基体；b)为铜基体。图3为本专利技术镁电极的放电曲线；其中上为具有双层结构的多孔镁电极；下为平板镁电极。具体实施例方式下面结合实施例，对本专利技术进一步说明，下述实施例是说明性的，不是限定性的， 不能以下述实施例来限定本专利技术的保护范围。—种镁电池用镁电极，采用电沉积镁，镁层的厚度由电沉积时间/电量决定，为保 证镁电极的集流效果、形貌及其与基体材料的结合强度，在其间采用了铜过渡层，即镁电极 的电极材料是由铜层和镁层构成的双层膜。镁的电沉积采用在格氏试剂的醚溶液实现镁的电沉积，本专利技术选用lMEtMgBr/THF 溶液作为电解液进行电沉积，表面不会形成钝化膜。电沉积在电流密度最佳为1. OmA · cm-2 恒流条件下进行，电沉积时间均为1小时。镁电极所采用的基体材料可以是不锈钢带、镍带、塑料(PP、PE、PVC、PTFE等)、表 面镀铬的各种材料等；基体材料可以是多孔材料如泡沫镍、泡沫铜等。本专利技术仅以镍/泡沫 镍为例，但不仅限于此。在塑料基体材料上沉积铜采用化学镀的方法实现；在金属基体材料沉积铜采用电 镀方法实现，具体为采用焦磷酸铜电镀铜的方法，这个方法的优点是分散能力好，无毒，腐 蚀性小，均镀能力和镀层韧性都很好，铜镀层和镍基体结合牢固。镁电池用镁电极的制备方法通过以下两个实施例进行说明实施例1 1、对基体材料泡沫镍在丙酮溶液中进行超声清洗，清洗干净即可；2、在基体材料的底层进行铜层的电镀，电镀条件为温度55°C左右，电流密度为15mA/cm2,电镀时间为3min。其中铜电镀液的配方焦磷酸钾350g/L，硝酸铵20g/L，硫酸铜90g/L，pH值控制 在 8. 2-8. 8。3、在基体材料表层进行镁的电沉积，恒流电沉积，电流密度为1. OmA · cm—2，电沉积 时间为lh。其中电极基片的电极面积0. 26cm2,对电极以及参比电极均采用镁条(纯度 99. 99% ),电解液为1. OM的EtMgBr/THF溶液，由此得到具有双层结构的镁电极，其表面形 貌如图lb)所示。4、表面形貌观察采用扫描电子显微镜(SEM，Hitachi S-4000)拍摄镁在基体材 料上的沉积形貌，并采用EDS对表面成分进行定性确定；5、电化学测试镁电极放电采用恒压放电，电压为0. 5V(vs Mg)，得到的恒压放电曲线如图3所不。实施例2:基体材料采用铜箔，并直接进行镁的电沉积。其余与实施例1相同。重复以上试验，结果记录在表1中，其表面SEM图如图2b)所示。为了验证本专利技术的先进性，本专利技术提供了三个对比例如下对比例1 基体材料采用泡沫镍，直接进行镁的电沉积，其余与实施例1相同，重复以上试 验，结果记录在表1中。表面SEM图如图la)所示。对比例2:基体材料采用镍箔直接进行镁的电沉积，其余与实施例1相同，重复以上试验，结 果记录在表1中。表面SEM图如图2a)所示。对比例3:采用Mg(ClO4)2的THF溶液在镍箔上进行镁的电镀，其余与实施例1相同，重复以 上试验，结果记录在表1中。表 权利要求一种镁电池用镁电极，其特征在于是在基体材料上沉积有双层结构的电极材料，底层为铜层，表层为镁或镁合金层。2.根据权利要求1所述的一种镁电池用镁电极，其特征在于所述基体材料为聚合物、 多孔材料、在电解液中稳定存在的金属材料。3.根据权利要求2所述的一种镁电池用镁电极，其特征在于所述聚合物为塑料如PP、 PE、PVC 或 PTFE04.根据权利要求2所述的一种镁电池用镁电极，其特征在于所述多孔材料为泡沫镍 或泡沫铜。5.根据权利要求2所述的一种镁电池用镁电极，其特征在于所述在电解液中稳定存 在的金属材料包括不锈钢带、镍带以及表面镀铬的材料。6.一种如权利要求1所述的镁电池用镁电极的制备方法，其特征在于制备方法的步 骤是(1)对基体材料在丙酮溶液中进行超声清洗；(2)在基体材料底层进行铜层的电镀，电镀条件为温度50-60电流密度为10-20mA/cm2；(3)在表面具有铜层的材料上进一步进行镁的电沉积，方式为恒流电沉积，电流密度为 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种镁电池用镁电极，其特征在于：是在基体材料上沉积有双层结构的电极材料，底层为铜层，表层为镁或镁合金层。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘兴江，郑伟伟，张晶，丁飞，徐强，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第十八研究所，
类型：发明
国别省市：12[中国|天津]