专利名称：一种镁锰纸电池及其制备方法
技术领域：
本发明属于ー种镁锰纸电池及其制备方法。
背景技术：
镁是ー种活性金属，电负性为I. 31，标准电极电位为-2. 36VCVS *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 ’另夕卜，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+2Mn02+H20 — 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 I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ー种金属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組合。申请号03142626 3的“镁电池阳极板料”涉及到镁合金为基材，连续鋳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“镁合金固态成型エ艺方法”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 “ー种镁干电池”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ー种新型电池，它是以纸张为载体的具有柔性薄型的特点，以色列/7Ofrer paper公司生产的纸电池是一种由锌和MnO2构成的使用エ业标准印刷技木，将电极材料印刷在纸上，単体纸电池可达到I. 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/7Ofrer/7部ar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. ro. 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Mn02、电解MnO2、纤维MnO2或纳米MnO2中的ー种或两种以上。所述的导电剂是碳纳米管、碳黑或石墨中的ー种或两种以上。所述的添加剂是V2O5、人造沸石、氟化物、氧化镁或KMnO4中的ー种或两种以上。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. oro. 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
(I)镁负极的钝化处理。将镁负极浸泡在0. oro. 05M盐溶液中f 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. OrO. 05M的电解液。(3)MnCUg合粉料的配制。将MnO2、导电剂、添加剂按80 90 10 20 0. I I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)Mn02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、不同尺寸的単体、双体和多体的镁锰纸电池，其单体的开路电压可达I. 8^2. OV。本发明涉及的镁锰纸电池，其剖视结构见附图。
附图为本发明镁锰纸电池的剖视结构图。其中，Ia为塑料薄膜，Ib为塑料薄膜，2为镁负扱，3为涂有MnO2活性浆料的隔膜纸，4为碳素集流体。
具体实施例方式本发明将通过以下实施例作进ー步说明。实施例I。(I)镁负极的钝化处理。将厚0. Imm金属镁箔浸泡在浓度为0. 05M的锡酸盐溶液中3分钟，取出浙掉多余的溃液。(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、碳黒、V2O5按90:10:0. I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)Mn02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。(I)镁负极的钝化处理。将厚0. 2mm金属镁箔浸泡在浓度为0. IM的季铵盐溶液中 5分钟，取出浙掉多余的溃液。(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-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)Mn02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。(I)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，取出浙掉多余的溃液。(2)电解液的配制。配制MgBr2浓度为0. 5M、钒酸盐浓度为0. OlM的电解液。(3)Mn02混合粉料的配制。将MnO2、碳纳米管、MgO按90:10:0. I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)Mn02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。(I)镁负极的钝化处理。将厚0. Imm金属镁箔浸泡在浓度为0. 2M的氟化纳溶液中5分钟，取出浙掉多余的溃液。(2)电解液的配制。配制Mg(NO3)2浓度为0. 5M、Mg(ClO4)2浓度为0. OlM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. I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)Mn02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。(I)镁负极的钝化处理。将厚0. 2mm金属镁箔浸泡在浓度为0. IM的硼酸盐溶液中6分钟，取出浙掉多余的溃液。(2)电解液的配制。配制Mg(ClO4)2浓度为0. 5M、铬酸盐浓度为0. OlM的电解液。(3)MnO2混合粉料的配制。将MnO2、碳黑、沸石按90:10:0. I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)Mn02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。
权利要求
1.一种镁锰纸电池，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； 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。
2.根据权利要求I所述的镁锰纸电池，其特征是所述的镁负极是厚0.ro. 2mm的金属镁箔或镁合金。
3.根据权利要求I所述的镁锰纸电池，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。
4.根据权利要求I所述的镁锰纸电池，其特征是制备MnO2活性浆料所用的MnO2是活 性Mn02、电解MnO2、纤维MnO2或纳米MnO2中的一种或两种以上。
5.、根据权利要求I所述的镁锰纸电池，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。
6.根据权利要求I所述的镁锰纸电池，其特征是制备MnO2活性浆料所用的添加剂是V2O5、人造沸石、氟化物、氧化镁或KMnO4中的一种或两种以上。
7.根据权利要求I所述的镁锰纸电池，其特征是制备MnO2活性浆料所用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. oro. 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。
8.权利要求I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.oro. 05M盐溶液中f 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. oro. 05M的电解液； (3)MnO2-合粉料的配制将MnO2、导电剂、添加剂按80 90 10 20 0. I I的质量比混合得到MnO2混合粉料； (4)Mn02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。
全文摘要
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。
文档编号H01M4/06GK102760892SQ201210209000
公开日2012年10月31日 申请日期2012年6月25日 优先权日2012年6月25日
发明者傅敏恭, 吁霁, 姚军, 孙晓刚, 彭清林, 曹宏辉, 黎先财 申请人:南昌大学