一种镁电池的制备工艺的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种镁电池的制备工艺，包括负极的制作→隔离层的制作→电解质的制作→正极导电剂的制作→正极材料的制作→正极成品的制作→电池制作→电池烘烤→电池注入电解液→电池化成；其中正极成品的制作包括搅拌,将含镁离子的正极材料、粘结剂、导电剂按90:6?4:4?6的比例搅拌均匀→涂刷,将步骤①搅拌后的混合物双面涂刷在集流体上→烘干，将双面涂刷后的集流体放置在真空箱里烘干，烘干时间不于24小时，烘干温度控制在120℃→碾压→分切，分切成所需尺寸。本发明生产工艺简单，生产成本低，克服了锂电池存在的安全隐患，保证了电池的使用安全，避免了环境污染，推广应用具有良好的经济和社会效益。
【专利说明】
一种镁电池的制备工艺
技术领域
[0001]本发明属于电池制备技术领域，涉及到二次电池，特别涉及一种镁电池的制备工
-H-
O
【背景技术】
[0002]近年来，随着电子消费品、电动工具以及电动车的发展，市场对电池的需求不断增长。现在使用的可充电池主要是N1-Cd、铅酸、N1-MH以及锂离子蓄电池，但前两种电池明显的缺点是含有有害元素Cd和Pb，严重污染环境;而锂离子电池仅适用于小容量储电，当容量大时，会由于锂特别的活泼性，锂离子电池用于大电流充放电时很容易在负极析出金属锂，从而引发安全隐患;再者，锂在自然界中丰度没有镁大，居第27位，锂的化合价为+1，电离能为5.329V，锂价格相对较高，储量也不多，需要依赖进口六氟磷酸锂和进口隔离膜，六氟磷酸锂遇空气或水会分解有毒的氢氟酸，六氟磷酸锂技术一直都美日等其他国家垄断，国内无法技术合成，迫切需要廉价、安全、环保及高性能电池的开发与应用。
[0003]目前使用的锂电池从理论上说存在安全问题。因为锂电池在充电时锂离子得到电子从正极中脱离出来通过隔离膜到达负极变为单质金属锂附吸和嵌在石墨晶格里，如果锂电池外壳因为某种原因(电池外壳质量或撞击损坏)导致与空气接触，金属锂很活泼会与空气中的氧气发生剧烈燃烧反应，锂电池电解液中的六氟磷酸锂(剧毒)也会与空气中的水反应生成氟化氢(剧毒并有腐蚀性)，锂电池存在安全隐患问题。
[0004]锂电池用铜箔作负极集电极，需要用人造石墨涂覆在铜箔上，工艺步骤多，生产成本高，耗费时间长。
【发明内容】
[0005]本发明的目的要解决上述技术问题。
[0006]本发明的目的是这样实现的:一种镁电池的制备工艺，包括电池外壳，其特征在于:所述的电池外壳上设置有负极、正极，负极和正极之间设置有隔离层，隔离层采用多孔绝缘结构；
电池工作原理为，
①电池充电时，给正极高电平的电动势镁离子得到电子，从正极材料里出来由含镁离子的电解质传导通过多孔绝缘隔离层到达负极上变为单质金属镁并嵌入铝板中成为铝镁合金;正极由MgAB分子变为AB型分子，即为充电过程；当镁与铝成为合金时，极为稳定，把铝镁合金放在氧气和水中也不会发生安全事故；
②放电，由于镁外层为2个电子，很容易失去电子，通过外围让2个电子从负极达到正极用电路完成，变成正离子由电解质传导通过多孔绝缘隔离层到达正极并与AB型分子结合为MgAB分子，这个过程为放电；
③当镁电池过充电时，镁尚子完全从正极脱尚，正极材料变为AB分子，其结构相当稳定，镁离子达到负极变为单质金属镁与铝成为合金，铝镁合金更为稳定，没有可能发生安全事故;
④当镁电池过放电时，负极中的镁完全达到正极，与AB分子结合成为MgAB分子，其分子结构稳定，没有安全问题。
[0007]包括以下步骤，
A)、负极的制作，负极采用铝板或铝镁合金板作为集电极；
B)、隔离层的制作，隔离层采用多孔绝缘结构，该结构不能通过电子但可以通过Mg+2的离子，让.能够携带+2电子通过隔离层，达到充放电的目的；
C)、电解质的制作，电解质采用含镁离子的无机化合物溶解于有机化合物制作成胶质或固态电解质，无机化合物包括MgCl2、MgS04、MgN03、MgC03等无机化合物，这种电解质遇空气或水都不会发生化学反应或燃烧，生产和使用过程中环保安全，对人体友好，旧电池回收不会污染环境；
D)、正极导电剂的制作，正极采用人工合成，为了提高电池的充放电倍率，掺入碳作包覆正极材料或掺入石墨烯作导电剂，增加正极材料的导电性以及增加Mg+2离子通导速度，降低电池内阻，提高电池的充放电循环；
E)、正极材料的制作，正极材料分子为MgAB，A包含所有正的多价金属离子，多价金属离子包括N1、Mn、Co等，B包含所有负的非金属离子以及酸根离子，非金属离子以及酸根离子包括氧、碳酸根离子、硫酸根离子、磷酸根离子等；
F)、正极成品的制作，包括以下步骤，
①搅拌，将含镁离子的正极材料、粘结剂、导电剂按90:6-4:4-6的比例搅拌均匀;粘结剂采用水性粘结，型号为LA133;
②涂刷，将步骤①搅拌后的混合物双面涂刷在集流体上，控制涂刷厚度为180?200nm;集流体采用厚度为16nm的铝箔；
③烘干，将双面涂刷后的集流体放置在真空箱里烘干，烘干时间不于24小时，烘干温度控制在120°C;其中烘干温度从60°C开始，每升5°C，烘干时间不低于10分钟；
④碾压，碾压检测压实度为2.2;
⑤分切，分切成所需尺寸；
G)、电池的制作，包括以下步骤，
①制作成电池尺寸，将负极、正极、隔离膜分层叠片制作成所需的电池尺寸；
②引出极耳，将引出的极耳放入电池壳内；
③封闭电池外壳，焊接封闭好外壳，同时检测外壳焊接是否密封；
H)、电池烘烤，将制作好的电池放入真空烘箱，温度控制在1050C，烘烤时间不低于24小时;其中从60°C开始每升5°C，时间不低于10分钟;将温度降至40°C，通入氮气，取出电池；
I)、电池注入电解液，将电池注入100g/mAH电解液，电池倒放静置12小时，电解液完全浸透正极；
J)、电池化成，电池化成电压设置5V，电流为I/20mAH，时间为4小时；将电压设置4.8V，电流为I/I OmAH，终止电流为I/20mAH，电池搁置24小时;再按0.2C充电，0.5C放电检测容量。
[0008]所述的步骤C)电解质的制作中，电解质采用含镁离子的无机化合物溶解在有机电解液中。
[0009]所述的步骤C)电解质的制作中，电解质采用含镁离子的有机化合物溶解在有机电解液中。
[0010]所述的步骤C)电解质的制作中，电解质采用含镁离子有机化合物溶解于有机化合物制作成胶质或固态电解质。
[0011]所述的步骤D)正极导电剂的制作中，掺入导电性能好的金属或金属氧化物作导电剂。
[0012]所述的步骤E)正极的制作中，AB为可变多个化合价非金属离子或可变多个化合价的金属酸根离子的多价金属离子的盐。
[0013]本发明生产工艺简单，生产成本低，克服了锂电池存在的安全隐患，保证了电池的使用安全，避免了环境污染，推广应用具有良好的经济和社会效益。
【具体实施方式】
[0014]下面对本发明作进一步说明，但不作为对本发明的限制:
一种镁电池的制备工艺，包括电池外壳，其特征在于:所述的电池外壳上设置有负极、正极，负极和正极之间设置有隔离层，隔离层采用多孔绝缘结构；电池工作原理为，①电池充电时，给正极高电平的电动势镁离子得到电子，从正极材料里出来由含镁离子的电解质传导通过多孔绝缘隔离层到达负极上变为单质金属镁并嵌入铝板中成为铝镁合金;正极由MgAB分子变为AB型分子，即为充电过程；当镁与铝成为合金时，极为稳定，把铝镁合金放在氧气和水中也不会发生安全事故;②放电，由于镁外层为2个电子，很容易失去电子，通过外围让2个电子从负极达到正极用电路完成，变成正离子由电解质传导通过多孔绝缘隔离层到达正极并与AB型分子结合为MgAB分子，这个过程为放电；③当镁电池过充电时，镁离子完全从正极脱离，正极材料变为AB分子，其结构相当稳定，镁离子达到负极变为单质金属镁与铝成为合金，铝镁合金更为稳定，没有可能发生安全事故;④当镁电池过放电时，负极中的镁完全达到正极，与AB分子结合成为MgAB分子，其分子结构稳定，没有安全问题;包括以下步骤，A)、负极的制作，负极采用铝板或铝镁合金板作为集电极;B)、隔离层的制作，隔离层采用多孔绝缘结构，该结构不能通过电子但可以通过Mg+2的离子，让仏能够携带+2电子通过隔离层，达到充放电的目的；C)、电解质的制作，电解质采用含镁离子的无机化合物溶解于有机化合物制作成胶质或固态电解质，无机化合物包?MgCl 2、MgS04、MgN03、MgC03等无机化合物，这种电解质遇空气或水都不会发生化学反应或燃烧，生产和使用过程中环保安全，对人体友好，旧电池回收不会污染环境;D)、正极导电剂的制作，正极采用人工合成，为了提高电池的充放电倍率，掺入碳作包覆正极材料或掺入石墨烯作导电剂，增加正极材料的导电性以及增加Mg+2离子通导速度，降低电池内阻，提高电池的充放电循环;E )、正极材料的制作，正极材料分子为MgAB，A包含所有正的多价金属尚子，多价金属尚子包括N1、Mn、Co等，B包含所有负的非金属离子以及酸根离子，非金属离子以及酸根离子包括氧、碳酸根离子、硫酸根离子、磷酸根离子等;F)、正极成品的制作，包括以下步骤，①搅拌，将含镁离子的正极材料、粘结剂、导电剂按9 O: 6 - 4: 4 - 6的比例搅拌均匀；粘结剂采用水性粘结，型号为LA133;②涂刷，将步骤①搅拌后的混合物双面涂刷在集流体上，控制涂刷厚度为180?200nm;集流体采用厚度为16nm的铝箔;③烘干，将双面涂刷后的集流体放置在真空箱里烘干，烘干时间不于24小时，烘干温度控制在120 °C ;其中烘干温度从60 0C开始，每升5 °C，烘干时间不低于10分钟;④碾压，碾压检测压实度为2.2;⑤分切，分切成所需尺寸;G)、电池的制作，包括以下步骤，①制作成电池尺寸，将负极、正极、隔离膜分层叠片制作成所需的电池尺寸;②引出极耳，将引出的极耳放入电池壳内；③封闭电池外壳，焊接封闭好外壳，同时检测外壳焊接是否密封;H)、电池烘烤，将制作好的电池放入真空烘箱，温度控制在105°C，烘烤时间不低于24小时;其中从60°C开始每升5°C，时间不低于10分钟;将温度降至40°C，通入氮气，取出电池；I)、电池注入电解液，将电池注入100g/mAH电解液，电池倒放静置12小时，电解液完全浸透正极;J)、电池化成，电池化成电压设置5V，电流为l/20mAH，时间为4小时；将电压设置4.8V，电流为Ι/lOmAH，终止电流为l/20mAH，电池搁置24小时;再按0.2C充电，0.5C放电检测容量;所述的步骤C)电解质的制作中，电解质采用含镁离子的无机化合物溶解在有机电解液中；所述的步骤C)电解质的制作中，电解质采用含镁离子的有机化合物溶解在有机电解液中；所述的步骤C)电解质的制作中，电解质采用含镁离子有机化合物溶解于有机化合物制作成胶质或固态电解质;所述的步骤D)正极导电剂的制作中，掺入导电性能好的金属或金属氧化物作导电剂;所述的步骤E )正极的制作中，AB为可变多个化合价非金属离子或可变多个化合价的金属酸根离子的多价金属离子的盐。
[0015]具体实施时，镁电池从理论上要比锂电池安全，镁电池的负极是铝板，电池充电时镁离子得到电子到达负极后变成金属单质镁与铝化为合金，这种铝镁合金即使在氧气中也不会有安全问题。
[0016]从环保方面来说，镁电池不用六氟磷酸锂(遇空气或水会分解有毒的氢氟酸)电解质，也不需要锂离子(锂资源也比较稀缺)的化合物;镁是在自然界中分布最广的十个元素之一(镁是在地球的地壳中第八丰富的元素，约占2%的质量，亦是宇宙中第九多元素;镁的化合价为+2，电离能为7.646V，而锂在自然界中丰度没有镁大，居第27位，锂的化合价为+1，电离能为5.329V，锂离子只带一个电子，而镁离子可以带二个电子，从理论上说镁比锂更有开发的价值。
[0017]从锂电池的生产工艺来说，镁电池的生产工艺要简单很多，从材料的价格看比锂电池更便宜，镁电池具有低成本、无毒害、高功率、高能量密度等特点，因而受到极大重视；镁电池能过充电，也能过放电，都不会引起安全问题，充放电的电压范围3V?4.8V，比锂电池电压更高，范围更宽。
[0018]本发明的上述实施例，仅仅是清楚地说明本发明所做的举例，但不用来限制本发明的保护范围，所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由各项权利要求限定。
【主权项】
1.一种镁电池，包括电池外壳，其特征在于:所述的电池外壳上设置有负极、正极，负极和正极之间设置有隔离层，隔离层采用多孔绝缘结构； 电池工作原理为， ①电池充电时，给正极高电平的电动势镁离子得到电子，从正极材料里出来由含镁离子的电解质传导通过多孔绝缘隔离层到达负极上变为单质金属镁并嵌入铝板中成为铝镁合金;正极由MgAB分子变为AB型分子，即为充电过程；当镁与铝成为合金时，极为稳定，把铝镁合金放在氧气和水中也不会发生安全事故； ②放电，由于镁外层为2个电子，很容易失去电子，通过外围让2个电子从负极达到正极用电路完成，变成正离子由电解质传导通过多孔绝缘隔离层到达正极并与AB型分子结合为MgAB分子，这个过程为放电； ③当镁电池过充电时，镁尚子完全从正极脱尚，正极材料变为AB分子，其结构相当稳定，镁离子达到负极变为单质金属镁与铝成为合金，铝镁合金更为稳定，没有可能发生安全事故; ④当镁电池过放电时，负极中的镁完全达到正极，与AB分子结合成为MgAB分子，其分子结构稳定，没有安全问题。2.根据权利要求1所述的一种镁电池的制备工艺，其特征在于:包括以下步骤， A )、负极的制作，负极采用铝板或铝镁合金板作为集电极； B)、隔离层的制作，隔离层采用多孔绝缘结构，该结构不能通过电子但可以通过Mg+2的离子，让.能够携带+2电子通过隔离层，达到充放电的目的； C)、电解质的制作，电解质采用含镁离子的无机化合物溶解于有机化合物制作成胶质或固态电解质，无机化合物包括^(:12為304為勵3為0)3，这种电解质遇空气或水都不会发生化学反应或燃烧，生产和使用过程中环保安全，对人体友好，旧电池回收不会污染环境； D)、正极导电剂的制作，正极采用人工合成，为了提高电池的充放电倍率，掺入碳作包覆正极材料或掺入石墨烯作导电剂，增加正极材料的导电性以及增加Mg+2离子通导速度，降低电池内阻，提高电池的充放电循环； E)、正极材料的制作，正极材料分子为MgAB，A包含所有正的多价金属离子，多价金属离子包括N1、Mn、Co，B包含所有负的非金属离子以及酸根离子，非金属离子以及酸根离子包括氧、碳酸根离子、硫酸根离子、磷酸根离子； F)、正极成品的制作，包括以下步骤， ①搅拌，将含镁离子的正极材料、粘结剂、导电剂按90:6-4:4-6的比例搅拌均匀；粘结剂采用水性粘结，型号为LA133; ②涂刷，将步骤①搅拌后的混合物双面涂刷在集流体上，控制涂刷厚度为180?200nm;集流体采用厚度为16nm的铝箔； ③烘干，将双面涂刷后的集流体放置在真空箱里烘干，烘干时间不于24小时，烘干温度控制在120°C;其中烘干温度从60°C开始，每升5°C，烘干时间不低于10分钟； ④碾压，碾压检测压实度为2.2; ⑤分切，分切成所需尺寸； G )、电池的制作，包括以下步骤， ①制作成电池尺寸，将负极、正极、隔离膜分层叠片制作成所需的电池尺寸； ②引出极耳，将引出的极耳放入电池壳内； ③封闭电池外壳，焊接封闭好外壳，同时检测外壳焊接是否密封； H)、电池烘烤，将制作好的电池放入真空烘箱，温度控制在105°C，烘烤时间不低于24小时;其中从60°C开始每升5°C，时间不低于10分钟;将温度降至40°C，通入氮气，取出电池； I )、电池注入电解液，将电池注入100g/mAH电解液，电池倒放静置12小时，电解液完全浸透正极； J)、电池化成，电池化成电压设置5V，电流为l/20mAH，时间为4小时；将电压设置4.8V，电流为I/I OmAH，终止电流为I/20mAH，电池搁置24小时;再按0.2C充电，0.5C放电检测容量。3.根据权利要求2所述的一种镁电池的制备工艺，其特征在于:所述的步骤C)电解质的制作中，电解质采用含镁离子的无机化合物溶解在有机电解液中。4.根据权利要求2所述的一种镁电池的制备工艺，其特征在于:所述的步骤C)电解质的制作中，电解质采用含镁离子的有机化合物溶解在有机电解液中。5.根据权利要求2所述的一种镁电池的制备工艺，其特征在于:所述的步骤C)电解质的制作中，电解质采用含镁离子有机化合物溶解于有机化合物制作成胶质或固态电解质。6.根据权利要求2所述的一种镁电池的制备工艺，其特征在于:所述的步骤D)正极导电剂的制作中，掺入导电性能好的金属或金属氧化物作导电剂。7.根据权利要求2所述的一种镁电池的制备工艺，其特征在于:所述的步骤E)正极的制作中，AB为可变多个化合价非金属离子或可变多个化合价的金属酸根离子的多价金属离子的盐。
【文档编号】H01M10/054GK105932326SQ201610440777
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年6月20日
【发明人】包荣初, 黄斌
【申请人】江苏瀚海芯云网络科技有限公司