本發(fā)明屬于電化學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種有機(jī)電解液體系鎂碘二次電池及其制備方法。

背景技術(shù)：

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的不斷發(fā)展，對(duì)于高能量密度且廉價(jià)的可充電電池體系的需求也越來(lái)越強(qiáng)烈。碘是一種儲(chǔ)量豐富且價(jià)格便宜的物質(zhì)，以碘作為電池正極可提供較高的比容量(211mAh/g)。碘作為正極發(fā)生的反應(yīng)具有較快的轉(zhuǎn)化速度，在染料敏化太陽(yáng)能電池等領(lǐng)域有著很好的應(yīng)用。以碘作為正極的可充電鋰碘電池具有較好的倍率性能和較高的能量密度，但是金屬鋰在充放電過(guò)程中會(huì)形成鋰枝晶，最終可能引起電池的短路爆炸，所以鋰碘電池在安全性上存在很大的問(wèn)題，使得其進(jìn)一步應(yīng)用發(fā)展存在很大的困難。

金屬鎂是一種理想的負(fù)極材料，近年來(lái)受到人們廣泛的關(guān)注。使用金屬鎂作為負(fù)極具有眾多優(yōu)點(diǎn)，鎂在充放電過(guò)程中不會(huì)形成枝晶，且具有較低的還原電壓(-2.37v,鋰為-3v),較高的體積能量密度(3833mAh/cm³，鋰為2046mAh/cm³)，鎂的儲(chǔ)量十分豐富，價(jià)格也相對(duì)便宜，鎂不會(huì)和氧氣、水發(fā)生劇烈反應(yīng)，易于運(yùn)輸與存儲(chǔ)，因此鎂是一種極具應(yīng)用前景的電池材料，基于金屬鎂和碘構(gòu)建的鎂碘電池體系具有良好的應(yīng)用前景。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的是提出了一種有機(jī)電解液體系，即具有較高的鎂溶解沉積庫(kù)倫效率，又對(duì)碘陰極具有較好的匹配性，從而提供一種有機(jī)電解液體系鎂碘二次電池，避免了鋰碘電池在安全性上的問(wèn)題，還能夠獲得較好的電池性能。

本發(fā)明提供的有機(jī)電解液體系鎂碘二次電池包括正極、負(fù)極、隔膜以及電解液。

所述正極使用的是碳粉與碘的復(fù)合物；所述碳粉具有較大的比表面積(比表面積為1000～1500m²/g，碳粉的孔徑為1～3nm，吸碘量為600～1000mg/g)，對(duì)碘的吸附能力強(qiáng)，能夠減少碘在電解液中的損失，從而抑制碘的“穿梭效應(yīng)”。碳粉可以在水溶液中吸附碘，通過(guò)控制添加的碘的質(zhì)量可以得到不同吸碘量的碳粉。

所述負(fù)極為純鎂、鎂鋁鋅或鎂鋁錳合金的一種，使用前將金屬表面經(jīng)過(guò)打磨、刀刮或拋光等處理光滑，去除其表面的氧化層。

所述有機(jī)電解液由鎂鹽電解質(zhì)、醚類化合物溶劑組成，所述的鎂鹽電解質(zhì)為氯化鎂、雙三氟甲基磺酰亞胺鎂、雙(六甲基二硅疊氮)鎂一種或兩種及其以上任意比例的混合物；所述的醚類溶劑為1,3-二氧環(huán)戊烷、乙二醇二甲醚、二乙二醇二甲醚、四乙二醇二甲醚或四氫呋喃的一種或兩種及其以上任意比例的混合物。

所述隔膜為玻璃纖維濾紙，采用硼硅酸玻璃纖維制造而成，孔徑為1.0～1.6um。相對(duì)于聚丙烯、聚乙烯等微孔膜，玻璃纖維濾膜較大的孔徑有利于鎂離子在電解液中的遷移，更適合鎂電池體系。

所述有機(jī)電解液體系鎂碘二次電池的制備方法為：在手套箱中，按照正極殼、正極、玻璃纖維隔膜、負(fù)極、彈簧片、負(fù)極殼的順序依次組裝電池，并在其中滴加配制好的電解液，電解液的量為150uL，電池組裝完成后靜置4h再進(jìn)行電化學(xué)測(cè)試。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和有益效果：

本發(fā)明的正極采用的碳粉具有較大的比表面積，對(duì)碘的吸附能力強(qiáng)，能夠減少碘在電解液中的損失，從而抑制碘的“穿梭效應(yīng)”。所述的電解液，鎂溶解沉積效率高，對(duì)碘的匹配性好。

附圖說(shuō)明

圖1為鎂碘電池單次充放電的電壓-容量關(guān)系曲線。

圖2為組裝的鎂碘電池前10次循環(huán)的充放電比容量及庫(kù)倫效率。

具體實(shí)施方式

為了更好地理解本發(fā)明，通過(guò)實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明，但本發(fā)明并不僅僅限定于此實(shí)施例。

實(shí)施例1

本發(fā)明提供的有機(jī)電解液體系鎂碘二次電池包括：正極、負(fù)極、隔膜以及電解液。

所述的正極為：碳粉/碘復(fù)合物正極；

負(fù)極為：金屬鎂；

隔膜為：玻璃纖維濾紙；

電解液為：使用氯化鎂作為電解質(zhì)，四氫呋喃作為溶劑。

二次電池的制備方法如下：

(1)稱量1g碘和1g碳粉加入到100ml水中，攪拌4小時(shí)至吸附達(dá)到平衡。將上述溶液抽濾、洗滌得到純的吸附碘的碳粉，置于真空干燥箱中100℃真空干燥8小時(shí)。

(2)將吸附碘的碳粉，乙炔黑，PVDF按照8:1:1的比例混合，再加入2mLNMP攪拌4h配制成漿料,將漿料涂覆在碳紙上，烘干后切成電極待用。

(3)在手套箱中，稱量57mg無(wú)水氯化鎂置于螺口瓶中，加入1mL干燥的四氫呋喃，攪拌4小時(shí)待用。四氫呋喃在使用前需加入鈉絲蒸餾數(shù)日，直至完全干燥。

(3)將鎂片剪成直徑約16mm的圓片，在手套箱中打磨光滑，并用四氫呋喃洗滌。

(4)鎂碘電池的組裝在手套箱中進(jìn)行，其結(jié)構(gòu)依次為正極殼、碳粉/碘復(fù)合物正極、玻璃纖維隔膜、金屬鎂負(fù)極、彈簧片、負(fù)極殼。電池組裝完成后靜置4h再進(jìn)行電化學(xué)測(cè)試。電池充放電曲線如圖1所示，10次循環(huán)的性能如圖2所示，初次放電容量為148mAhg^-1，第10周循環(huán)的放電容量為25mAh g^-1，電池充放電的庫(kù)倫效率在80％左右。

實(shí)施例2

本實(shí)施例所述的正極為：碳粉/碘復(fù)合物正極；

負(fù)極為：鎂鋁鋅合金；

隔膜為：玻璃纖維濾紙；

電解液為：使用雙三氟甲基磺酰亞胺鎂作為電解質(zhì)，乙二醇二甲醚作為溶劑。

二次電池的制備方法如下：

(1)稱量1g碘和1g碳粉加入到100ml水中，攪拌4小時(shí)至吸附達(dá)到平衡。將上述溶液抽濾、洗滌得到純的吸附碘的碳粉，置于真空干燥箱中100℃真空干燥8小時(shí)。

(2)將吸附碘的碳粉，乙炔黑，PVDF按照8:1:1的比例混合，再加入2mLNMP攪拌4h配制成漿料,將漿料涂覆在碳紙上，烘干后切成電極待用。

(3)在手套箱中，稱量27mg雙三氟甲基磺酰亞胺鎂置于螺口瓶中，加入1mL干燥的乙二醇二甲醚，攪拌4小時(shí)待用。

(3)將鎂片剪成直徑約16mm的圓片，在手套箱中打磨光滑，并用四氫呋喃洗滌。

(4)鎂碘電池的組裝在手套箱中進(jìn)行，其結(jié)構(gòu)依次為正極殼、碳粉/碘復(fù)合物正極、玻璃纖維隔膜、金屬鎂負(fù)極、彈簧片、負(fù)極殼。電池組裝完成后靜置4h再進(jìn)行電化學(xué)測(cè)試。對(duì)電池進(jìn)行充放電測(cè)試，初次放電容量為90mAh g^-1，10圈循環(huán)后的放電容量為30mAh g^-1，電池充放電的庫(kù)倫效率在50％左右。

實(shí)施例3

本實(shí)施例所述的正極為：碳粉/碘復(fù)合物正極；

負(fù)極為：鎂鋁錳合金；

隔膜為：玻璃纖維濾紙；

電解液為：使用雙(六甲基二硅疊氮)鎂作為電解質(zhì)，乙二醇二甲醚作為溶劑。

二次電池的制備方法如下：

(1)稱量1g碘和1g碳粉加入到100ml水中，攪拌4小時(shí)至吸附達(dá)到平衡。將上述溶液抽濾、洗滌得到純的吸附碘的碳粉，置于真空干燥箱中100℃真空干燥8小時(shí)。

(2)將吸附碘的碳粉，乙炔黑，PVDF按照8:1:1的比例混合，再加入2mLNMP攪拌4h配制成漿料,將漿料涂覆在碳紙上，烘干后切成電極待用。

(3)在手套箱中，稱量1.24g雙(六甲基二硅疊氮)鎂置于螺口瓶中，加入1mL干燥的乙二醇二甲醚，攪拌4小時(shí)待用。

(3)將鎂片剪成直徑約16mm的圓片，在手套箱中打磨光滑，并用四氫呋喃洗滌。

(4)鎂碘電池的組裝在手套箱中進(jìn)行，其結(jié)構(gòu)依次為正極殼、碳粉/碘復(fù)合物正極、玻璃纖維隔膜、金屬鎂負(fù)極、彈簧片、負(fù)極殼。電池組裝完成后靜置4h再進(jìn)行電化學(xué)測(cè)試。對(duì)電池進(jìn)行充放電測(cè)試，初次放電容量為60mAh g^-1，10圈循環(huán)后的放電容量為20mAh g^-1，電池充放電的庫(kù)倫效率在30％左右。