一种可充镁空气电池及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种可充镁空气电池、其制备方法。本发明专利技术的可充镁空气电池以金属镁/镁合金或改性金属镁/镁合金作为负极，以双四(三氟乙氧基)硼酸镁的醚溶液作为电解液，采用便宜的商用催化剂作为空气正极催化剂，制得的可充镁空气电池可以可逆循环充放电，具有高放电平台，较现有研究报导的可充镁金属电池循环性能更佳，具有很大的推广应用价值。具有很大的推广应用价值。具有很大的推广应用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种可充镁空气电池及其制备方法


[0001]本专利技术属于新能源电池材料的开发及应用
，具体涉及一种可充镁空气电池及其电池材料制备方法。

技术介绍

[0002]金属空气电池以空气中的氧气作为正极活性物质，金属(锂、锌、镁或铝等)作为负极活性物质，氧气通过气体扩散电极到达气
‑
固
‑
液三相界面被电化学催化还原，同时，金属负极发生氧化反应，放出电能。理论上空气可以为金属空气电池无限提供正极反应材料。在众多类型的金属空气电池体系中，镁空气电池是一个具有前景的候选者。相比较目前研究较多的锂空气电池，金属镁具有以下优势：(1)镁离子在沉积过程中不存在枝晶现象，并且相对锂活泼性较弱，其安全性更胜一筹：(2)镁在地壳中储量丰富(2.33％，锂仅为0.0065％)，因此其价格更为低廉，具有成本优势；(3)镁是二价金属，且相比于锂密度较高，因此其理论体积比容量可达3833mAh
·
cm
‑3，远高于锂(2046mAh
·
cm
‑3)；(4)镁空气电池理论电压可达2.95V，与锂空气电池(2.91V)相当。所以综合来看，镁空气电池具有高理论电压、高容量、高安全性与低成本的优势。
[0003]镁空气电池分为一次镁空气电池与可充镁空气电池。一次镁空气电池目前研究较多，相关产品主要应用于小型、轻便的便携式电力系统，应急灯和应急电源备份系统，以及灯塔等海底仪器、监测设备和浮标等。一次镁空气电池在军事领域也得到了应用，为一些军用探测器供应能量。相比之下可充镁空气电池的研究较少，然而可逆性的实现对于镁空气电池而言不但能够保留其高放电容量的优势，更能够实现大型储能装置的开发，应用前景广泛，所以可充镁空气电池是一个具有良好前景的研究领域。目前对于可充镁空气电池的研究主要在使用有机电解液的有机体系中进行。本专利技术以双四(三氟乙氧基)硼酸镁的醚溶液作为可充镁空气电池电解液，采用便宜的商用催化剂作为空气正极催化剂，制得的可充镁空气电池可以可逆循环充放电，具有高放电平台，较现有研究报导的可充镁金属电池循环性能更佳，具有很大的推广应用价值。

技术实现思路

[0004]本申请的专利技术人发现，以双四(三氟乙氧基)硼酸镁的醚溶液作为电解液，能够大大提高可充镁空气电池的多项性能，尤其是对用于负极的镁金属或镁合金进行特定改性后，电池性能更佳；且性能优于常规电解液和必须采用改性后的镁金属或镁合金组合成的可充镁电池。
[0005]因此，在一个方面，本专利技术提供一种可充镁空气电池，其采用双四(三氟乙氧基)硼酸镁的醚溶液作为电解液。
[0006]进一步地，所述醚选自于四氢呋喃、2
‑
甲基四氢呋喃、1,3
‑
二氧环戊烷、乙二醇二甲醚、二乙二醇二甲醚、三乙二醇二甲醚、四乙二醇二甲醚、二氧六环、聚乙二醇二甲醚中的一种以上；优选乙二醇二甲醚、二乙二醇二甲醚、四乙二醇二甲醚、聚乙二醇二甲醚中的一
种以上。
[0007]进一步地，所述双四(三氟乙氧基)硼酸镁醚溶液的浓度范围为0.1～1.5mol/L，浓度具体可根据镁盐溶解度调整。
[0008]进一步地，所述双四(三氟乙氧基)硼酸镁醚溶液采用以下方法制备获得：
[0009]方法一，
[0010]S1，在惰性气氛下取二丁基镁/己烷溶液与三氟乙醇混合反应，其中二丁基镁与三氟乙醇的物质的量之比为1:0.5～3，得到混合物；
[0011]S2，将S1中的上述混合物在常温、真空状态下抽干溶剂，得到的剩余粉末溶解在醚中，并加入硼烷
‑
四氢呋喃充分搅拌混合，混合后加入三氟乙醇进行反应，持续搅拌10～14h，其中，硼烷、三氟乙醇与S1中二丁基镁的物质的量之比为0.5～3:4～8.5:1；
[0012]S3，将S2中反应完成的混合溶液在常温、真空状态下抽干溶剂，即可得到双四(三氟乙氧基)硼酸镁盐；
[0013]S4，将S3中反应得到的双四(三氟乙氧基)硼酸镁盐，溶解在醚中，持续搅拌10～14h，即可得到双四(三氟乙氧基)硼酸镁的醚溶液，
[0014]方法二，
[0015]S1，在惰性气氛下，将硼氢化镁溶解在醚中，控制浓度在0.05～0.75mol/L；醚选自于四氢呋喃、2
‑
甲基四氢呋喃、1,3
‑
二氧环戊烷、乙二醇二甲醚的一种及以上；
[0016]S2，向上述溶液中滴加三氟乙醇并不断搅拌，使硼氢化镁与三氟乙醇充分反应，其中，硼氢化镁与三氟乙醇的物质的量之比为1:8～1:10，持续搅拌20～24h；
[0017]S3，将S2反应完成的溶液在常温、真空状态下抽干溶剂，并在真空烘箱中常温烘干20～24h，即可得到双四(三氟乙氧基)硼酸镁盐；
[0018]S4，将S3中得到的双四(三氟乙氧基)硼酸镁盐溶解在醚中，搅拌6～18h，即可得到双四(三氟乙氧基)硼酸镁的醚溶液，
[0019]方法三，
[0020]S1，将镁盐溶解在醚中，得到镁盐的醚溶液，其中镁盐选自于氯化镁、氟化镁、双(二异丙基)酰胺镁、氧化镁、三氟甲基磺酸镁；醚选自于四氢呋喃、2
‑
甲基四氢呋喃、1,3
‑
二氧环戊烷、乙二醇二甲醚、二乙二醇二甲醚、三乙二醇二甲醚、四乙二醇二甲醚、二氧六环、聚乙二醇二甲醚中的一种以上，优选二乙二醇二甲醚、四乙二醇二甲醚、聚乙二醇二甲醚中的一种以上；
[0021]S2，在上述镁盐的醚溶液中滴加三氟乙氧基硼酸酯，控制镁盐中镁与三氟乙氧基硼酸酯物质的量之比为1:1～6；根据电解液浓度需求添加醚溶剂进行稀释，并持续搅拌反应12～24h，即得到双四(三氟乙氧基)硼酸镁的醚溶液。
[0022]进一步地，所述可充镁空气电池采用金属镁/镁合金作为负极，其中，所述镁合金中的合金元素选自于铝、锌、锰、硅、钙、银、铜、镍、镓、铈、钍、锆、铅、锂、锡、锶、镉中的一种以上；优选铝、锂、铈、铅、铟、锡、锰中的一种以上。
[0023]优选地，所述可充镁空气电池采用改性的金属镁/镁合金作为负极，所述改性方法包括：
[0024]S1
’
，在惰性气氛下，称取盐溶解在醚中配制成溶液，搅拌10～14h；其中，所述盐包括金属盐与非金属盐，金属盐中的金属元素包括铝、锌、锰、钙、银、铜、镍、镓、铈、钍、锆、铅、
锂、锡、镉中的一种以上，其中优选锡、锑、锗、铋的一种以上；所述非金属盐中非金属元素包括氟、氯、溴、碘、硅中的一种以上；
[0025]S2
’
，在惰性气氛下，取S1配制的溶液滴加在表面打磨后、切成圆片的金属镁/镁合金表面，反应后在醚中清洗，晾干后即可得到改性的金属镁/镁合金负极。
[0026]进一步地，S2
’
中所述醚选自于四氢呋喃、2
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甲基四氢呋喃、1,3
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二氧环戊烷、乙二醇二甲醚、二乙二醇二甲醚、三乙二醇二甲醚、四乙二醇二甲醚、二本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可充镁空气电池，其采用双四(三氟乙氧基)硼酸镁的醚溶液作为电解液。2.根据权利要求1所述的可充镁空气电池，其中，所述醚选自于四氢呋喃、2
‑
甲基四氢呋喃、1,3
‑
二氧环戊烷、乙二醇二甲醚、二乙二醇二甲醚、三乙二醇二甲醚、四乙二醇二甲醚、二氧六环、聚乙二醇二甲醚中的一种以上。3.根据权利要求1所述的可充镁空气电池，其中，所述双四(三氟乙氧基)硼酸镁醚溶液的浓度范围为0.1～1.5mol/L。4.根据权利要求1所述的可充镁空气电池，其中，所述双四(三氟乙氧基)硼酸镁醚溶液采用以下方法制备获得：方法一，S1，在惰性气氛下取二丁基镁/己烷溶液与三氟乙醇混合反应，其中二丁基镁与三氟乙醇的物质的量之比为1:0.5～3，得到混合物；S2，将S1中的上述混合物在常温、真空状态下抽干溶剂，得到的剩余粉末溶解在醚中，并加入硼烷
‑
四氢呋喃充分搅拌混合，混合后加入三氟乙醇进行反应，持续搅拌10～14h，其中，硼烷、三氟乙醇与S1中二丁基镁的物质的量之比为0.5～3:4～8.5:1；S3，将S2中反应完成的混合溶液在常温、真空状态下抽干溶剂，即可得到双四(三氟乙氧基)硼酸镁盐；S4，将S3中反应得到的双四(三氟乙氧基)硼酸镁盐，溶解在醚中，持续搅拌10～14h，即可得到双四(三氟乙氧基)硼酸镁的醚溶液，方法二，S1，在惰性气氛下，将硼氢化镁溶解在醚中，控制浓度在0.05～0.75mol/L；醚选自于四氢呋喃、2
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甲基四氢呋喃、1,3
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二氧环戊烷、乙二醇二甲醚的一种及以上；S2，向上述溶液中滴加三氟乙醇并不断搅拌，使硼氢化镁与三氟乙醇充分反应，其中，硼氢化镁与三氟乙醇的物质的量之比为1:8～1:10，持续搅拌20～24h；S3，将S2反应完成的溶液在常温、真空状态下抽干溶剂，并在真空烘箱中常温烘干20～24h，即可得到双四(三氟乙氧基)硼酸镁盐；S4，将S3中得到的双四(三氟乙氧基)硼酸镁盐溶解在醚中，搅拌6～18h，即可得到双四(三氟乙氧基)硼酸镁的醚溶液，方法三，S1，将镁盐溶解在醚中，得到镁盐的醚溶液，其中镁盐选自于氯化镁、氟化镁、双(二异丙基)酰胺镁、氧化镁、三氟甲基磺酸镁；醚选自于四氢呋喃、2
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甲基四氢呋喃、1,3
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二氧环戊烷、乙二醇二甲醚、二乙二醇二甲醚、三乙二醇二甲醚、四乙二醇二甲醚、二氧六环、聚乙二醇二甲醚中的一种以上，优选二乙二醇二甲醚、四乙二醇二甲醚、聚乙二醇二甲醚中的...

【专利技术属性】
技术研发人员：努丽燕娜，孙煜坤，王雅茹，张鹏，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：