本发明专利技术提供了一种镁电池负极材料的界面处理方法，属于二次储能电池技术领域。所述方法为将四吡咯类化合物、粘结剂与有机溶剂混合后得到界面处理材料，将其均匀旋涂于镁电池负极的表面，然后烘干溶剂即可。所述镁电池负极包括镁箔、涂覆了负极浆料的铝箔、铜箔、镁合金、碳系材料；所述四吡咯类化合物包括酞菁类化合物、卟啉类化合物、合成四吡咯类化合物中的一种或多种。本发明专利技术的镁电池负极采用旋涂方式一步制备，成本低，且制备工艺步骤少，操作简单，适于规模化推广生产。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及二次储能电池，尤其是涉及一种镁电池负极材料的界面处理方法。
技术介绍
1、近年来，随着绿色能源需求的不断增加，镁电池作为一种新型的高能量密度、低成本且环境友好的储能技术，受到了广泛的关注。镁电池利用镁金属作为负极材料，相比于传统的锂电池，镁电池具有较高的理论比容量和较为丰富的资源，具有更优异的安全性和更低的成本。因此，开发出高性能的镁电池负极材料，尤其是在电化学稳定性、循环寿命和倍率性能方面的提升，成为镁电池技术实现广泛应用的关键。然而，镁电池的负极在充放电过程中常面临镁金属沉积不均、表面腐蚀及与电解液的反应等问题，这些问题导致电池的性能下降，尤其是电池的循环稳定性和能量效率难以满足高性能电池的要求。
2、为了解决这一问题，研究者们通过对镁负极表面的界面修饰来提高其电化学性能。负极界面的优化处理可以有效改善镁金属的沉积和溶解行为，降低析氢反应，减少腐蚀，并提高电池的循环稳定性。当前常用的界面修饰方法包括添加界面保护层、金属涂层、聚合物保护膜以及功能化化合物涂层等。尤其是有机功能化涂层因其较低的成本和良好的调控性而得到广泛研究和应用。四吡咯类化合物作为一种典型的有机化合物，具有良好的导电性、化学稳定性以及优异的电子传输性能，已被广泛用于电池电极材料的功能化修饰中。它们通过形成稳定的电子环境、减少金属表面的副反应，显著提高了电极材料的性能。
3、但是，现有的对于四吡咯类化合物用于电池界面修饰与电极表面的亲和力不足，难以形成稳定的界面修饰层。这会导致修饰层易脱落或失效，影响电池的整体性能。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的上述问题，本专利技术提供了一种镁电池负极材料的界面处理方法。本专利技术的镁电池负极采用旋涂方式一步制备，成本低，且制备工艺步骤少，操作简单，适于规模化推广生产。
2、本专利技术的技术方案如下：
3、1、一种镁电池负极材料的界面处理方法，其特征在于，所述方法为将四吡咯类化合物、粘结剂与有机溶剂混合后得到界面处理材料，将其均匀旋涂于镁电池负极的表面，然后烘干溶剂即可。
4、其中所述表面是指朝向正极的一面。
5、优选的，所述镁电池负极包括镁箔、铝箔、铜箔、镁合金、碳系材料；所述四吡咯类化合物包括酞菁类化合物、卟啉类化合物、合成四吡咯类化合物中的一种或多种。
6、更优选的，所述酞菁类化合物包括铜酞菁、铁酞菁、铝酞菁、镍酞菁、锌酞菁中的一种或多种。
7、更优选的，所述卟啉类化合物包括血红素、叶绿素、钴卟啉、镁卟啉中的一种或多种。
8、更优选的，所述合成四吡咯类化合物包括二甲基酞菁、芳香四吡咯类化合物、双金属卟啉中的一种或多种。
9、优选的，所述粘结剂包括聚偏二氟乙烯、聚乙烯醇、聚氨酯、聚丙烯酸、聚四氟乙烯、羟丙基甲基纤维素、明胶、海藻酸盐、聚乙烯醇-聚乙烯基吡咯烷酮、聚苯乙烯-聚甲基丙烯酸酯中的一种或多种。
10、优选的，所述有机溶剂包括n-甲基吡络烷酮、n,n-二甲基甲酰胺、四氢呋喃、二甲基亚砜、1,4-二氧六环、乙腈中的一种或多种。
11、优选的，所述四吡咯类化合物在有机溶剂中的浓度为5-10mmol/l。
12、优选的，所述四吡咯类化合物与粘结剂的质量比为(5-10)：1。
13、优选的，所述界面处理材料在镁电池负极表面的涂覆厚度为5-50μm。
14、当利用上述方法制备得到的镁负极组装镁电池时，所使用的电解液为apc、macc、mg(cf3so3)2基电解液和mg(tfsi)2基电解液中的一种。
15、本专利技术有益的技术效果在于：
16、1、本专利技术通过在镁箔表面涂覆四吡咯类化合物涂层，可以显著改善镁负极的电化学性能。四吡咯类化合物，尤其是酞菁类和卟啉类化合物，具有良好的电化学活性和较强的金属离子配位能力，能够在镁负极表面形成一层有效的保护膜。四吡咯类化合物涂层具有固有的疏水性，可以保护底层镁金属免受水侵入和随后的钝化，而且四吡咯类化合物涂层为负极提供了更优异的导电性，因此很好地均匀化了电荷分布。此外，四吡咯类化合物通过优化电极界面的电子传导，进一步增强镁箔在充放电过程中的稳定性和导电性，从而提升镁电池的总体性能。
17、2、在本专利技术中，通过调节四吡咯类化合物涂层，可以实现对电池界面性质的精细调控。这些化合物的芳香环和金属离子配位性质能够有效地与镁金属表面形成强稳定的化学键，形成一个高效的电子传导通道，从而提高镁电池的电导性和循环稳定性。此外，四吡咯类化合物具有较强的抗氧化性和化学稳定性，可以在电池充放电过程中有效抑制镁金属表面与电解液中的活性成分反应，防止电解液的分解，提高镁电池的安全性和可靠性。该功能化涂层使得镁电池具备更长的循环寿命和更高的能量密度。
18、3、通过镁电池负极材料的优化设计，本专利技术成功克服了传统纯镁箔体系在镁电池中的局限性，四吡咯类化合物通过与镁金属表面的金属离子相互作用，能够增强镁电极的稳定性，减缓镁金属的腐蚀和析氢反应，促进镁离子在电极表面的均匀沉积。此外，四吡咯类化合物具有高度的分子结构可调性，可以通过化学修饰调控其与电解液和负极材料的相容性，从而优化镁电池的整体性能。因此，基于四吡咯类化合物的涂层修饰不仅有助于提升镁负极的电化学性能，还具有提升电池寿命、提高能量效率和降低能量损失的潜力。
19、4、本专利技术优选采用对酞菁类化合物，酞菁类化合物与镁负极表面形成稳定的有机层，防止外界有害物质(如水分、氧气)渗透进负极，避免了镁负极的腐蚀。同时酞菁类化合物的金属中心通过与镁金属的相互作用，形成其他金属-zn混合层，优化镁离子的沉积/溶出行为，减少枝晶的生成，提高电池的安全性和性能。粘结剂通过与酞菁类化合物结合，增强膜层的机械强度与稳定性，避免膜层的剥离或裂解，保持镁负极界面的完整性。
20、5、本专利技术优选采用聚偏二氟乙烯(pvdf)作为粘结剂，n-甲基吡咯烷酮(nmp)作为溶剂，能够有效优化涂层的均匀性与稳定性。pvdf是一种具有优异化学稳定性和电绝缘性的高分子材料，能够确保镁负极材料在充放电过程中具有良好的机械强度和稳定性。nmp作为溶剂，可以溶解pvdf并使其与四吡咯类化合物形成均匀的涂层。pvdf的使用增强了涂层的粘接力，确保四吡咯类化合物均匀附着在镁负极表面，同时有效提高涂层的耐久性。该组合不仅能改善镁金属与电解液的相容性，减少副反应，还能够在充放电过程中保持较高的循环稳定性。通过优化pvdf和nmp的比例，本专利技术能够在保证涂层稳定性的同时，简化制备过程，提升镁电池的整体性能和使用寿命。。
21、6、本专利技术通过在负极表面引入四吡咯类化合物和粘结剂，能够改善镁离子的沉积速率，优化镁电池的充放电过程。尤其是在充放电循环中，镁离子将随着配位键的形成和裂解在相邻的c-n基团之间转移。本专利技术基于四吡咯类化合物涂层的镁电池负极材料简单可行，成本低，且制备工艺步骤少，操作简单，适于规模化推广生产。
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【技术保护点】
1.一种镁电池负极材料的界面处理方法，其特征在于，所述方法为将四吡咯类化合物、粘结剂与有机溶剂混合后得到界面处理材料，将其均匀旋涂于镁电池负极的表面，然后烘干溶剂即可。
2.根据权利要求1所述的界面处理方法，其特征在于，所述镁电池负极包括镁箔、铝箔、铜箔、镁合金、碳系材料；所述四吡咯类化合物包括酞菁类化合物、卟啉类化合物、合成四吡咯类化合物中的一种或多种。
3.根据权利要求2所述的界面处理方法，其特征在于，所述酞菁类化合物包括铜酞菁、铁酞菁、铝酞菁、镍酞菁、锌酞菁中的一种或多种。
4.根据权利要求2所述的界面处理方法，其特征在于，所述卟啉类化合物包括血红素、叶绿素、钴卟啉、镁卟啉中的一种或多种。
5.根据权利要求2所述的界面处理方法，其特征在于，所述合成四吡咯类化合物包括二甲基酞菁、芳香四吡咯类化合物、双金属卟啉中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的界面处理方法，其特征在于，所述粘结剂包括聚偏二氟乙烯、聚乙烯醇、聚氨酯、聚丙烯酸、聚四氟乙烯、羟丙基甲基纤维素、明胶、海藻酸盐、聚乙烯醇-聚乙烯基吡咯烷酮、聚苯乙烯-聚甲基丙烯酸酯中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的界面处理方法，其特征在于，所述有机溶剂包括N-甲基吡络烷酮、N,N-二甲基甲酰胺、四氢呋喃、二甲基亚砜、1,4-二氧六环、乙腈中的一种或多种。
8.根据权利要求1所述的界面处理方法，其特征在于，所述四吡咯类化合物在有机溶剂中的浓度为5-10mmol/L。
9.根据权利要求1所述的界面处理方法，其特征在于，所述四吡咯类化合物与粘结剂的质量比为(5-10)：1。
10.根据权利要求1所述的界面处理方法，其特征在于，所述界面处理材料在镁电池负极表面的涂覆厚度为5-50μm。
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【技术特征摘要】
1.一种镁电池负极材料的界面处理方法，其特征在于，所述方法为将四吡咯类化合物、粘结剂与有机溶剂混合后得到界面处理材料，将其均匀旋涂于镁电池负极的表面，然后烘干溶剂即可。
2.根据权利要求1所述的界面处理方法，其特征在于，所述镁电池负极包括镁箔、铝箔、铜箔、镁合金、碳系材料；所述四吡咯类化合物包括酞菁类化合物、卟啉类化合物、合成四吡咯类化合物中的一种或多种。
3.根据权利要求2所述的界面处理方法，其特征在于，所述酞菁类化合物包括铜酞菁、铁酞菁、铝酞菁、镍酞菁、锌酞菁中的一种或多种。
4.根据权利要求2所述的界面处理方法，其特征在于，所述卟啉类化合物包括血红素、叶绿素、钴卟啉、镁卟啉中的一种或多种。
5.根据权利要求2所述的界面处理方法，其特征在于，所述合成四吡咯类化合物包括二甲基酞菁、芳香四吡咯类化合物、双金属卟啉中的一种或多种...
【专利技术属性】
技术研发人员：罗绍华，孙琪，闫绳学，
申请(专利权)人：东北大学秦皇岛分校，
类型：发明
国别省市：
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