一种镁基金属空气电池的制备方法以及镁基金属空气单体电池、镁基金属空气电池

摘要

本发明公开了一种镁基金属空气电池的制备方法，包括以下步骤：步骤一，正极催化材料制备；步骤二，电池外壳制备；步骤三，正极板安装；步骤四，电池外壳封装；步骤五，组装单体电池。以及公开了使用该制备方法制作的镁基金属空气单体电池、镁基金属空气电池。本发明通过采用复合纸与镁基金属空气电池正极催化材料进行热胶合，可以实现很牢固的封装，不会出现电解液渗漏等密封问题；复合纸重量轻，强度高、韧性好，可以在大幅度减轻封装重量的同时保证电池具有足够的抗压、抗摔和抗冲击性能；采用纸进行封装，适合批量规模化生产，生产效率提升明显，可以全自动化热封、折叠、注液。

说明书

技术领域

本发明涉及电池结构技术领域，特别涉及一种镁基金属空气电池的制备方法，以及使用该制备方法制作的镁基金属空气单体电池、镁基金属空气电池。

背景技术

镁基金属空气电池主要由镁合金制成的负极、空气催化剂制成的正极、集流体、电解质和电池外壳体组成，它是利用镁发生电化学反应时，将化学能转换为电能从而产生可连续放电的装置。镁基金属空气电池的原材料丰富易得、电池放电的比能量高、工作安全可靠、环境友好，是新一代绿色环保能源的重要发展方向。针对镁基金属空气电池，前期的研究重点探索了镁合金负极和空气催化剂正极性能的提升。然而，当镁基金属空气电池在实际使用过程中，电池的轻量化、能量密度的提升、电池的包装性能改进等问题，是镁基金属空气电池产品综合性能的集成体现。其中，针对电池的密封和封装，对镁基金属空气电池的实际应用具有重要影响。目前，镁基金属空气电池的外壳封装材料一般使用金属、树脂、塑料等材料。例如，专利CN201621256573.1的电池壳体采用金属铝材质挤型成形获得；专利CN201910997023.7电池壳体采用尼龙、玄武岩纤维布、聚丙烯薄膜叠加制成，提高了电池壳的刚性强度及耐腐蚀性；专利CN201910208063.9空气燃料电池单体结构主框体采用了工程塑料材质；专利CN201811610960.4利用不同的塑料材料构造了电动或混合动力车辆的牵引电池的电池壳体用件；专利CN200910157308.6的金属空气电池采用了塑料作为电池壳体。这些电池封装用壳体材料的制成工艺成熟，但是，这些壳体材料会造成整个电池重量增加，价格升高，尤其是塑料之类的外壳封装材料，环境友好性能差。镁基金属空气电池的电芯正、负极材料均为无环境污染的环保材质，但是由于外壳封装的塑料反而影响了电池材料的环保优势，因此，需要对镁基金属空气电池的外壳封装材料及其封装方法进行改善和提升。

本发明的目的是为了改善和提升镁基金属空气电池的外壳封装材料和封装方法，使其更具环保特性，并且满足或者超过现有金属、塑料或树脂的封装材料达到的功能。通过新的封装材料和封装工艺的运用，提升和改进镁基金属空气电池的电极材料与封装壳体之间的结合方式，提供了一种低成本、轻型、高效的新型镁基金属空气电池的封装方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种镁基金属空气电池的制备方法，以及使用该制备方法制作的镁基金属空气单体电池、镁基金属空气电池，通过提升和改进镁基金属空气电池的电极材料与封装壳体之间的结合方式，使得电池的成本更低、整体重量更轻。为了解决上述问题，本发明提供的技术方案如下：

本发明的一种镁基金属空气电池的制备方法，包括以下步骤：

步骤一，正极催化材料制备：将导电碳材料、催化剂、有机粘结剂按照预定比例调制成浆料，涂覆在铜网或者镍网上，涂层厚度为0.5mm-2mm之间，使得混合浆料与铜网或者镍网粘合在一起，在80℃-150℃条件下干燥10min-30min，制成正极板。

步骤二，电池外壳制备：选择可盛装液体的多层复合纸，按所设计电池形状将所述多层复合纸进行裁剪、折叠、折角加工，在所述多层复合纸的中部切出正极板安装孔，在所述正极板安装孔的周围预留正极板粘贴位，在所述多层复合纸的两边沿预留有搭合部。

步骤三，正极板安装：将步骤一制成的所述正极板裁剪成与步骤二中的所述正极板安装孔相适配的板片，裁剪后所述正极板预留有与所述多层复合纸之间的粘贴部，将所述正极板与所述多层复合纸进行热熔胶合。

步骤四，电池外壳封装：将步骤三热熔胶合好的所述正极板和所述多层复合纸按照步骤二预制好的形状进行折叠搭合，并进行热封成型，制成电池外壳。

步骤五，组装单体电池：在步骤四中制作好的电池外壳中放置镁合金负极板，连接好电池正极和电池负极导线，得到镁基金属空气单体电池。

进一步地，在步骤一中，还包括将所述正极板在常温下碾压的步骤，将干燥后的所述正极板放在光滑的对辊之间进行常温碾压，碾压变形量为5％-50％。

进一步地，步骤二中，所述正极板安装孔的形状为矩形、圆形、椭圆形或者多边形；所述正极板安装孔的形状为矩形时，矩形的边长为20mm-200mm；所述正极板安装孔的形状为圆形时，圆的直径为20mm-200mm。

进一步地，步骤二中，所述多层复合纸的厚度为0.05mm-0.5mm，所述正极板粘贴位宽距为2mm-20mm，所述搭合部宽距为3mm-15mm。

进一步地，步骤三中，所述正极板与所述多层复合纸进行热熔胶合的方法条件是：将所述正极板与所述多层复合纸对接好位置后进行加压同时加热，加压压力为1Mpa-30MPa，加热温度为50℃-250℃，压力和温度的保持时间为1min-30min。

进一步地，在步骤四中，所述电池外壳的热封成型条件是：热封温度为30℃-300℃，热封压力为1Mpa-50Mpa，热封时间为1min-60min。

本发明的一种镁基金属空气单体电池，所述单体电池通过前述镁基金属空气电池的制备方法所制得。

本发明的一种镁基金属空气电池，包括多个上述的单体电池，多个所述单体电池通过导线并联或者串联构成所述镁基金属空气电池。

本发明提供的镁基金属空气电池的制备方法的有益效果是：

1、采用复合纸与镁基金属空气电池正极催化材料进行热胶合，可以实现很牢固的封装，不会出现电解液渗漏等密封问题。

2、复合纸重量轻，强度高、韧性好，可以在大幅度减轻封装重量的同时保证电池具有足够的抗压、抗摔和抗冲击性能。

3、采用纸进行封装，适合批量规模化生产，生产效率提升明显，可以全自动化热封、折叠、注液。

4、采用纸包装制备镁基金属空气电池外壳，轻巧方便、适合随身携带，而且与环境适配性好，可以充分发挥镁基金属空气材料的绿色环保特性，电池使用后的回收和处理更加方便环保，不需要和目前在用其他电池一样进行专业处理，因此电池更加环保。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明制备方法的正极板与多层复合纸进行热熔胶合示意图；

图2是本发明实施例一的镁基金属电池放电曲线图；

图3是本发明实施例二的镁基金属电池放电曲线图；

图4是本发明实施例三的镁基金属电池放电曲线图。

图中标记如下：

1-正极板安装孔；2-正极板粘贴位；3-搭合部。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明实施例中的技术方案，并使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。

在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例一

请参考图1和图2，本实施例的一种镁基金属空气电池的制备方法，该制备方法包括以下步骤：

步骤一，正极催化材料制备：将导电碳材料、催化剂、有机粘结剂按照预定比例调制成浆料，将浆料涂覆在铜网或者镍网等集流体材料上，涂层厚度为0.5mm-2mm之间，使得混合浆料与铜网或者镍网粘合在一起，在80℃-150℃条件下干燥10min-30min，制成正极板。其中，优选在80℃条件下干燥10min；涂层厚度优选为为0.5mm、0.8mm和1.2mm。作为进一步优选的实施方式，还包括将正极板在常温下碾压的步骤，以提高正极催化材料的致密程度，即将干燥后的正极板放在光滑的对辊之间进行常温碾压，碾压变形量为5％-50％。其中，碾压变形量优选为5％、10％和15％。

步骤二，电池外壳制备：选择可盛装液体的多层复合纸，按所设计电池形状将多层复合纸进行裁剪、折叠、折角加工，在多层复合纸的中部切出正极板安装孔1，在正极板安装孔1的周围预留正极板粘贴位2，在多层复合纸的两边沿预留有搭合部3。作为进一步优选的实施方式，正极板安装孔1的形状为矩形、圆形、椭圆形或者多边形；正极板安装孔1的形状为矩形时，矩形的边长为20mm-200mm；正极板安装孔1的形状为圆形时，圆的直径为20mm-200mm。多层复合纸的厚度为0.05mm-0.5mm，正极板粘贴位2宽距为2mm-20mm，搭合部3宽距为3mm-15mm。优选地，正极板安装孔1的形状为矩形时，且矩形的边长为20mm；多层复合纸的厚度为0.05mm，正极板粘贴位2宽距为2mm，搭合部3宽距为3mm。设置上述正极板安装孔1的目的是保证镁金属空气电池正极材料有足够面积与空气发生催化反应。

步骤三，正极板安装：将步骤一制成的正极板裁剪成与步骤二中的正极板安装孔1相适配的板片，裁剪后正极板预留有与多层复合纸之间的粘贴部，将正极板与多层复合纸进行热熔胶合。其中，正极板与多层复合纸进行热熔胶合的方法条件是：将正极板与多层复合纸对接好位置后进行加压同时加热，加压压力为1Mpa-30MPa，加热温度为50℃-250℃，压力和温度的保持时间为1min-30min。作为优选的实施方式，加压压力为1Mpa、加热温度为50℃、压力和温度的保持时间为1min；或者，加压压力为3Mpa、加热温度为100℃、压力和温度的保持时间为5min。其中，裁剪后正极板预留有与多层复合纸之间的粘贴部的宽度为2mm。

步骤四，电池外壳封装：将步骤三热熔胶合好的正极板和多层复合纸按照步骤二预制好的形状进行折叠搭合，并进行热封成型，制成电池外壳。其中，电池外壳的热封成型条件是：热封温度为30℃-300℃，热封压力为1Mpa-50Mpa，热封时间为1min-60min。作为优选的实施方式，电池外壳的热封成型条件是：热封温度为30℃、热封压力为1Mpa、热封时间为1min；或者，电池外壳的热封成型条件是：热封温度为50℃、热封压力为5Mpa、热封时间为10min。

步骤五，组装单体电池：在步骤四中制作好的电池外壳中放置镁合金负极板，连接好电池正极和电池负极导线，得到镁基金属空气单体电池。

将两个或者多个通过上述制备方法制造而成的镁基金属空气单体电池，通过预先设定的并联方式组装在一起，获得满足实际应用需求电性能的镁基金属空气电池。

其中，镁基金属空气电池的激活和使用是：在镁基金属空气电池纸质密封外壳注水孔中，注入含有阳离子Na

实施例二

请参考图1和图3，本实施例的一种镁基金属空气电池的制备方法，该制备方法包括以下步骤：

步骤一，正极催化材料制备：将导电碳材料、催化剂、有机粘结剂按照预定比例调制成浆料，将浆料涂覆在铜网或者镍网等集流体材料上，涂层厚度为0.5mm-2mm之间，使得混合浆料与铜网或者镍网粘合在一起，在80℃-150℃条件下干燥10min-30min，制成正极板。其中，优选在150℃条件下干燥30min；涂层厚度优选为为1.5mm、1.8mm和2mm。作为进一步优选的实施方式，还包括将正极板在常温下碾压的步骤，以提高正极催化材料的致密程度，即将干燥后的正极板放在光滑的对辊之间进行常温碾压，碾压变形量为5％-50％。其中，碾压变形量优选为30％、40％和50％。

步骤二，电池外壳制备：选择可盛装液体的多层复合纸，按所设计电池形状将多层复合纸进行裁剪、折叠、折角加工，在多层复合纸的中部切出正极板安装孔1，在正极板安装孔1的周围预留正极板粘贴位2，在多层复合纸的两边沿预留有搭合部3。作为进一步优选的实施方式，正极板安装孔1的形状为矩形、圆形、椭圆形或者多边形；正极板安装孔1的形状为矩形时，矩形的边长为20mm-200mm；正极板安装孔1的形状为圆形时，圆的直径为20mm-200mm。多层复合纸的厚度为0.05mm-0.5mm，正极板粘贴位2宽距为2mm-20mm，搭合部3宽距为3mm-15mm。优选地，正极板安装孔1的形状为矩形时，且矩形的边长为200mm；多层复合纸的厚度为0.5mm，正极板粘贴位2宽距为10mm，搭合部3宽距为4mm。设置上述正极板安装孔1的目的是保证镁金属空气电池正极材料有足够面积与空气发生催化反应。

步骤三，正极板安装：将步骤一制成的正极板裁剪成与步骤二中的正极板安装孔1相适配的板片，裁剪后正极板预留有与多层复合纸之间的粘贴部，将正极板与多层复合纸进行热熔胶合。其中，正极板与多层复合纸进行热熔胶合的方法条件是：将正极板与多层复合纸对接好位置后进行加压同时加热，加压压力为1Mpa-30MPa，加热温度为50℃-250℃，压力和温度的保持时间为1min-30min。作为优选的实施方式，加压压力为30Mpa、加热温度为250℃、压力和温度的保持时间为30min；或者，加压压力为20Mpa、加热温度为200℃、压力和温度的保持时间为20min。其中，裁剪后正极板预留有与多层复合纸之间的粘贴部的宽度为2mm。

步骤四，电池外壳封装：将步骤三热熔胶合好的正极板和多层复合纸按照步骤二预制好的形状进行折叠搭合，并进行热封成型，制成电池外壳。其中，电池外壳的热封成型条件是：热封温度为30℃-300℃，热封压力为1Mpa-50Mpa，热封时间为1min-60min。作为优选的实施方式，电池外壳的热封成型条件是：热封温度为300℃、热封压力为50Mpa、热封时间为60min；或者，电池外壳的热封成型条件是：热封温度为200℃、热封压力为30Mpa、热封时间为30min。

步骤五，组装单体电池：在步骤四中制作好的电池外壳中放置镁合金负极板，连接好电池正极和电池负极导线，得到镁基金属空气单体电池。

将两个或者多个通过上述制备方法制造而成的镁基金属空气单体电池，通过预先设定的串联方式组装在一起，获得满足实际应用需求电性能的镁基金属空气电池。

其中，镁基金属空气电池的激活和使用是：在镁基金属空气电池纸质密封外壳注水孔中，注入含有阳离子Ca

实施例三

请参考图1和图4，本实施例的一种镁基金属空气电池的制备方法，该制备方法包括以下步骤：

步骤一，正极催化材料制备：将导电碳材料、催化剂、有机粘结剂按照预定比例调制成浆料，将浆料涂覆在铜网或者镍网等集流体材料上，涂层厚度为0.5mm-2mm之间，使得混合浆料与铜网或者镍网粘合在一起，在80℃-150℃条件下干燥10min-30min，制成正极板。其中，优选在110℃条件下干燥20min；涂层厚度优选为为1mm、1.5mm。作为进一步优选的实施方式，还包括将正极板在常温下碾压的步骤，以提高正极催化材料的致密程度，即将干燥后的正极板放在光滑的对辊之间进行常温碾压，碾压变形量为25％。

步骤二，电池外壳制备：选择可盛装液体的多层复合纸，按所设计电池形状将多层复合纸进行裁剪、折叠、折角加工，在多层复合纸的中部切出正极板安装孔1，在正极板安装孔1的周围预留正极板粘贴位2，在多层复合纸的两边沿预留有搭合部3。作为进一步优选的实施方式，正极板安装孔1的形状为矩形、圆形、椭圆形或者多边形；正极板安装孔1的形状为矩形时，矩形的边长为20mm-200mm；正极板安装孔1的形状为圆形时，圆的直径为20mm-200mm。多层复合纸的厚度为0.2mm，正极板粘贴位2宽距为5mm，搭合部3宽距为5mm。优选地，正极板安装孔1的形状为矩形时，且矩形的边长为100mm；设置上述正极板安装孔1的目的是保证镁金属空气电池正极材料有足够面积与空气发生催化反应。

步骤三，正极板安装：将步骤一制成的正极板裁剪成与步骤二中的正极板安装孔1相适配的板片，裁剪后正极板预留有与多层复合纸之间的粘贴部，将正极板与多层复合纸进行热熔胶合。其中，正极板与多层复合纸进行热熔胶合的方法条件是：将正极板与多层复合纸对接好位置后进行加压同时加热，加压压力为1Mpa-30MPa，加热温度为50℃-250℃，压力和温度的保持时间为1min-30min。作为优选的实施方式，加压压力为15Mpa、加热温度为150℃、压力和温度的保持时间为15min；或者，加压压力为20Mpa、加热温度为120℃、压力和温度的保持时间为20min。

步骤四，电池外壳封装：将步骤三热熔胶合好的正极板和多层复合纸按照步骤二预制好的形状进行折叠搭合，并进行热封成型，制成电池外壳。其中，电池外壳的热封成型条件是：热封温度为30℃-300℃，热封压力为1Mpa-50Mpa，热封时间为1min-60min。作为优选的实施方式，电池外壳的热封成型条件是：热封温度为150℃、热封压力为30Mpa、热封时间为30min；或者，电池外壳的热封成型条件是：热封温度为120℃、热封压力为20Mpa、热封时间为20min。

步骤五，组装单体电池：在步骤四中制作好的电池外壳中放置镁合金负极板，连接好电池正极和电池负极导线，得到镁基金属空气单体电池。

将三个或者多个通过上述制备方法制造而成的镁基金属空气单体电池，通过预先设定的串联方式组装在一起，获得满足实际应用需求电性能的镁基金属空气电池。

其中，镁基金属空气电池的激活和使用是：在镁基金属空气电池纸质密封外壳注水孔中，注入含有阳离子Na

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处。

以上结合附图对本发明的实施方式作出详细说明，但本发明不局限于所描述的实施方式。对本领域的技术人员而言，在不脱离本发明的原理和精神的情况下对这些实施例进行的多种变化、修改、替换和变型均仍落入在本发明的保护范围之内。