[发明专利]海水电池用镁合金负极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于镁合金负极材料技术领域，特别是涉及一种海水电池用镁合金负极材料的制备方法。

镁合金是海水电池中常用的一种负极材料，具有较高的电化学活性，较负的电极电位，较高的驱动电压。由于镁合金的性质活泼，在大多数的电解质溶液中溶解速度相当快，但在海水介质中，镁合金表面的微观腐蚀电池驱动力也大，易发生微观原电池腐蚀反应，产生大量的氢气，导致负极的电流效率降低。普通镁(纯度99.0-99.9％)中由于有害杂质的存在，镁表面难以形成有效的保护膜，自腐蚀速度大，同时，自腐蚀反应产生大量的Mg(OH)2腐蚀产物，影响了镁负极的活性溶解。

目前公知的海水电池用镁负极材料包括Mg-Hg系负极材料。Mg-Hg系负极材料具有工作电位高、激活时间短、成泥少、析氢速度低、开路电位高的、电化学活性和耐腐蚀性能优良特点，但是Mg-Hg系负极材料仍存在自腐蚀速度大、负极利用率低，尤其是负极极化严重等问题；部分反应腐蚀产物在镁合金负极表面上的附着，阻止了电化学反应的进行，使电池性能进一步降低。

提高镁合金负极材料是本领域技术人员镁海水电池研究的热点和难点，解决问题的关键是寻求高性能镁合金材料，减小析氢腐蚀，解决活化与极化、钝化之间的矛盾。目前广泛使用的方法是合金化，一方面，合金化可以增大析氢反应的过电位，细化镁合金晶粒，降低自腐蚀速度；另一方面，合金化可以破坏钝化膜的结构，使得较为完整、致密的钝化膜变成疏松多孔、易脱落的腐蚀产物，从而减轻镁负极的极化、钝化，促进电极活性溶解，提高镁合金的电化学性能。

经检索发现，申请号为CN200810127886.0、公开号为CN101624661、名称为“鱼雷电池含汞阳极镁合金熔铸方法”的发明专利，采用化合物汞合金化技术，以无毒汞化合物形式加入镁液进行汞元素合金化，有益效果在于获得符合成分要求的产品同时避免熔炼过程的毒害。在半密封的熔化炉中充硫蒸气，使金属液挥发出的汞蒸气同硫蒸气化合成硫化汞。鱼雷电池含汞阳极镁合金的汞合金化和此后的熔炼过程是在低于正常镁合金的熔炼温度下进行的。熔炼过程基本采用目前通行的技术和习惯，传统的生产设备和工艺流程。生产过程符合环保标准，并获得成分准确的鱼雷电池镁合金阳极材料金属液。但是该方法存在硫化物去除不净，污染材料，引起材料缺陷，并且形成的硫化氢为有毒气体，易对人体造成伤害。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题，提供一种组织均匀、晶粒细小、工作电位高、工作时间长、大功率输出稳定、析氢量少、成泥少、放电后表面腐蚀均匀，对人体无伤害的一种海水电池用镁合金负极材料的制备方法。

本发明所采取的技术方案是：

一种海水电池用镁合金负极材料的制备方法，其特点是：包括以下制备步骤：

步骤1、真空密封熔炼

以纯度≥99.98％的镁为原料，在镁中添加质量百分比为0.4-2.5％的Hg、1.2-2.8％的Ga和0.001-0.1％的Ce形成混合材料，将所述混合材料置于中频熔炼炉中真空状态下加热至700-760℃进行材料熔炼，保温时间为10-30min，形成成分分布均匀的混合材料；

步骤2、均匀化退火

将步骤1熔炼出分布均匀的混合材料进行380-450℃均匀化退火，保温12-48h后，自然冷却至室温，完成材料的均匀化退火过程；

步骤3、热挤压

将步骤2退火后的材料和挤压筒加热到350-450℃，保温3-8小时，在挤压力为5-30MPa，挤压速度为1-10m/min时，对退火后的材料热挤压成厚度为0.5-2mm的板子；

步骤4、热轧制

将步骤3制成的板子以1-10m/min的速度加热到350-450℃，以每道次压下量控制在10-30％，进行3-8道次的往复轧制；每轧制一道次进行一次中间退火，中间退火温度为250-450℃，退火时间为30-90min，压制成镁合金薄板；

步骤5去应力退火

将步骤4制成的镁合金薄板进行180-350℃的去应力退火，保温时间为20-90min，自然冷却后，即完成本发明海水电池用镁合金负极材料的制备过程。

本发明具有的优点和积极效果是：

1、本发明通过以高纯Mg材料为基础，添加微量的汞、镓、铈元素，缩短了达到稳定电位所需的时间、使稳定电位变负，提高了材料电化学性能及表面溶解的均匀性，减少了材料自腐蚀速率，减少了析氢量，对人体无任何伤害。