[发明专利]金属空气电池金属电极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种金属空气电池金属电极材料及其制备方法和应用。所述金属空气电池金属电极材料为疏松结构的镁合金，其中，所述镁合金中的合金元素包括铝、锌、锂、铟、镓、锰中的至少一种。其制备方法包括将镁金属和合金金属进行熔炼合金化处理的步骤和将所述镁合金进行铸轧处理和延压轧制处理的步骤。本发明金属空气电池金属电极材料具有细化镁合金晶粒，增大析氢反应过电位，可以破坏钝化膜的结构，能够减轻镁合金钝化问题，以促进电极活性溶解，提高镁合金的电化学性能。而且所述制备方法条件易控，制备的金属空气电池金属电极材料性能稳定，而且效率高。所述金属空气电池金属电极材料可以制备金属空气电池金属电极和金属空气电池。

技术领域

本发明属于电化学能源领域，具体涉及一种金属空气电池金属电极材料及其制备方法和应用。

背景技术

金属空气电池是一种半燃料电池，它是以空气中的氧气作为正极活性物质，金属(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-液三相界面与金属反应而放出电能。金属空气电池具有较高的能量密度，其容量大、比能量高、工作电压平稳、使用寿命长、使用时安全可靠，而且原材料丰富、可再生利用，性价比高并且无污染，是绿色能源，在民用和军用方面都具有很好的市场应用前景，如其既可用于救灾、抢险及野外等应急照明和通讯方面，又可用作电动自行车、电动汽车的动力电池。

在金属空气电池的金属电极材料中，金属镁是非常活泼的阳极材料，金属镁的理论比能量高达3910Wh/kg，是锂离子电池9倍，且来源广泛、储量丰富、价格低廉、反应产物不会造成环境污染，是金属空气电池理想的电极材料。由于镁是很活泼的金属，电极电势低，化学活性很高，在大多数的电解质溶液中，镁的溶解速度相当快，产生大量的氢气，导致阳极的法拉第效率降低。普通镁(纯度99.0％-99.9％)中由于有害杂质存在，易发生微观原电池腐蚀反应，自腐蚀速度大；同时，反应时产生较致密的Mg(OH)₂钝化膜，影响了镁阳极活性溶解。因此，寻找制备高性能镁阳极是镁空气电池能实际应用的关键难点之一。

虽然目前出现了镁合金阳极材料的报道，但是在技术应用过程中发现，目前商用的镁合金阳极材料难以很好地解决析氢的腐蚀、活化与钝化的矛盾等问题，限制了镁空气电池的产业化和实际应用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种金属空气电池金属电极材料及其制备方法，以解决现有镁阳极存在的析氢、自腐蚀、钝化的技术问题。

本发明的另一目的在于提供一种金属空气电池金属电极和金属空气电池，以解决现有金属空气电池金属电极所含的镁阳极存在析氢、自腐蚀、钝化等不良现象而导致金属空气电池电化学性能不理想的技术问题。

为了实现上述发明目的，本发明的一方面，提供了一种金属空气电池金属电极材料。所述金属空气电池金属电极材料为疏松结构的镁合金，其中，所述镁合金中的合金元素包括铝、锂、锌、铟、镓、锰中的至少一种。

本发明的另一方面，提供了一种金属空气电池金属电极材料的制备方法。所述金属空气电池金属电极材料的制备方法包括以下步骤：

将镁金属和合金金属进行熔炼合金化处理，形成镁合金；所述合金金属包括铝、锂、锌、铟、镓、锰中的至少一种金属；

将所述镁合金采用辅助加温到300-500℃的进行铸轧处理，后继续进行若干次的延压轧制处理。

本发明的又一方面，提供了一种金属空气电池金属电极和含有金属空气电池金属电极的金属空气电池。所述金属空气电池金属电极是由本发明金属空气电池金属电极材料或由本发明制备方法制备的金属空气电池金属电极材料制备形成。

所述金属空气电池包括空气电极、金属电极和电解液，其中，所述金属电极为本发明金属空气电池金属电极。

与现有技术相比，本发明具有以下的技术效果：