[发明专利]一种高利用率镁合金电极材料及制造方法

说明书

本发明涉及一种高利用率镁合金电极材料及制造方法，镁合金电极材料为Mg‑Al‑Zn‑Sn‑Bi‑Yb或Mg‑Al‑Zn‑Sn‑Bi合金；各个元素的百分含量为：Al为7％‑9％，Zn为0.7％‑0.9％，Sn为0.2％‑0.4％，Bi为0.3％‑0.5％，Yb为0‑0.8％，余量为元素镁。采用冶炼方法制备镁合金电极材料。本发明所述镁合金电极材料中采用Bi和Yb进行合金化。以所制备镁合金电极材料作为电池负极，在25℃的3.5％NaCl水溶液中、放电电流密度30mA/cm²条件下的利用率在90％左右。

技术领域

本发明属于材料领域，特别涉及一种具有高利用率和高电化学活性的镁合金电极材料及制造方法。

背景技术

镁合金电极材料不仅应用于镁燃料电池(也称镁-空气电池)、镁海水电池和镁二次电池的负极，也应用于牺牲阳极。这类镁合金电极材料不仅需具有高的电化学活性，还需具有高的利用率。具有高电化学活性的镁及镁合金，易与水溶液发生化学反应，产生自腐蚀，降低利用率。

镁合金电极材料普遍采用Al、Zn、Sn、Pb、Li、Ce等元素进行合金化。现有的镁合金有以下几类：1)Mg-Li-Al-Ce类合金。这类镁合金中添加合金元素Li、Al和Ce，通过增大析氢过电位，降低自腐蚀；2)Mg-Al-Pb类合金。这类镁合金中添加合金元素Al和Pb，通过改变合金中第二相分布，降低自腐蚀；3)Mg-Al-Zn-Sn类合金。元素Sn具有高的析氢过电位，可抑制自腐蚀。尽管上述镁合金的合金化均考虑了降低镁合金的自腐蚀，但以这些镁合金为负极，在3.5％NaCl水溶液中、放电电流密度在30mA/cm²条件下的利用率仍偏低，低于80％。

发明内容

本发明采用冶金的方法，用元素Bi和Yb进行合金化，通过元素Bi或者元素Bi和Yb的良好协同效应，在显著提高所制备镁合金电极材料利用率的同时，保持了镁合金电极材料高的电化学活性。

本发明的技术方案如下：

一种高利用率镁合金电极材料；镁合金电极材料为Mg-Al-Zn-Sn-Bi-Yb合金。

各个元素的百分含量为：

元素Al的含量范围为7％-9％

元素Zn的含量范围为0.7％-0.9％，

元素Sn的含量范围为0.2％-0.4％，

元素Bi的含量范围为0.3％-0.5％，

元素Yb的含量范围为0-0.8％，

余量为元素镁。

当Yb的含量范围为0时，合金电极材料为Mg-Al-Zn-Sn-Bi。

当Yb的含量范围不为0时，优选元素Yb的含量范围为0.6％-0.8％。

本发明的高利用率镁合金电极材料的制备方法，采用通用的冶炼方法即可。

优选方法如下：

将所需量的元素一起放入耐温容器中，置入真空冶炼炉中；在氩气或者氮气保护性气氛中，加热至770-830℃后保温10-20分钟，使耐温容器中的所有金属熔化，搅拌使耐温容器中的所有金属混合均匀；然后将耐温容器中的熔融态金属浇铸至模具中，冷却至室温，得到铸态镁合金电极材料；将所制备的铸态镁合金放入热处理炉中，在氩气或者氮气保护性气氛中，在350-450℃退火处理2-20h,得到退火态镁合金电极材料。