[发明专利]一种镁空气电池负极材料Mg-Bi-Ca-In合金及其制备方法

权利要求书

1.一种镁空气电池负极材料Mg-Bi-Ca-In合金，其特征在于：包括如下重量百分比的组份：Mg：96.4～98.0wt.％，Bi：1.8～2.2wt.％，Ca：0.1wt.％，In：0.1wt.％，具有弥散分布在合金基体上的Mg₃Bi₂和Mg₂Bi₂Ca增强相和均匀的等轴晶组织；

所述镁空气电池负极材料Mg-Bi-Ca-In合金经坯料制备、挤压变形得到，所述挤压的工艺参数为：挤压温度280～320℃，挤压速率为0.09～0.11mm/s，挤压比为25∶1。

2.一种权利要求1所述的镁空气电池负极材料Mg-Bi-Ca-In合金的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

第一步，坯料制备：按比例将纯度均大于99.9％的纯Mg、纯Bi、纯In和Mg-30％Ca中间合金放在石墨坩埚中通过坩埚电阻炉熔炼，熔炼过程中采用N₂+Ar混合气体保护液面，待所有合金元素熔化后，在730～740℃下保温20～30分钟，保温后向熔炼合金液中加入镁合金精炼剂进行精炼，精炼完毕后静置20～35分钟，在725～740℃下将熔液倒入金属模具中获得圆柱体试样坯料；

第二步，挤压变形：对铸造后的坯料直接经过机械加工制成挤压坯料，所述挤压坯料的直径为55～60mm，高为50～55mm，挤压前坯料在280～320℃保温20～60分钟，得到挤压棒材的直径为12mm；

所述挤压的工艺参数为：挤压温度280～320℃，挤压速率为0.09～0.11mm/s，挤压比为25∶1。

3.根据权利要求2所述的镁空气电池负极材料Mg-Bi-Ca-In合金的制备方法，其特征在于：所述混合气体中N₂和Ar体积比为6：1～2。

4.根据权利要求2所述的镁空气电池负极材料Mg-Bi-Ca-In合金的制备方法，其特征在于：所述镁合金精炼剂添加量为熔炼合金质量的1～2％。

5.根据权利要求2所述的镁空气电池负极材料Mg-Bi-Ca-In合金的制备方法，其特征在于：所述圆柱体试样坯料的直径为60mm，所用金属模具在浇注前预热到180～200℃。

6.一种权利要求1所述的镁空气电池负极材料Mg-Bi-Ca-In合金在镁空气电池负极材料中的应用。

7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于：在半电池测试中，在电化学工作站上以实验合金为工作电极，铂电极为对电极，饱和甘汞电极为参比电极，通过计时电位法测定实验合金在恒定电流密度下的放电电位及利用率；

在半电池性能测试中，小电流密度下放电电位为-1.63～-1.66V，利用率为40％～47％；大电流密度下放电电位为-1.45～-1.60V，利用率为64％～75％。

8.根据权利要求6所述的应用，其特征在于：在全电池性能测试中，以实验合金为负极材料，MnO₂/C做催化剂的商用电极为正极材料，以3.5wt.％NaCl溶液为电解液组装成镁空气电池下，测定实验合金在恒定电流密度下的电池电压和功率密度；

在全电池性能测试中，小电流密度下放电电位为1.35～1.50V，功率密度为13.5～15.0mW/cm²；大电流密度下放电电位为0.60～0.75V，功率密度为13.5～15.0mW/cm²。