一种合金元素活化的电池电极材料制造技术

一种合金元素活化的电池电极材料，涉及电池用电极材料。所述合金元素活化的电池电极材料按质量百分比的组成为：Ga为1％～10％，Pb为4％～10％，X为0～10％，余量为Mg，其中X为Al、Zn、Sn、Mn和Bi中的至少一种。合金中具有较高电负性的添加元素，在阳极材料放电过程中能促进镁的溶解。合金在极化曲线测试得到的自腐蚀电流密度最小的为0.276mA/cm2；在电流密度为10mA/cm2和100mA/cm2下放电的平均电位分别为-1.831V和-1.762V；在100mA/cm2下放电1h后计算得到的电流效率达到84.5％。该合金在3.5％NaCl中可用于电池中的阳极材料。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术设及电池用电极材料，尤其是设及一种合金元素活化的电池电极材料。
技术介绍
儀是活泼金属，电负性为1.31，标准电极电位为-2. 36V(VSS肥)，理论比容量 高达2. 22A-h/g，在常见的金属中仅比裡（3.68A-h/g)、侣（2.98A-h/g)小，远大于锋 (0.82A-h/g)。我国儀资源非常丰富，储量居世界首位，具有开发儀电池的优势（尧玉芬， 陈昌国，刘渝萍，王荣；儀电池的研究进展;儀电池的研究进展；2009:119~121)。儀 的电位负、放电活性高、能量密度大，是理想的化学电源的阳极材料，已广泛用于儀一次和 二次电池、海水激活电池、儀-空气电池、儀-过氧化氨和儀-海水中溶解氧半燃料电池中。 (宋光铃；儀合金腐蚀与防护;化学工业出版社：2006。曹殿学，王贵领，吕艳卓；燃料电 池系统;北京航天航空大学出版社：2009)。儀及其合金为阳极的化学电源通常采用中 性电解液，如化Cl、海水等，在中性化Cl溶液中，特别是由于Cl的存化可使儀的纯化区变 窄，阻止完整表面纯化膜的形成，增加放电活性（宋光铃；儀合金腐蚀与防护;化学工业 出版社：2006)。儀及其合金为阳极的化学电源通常具有能量密度高、放电平稳、结构简单、 造价低廉、安全可靠等特点，具有广泛的用途，特别是在作为海洋环境下工作的电源及军用 电源方面（宋玉苏，王树宗；海水电池研究及应用;鱼雷技术；2004 ;12 :4-8)。厦口地 处我国东南沿海，溯临台湾海峡，具有丰富的海洋资源，新型电池用电极材料有着巨大的应 用前景和市场潜力。 常用的阳极金属裡电位最负，为-3. 05V，但化学性质过于活泼，无法用于水溶液 类电解液电池，至今裡由于安全性差而无法应用于大功率放电（冯艳，王日初，彭超群；海 水电池用儀阳极的研究与应用;中国有色金属学报；2011,21:259-268)。侣比能量 高于儀，但其阳极电位在同等条件下低于儀，应用于海水电池时其反应产物为絮状沉淀 物Al (0H)3,易造成腐蚀产物堆积而影响电池性能，同时由于侣是两性金属，容易与介质发 生严重析氨反应（马正青，左列，庞旭，曾苏民；侣电池研究进展;船电技术；2008,28: 257-261)O 我国是海洋大国，有着很长的海岸线和丰富的海洋资源，因此，海防建设和海洋资 源的开发利用对我国和平鹏起和可持续性发展的国家战略具有重要意义。随着海洋经济和 海防建设的发展，对海洋环境下工作的电源的需求必将增加。儀合金阳极虽然在大功率海 水电池中得到应用，但现有的儀合金阳极材料仍存在自腐蚀速度大、阳极利用率低等不足 之处，寻找阳极利用率高的儀合金阳极材料是国际上儀电池研究的热点和难点问题。 阳0化]专利CN 104164600A介绍了一种新型海水电池用儀负极材料及其制备方法，其成 分为金属铅（4-6wt % )，金属锡（2-4wt % )，金属嫁（1. 5-3. 5wt % )，稀± (0.1 -Iwt % )，其 余为儀。该材料采用电阻烙炉并加入溶剂金属诱注成型，最后通过复杂的热处理工艺制备 得到所需合金。 专利CN 1461067A介绍了一种空气电池用阳极材料及制备方法，其成分为金 属 Zr(0. 5-0. 8wt % )、Sm〇). 01-0. 04wt % )、Cd(0. 5-0. 7wt % )、Be(0. 5-0. 7wt % )、 化(0. 05-0. 07wt % )、Os (0. 04-0. 06wt % )、化化-9wt % )，其余为儀。该材料在很低的溫度 下诱注得到。 阳007] 专利CN 101527359A介绍了一种水激活电池用儀合金阳极材料，其成分为金属侣 (l-7wt% )、金属嫁化5-4wt% )，其余为儀。该材料通过铸造、挤压、社制等加工工艺获得。
技术实现思路
[000引本专利技术的目的在于提供具有优良放电性能的一种合金元素活化的电池电极材料。 所述合金元素活化的电池电极材料按质量百分比的组成为：Ga为1%~10%，化 为4%~10%，X为0~10%，余量为Mg,其中X为^、化、511、]\111和81中的至少一种。 所述合金元素活化的电池电极材料是一种Mg基阳极材料。 儀合金的烙炼可采用通用的混合气体保护法，热处理过程中采用氣气保护，热处 理后随炉冷却得到所需的电极材料。 所述Mg基阳极材料中，合金中具有较高电负性的添加元素，在阳极材料放电过程 中能促进儀的溶解。合金在极化曲线测试得到的自腐蚀电流密度最小的为0. 276mA/cm2;在 电流密度为lOmA/cm2和lOOmA/cm2下放电的平均电位分别为-1. 831V和-1. 762V ;在IOOmA/ cm2下放电Ih后计算得到的电流效率达到84. 5 %。合金元素活化的新型电池用电极材料， 该合金在3. 5%化Cl中可用于电池中的阳极材料，具有较大的应用前景。 与专利CN 104164600A相比较，本专利技术具有下列优点：①本专利技术产品不含有稀± 元素，产品的成本低。②本专利技术产品采用了气体保护的方法对合金进行烙炼，所得合金的杂 质少、纯度高。③本专利技术产品的热处理工艺简易，有利于控制成本。 与专利CN 1461067A相比较，本专利技术具有下列优点：①本专利技术产品所添加的元素 价格低廉，能有效的控制成本。②专利CN 1461067A诱注时控制型腔溫度为-175~-185°C， 需要在液氮中放置较长的时间。而本专利技术产品只需要预热，生产成本可W得到有效的控制。 ③专利CN 1461067A添加元素Cd、Be、Os具有很强的毒性。 阳01引与专利CN 101527359A相比较，本专利技术具有下列优点：本专利技术产品的自腐蚀电位 明显高于专利CN 101527359A的产品，腐蚀驱动力较小，具有较高的电流效率。【附图说明】 图1为本专利技术部分合金的BSE组织图。（a)合金1在300°C下保溫72h ; (b)合金 2在300°C下保溫72h ; (C)合金3在300°C下保溫72h ; (d)合金4在300°C下保溫72h ; (e) 合金5在300°C下保溫72h。【具体实施方式】 本专利技术的合金可通过各种传统的Mg合金烙炼技术制备Mg合金的铸态母合金。首 先根据相图信息设计合金成分，制定固溶溫度W及时效溫度。制备出具有添加元素活化的 Mg基阳极材料。 儀合金的烙炼采用通用的混合气体保护法，热处理过程中采用氣气保护，热处理 后随炉冷却得到所需的电极材料。 实施例I 配比Mg为88% ,Ga为10% ,Pb为2%的合金I ;儀合金的烙炼采用通用的混合气 体保护法，热处理过程中采用氣气保护，热处理后随炉冷却得到所需的电极材料。 阳OW 实施例2 阳02引配比Mg为90%，Ga为3%，化为7%的合金2 ;儀合金的烙炼采用通用的混合气 体保护法，热处理过程中采用氣气保护，热处理后随炉冷却得到所需的电极材料。 阳〇2引实施例3 配比Mg为82%，Ga为1%，化为7%，Pb为10%的合金3 ;儀合金的烙炼采用通用 的混合气体保护法，热处理过程中采用氣气保护，热处理后随炉冷却得到所需的电极材料。 阳〇2引 实施例4 配比Mg为86%，Ga为3%，化为4%，Pb为5%，Al为2%的合金4 ;儀合金的烙 炼采用通用的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种合金元素活化的电池电极材料，其特征在于其按质量百分比的组成为：Ga为1％～10％，Pb为4％～10％，X为0～10％，余量为Mg，其中X为Al、Zn、Sn、Mn和Bi中的至少一种。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘兴军，王东，王翠萍，张锦彬，黄艺雄，杨水源，施展，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：福建;35