镁铅系合金材料、制备方法及电池技术

本发明专利技术公开了一种镁铅系合金材料、制备方法及电池，该制备方法包括：S1：将镁粉和铅粉按合金设计的比例混合均匀，得到混合粉末。S2：将所述混合粉末倒入模具中，进行第一次压实。S3：将第一次压实后的混合粉末在所述模具中进行第二次压实，并将模具携带所述混合粉末在压紧状态和保护气体氛围的条件下，进行烧结，得到镁铅合金锭坯。S4：当镁铅合金锭坯的致密度≥99.5％时，进行退火、成型，得到镁铅系合金材料。采用粉末冶金技术烧结镁铅系合金材料，以镁粉和铅粉为原料，并且设置合适的烧结条件，从而获得成分、组织控制均匀的镁铅系合金材料。而且，可以精确控制合金成分，方便调控材料的显微组织。的显微组织。的显微组织。

【技术实现步骤摘要】
镁铅系合金材料、制备方法及电池


[0001]本专利技术涉及电池负极材料领域，特别是涉及镁铅系合金材料、制备方法及电池。

技术介绍

[0002]镁合金作为电池负极材料，具有电位负、放电活性强、能量密度高、电容量大、密度小及产物无污染等优点，可以有效应用在水激活燃料电池和空气电池等领域。镁铅(Mg
‑
Pb)系合金材料是在镁基体中添加元素铅(Pb)，提高负极在放电过程中的电极电位，并可以抑制自腐蚀析氢，从而提高镁合金负极的电流效率，提升整体电池的放电电压和化学活性，从而得到放电性能优良的镁合金负极材料。
[0003]针对镁铅合金系合金材料，相关技术是采用熔盐电解共沉积法制备镁铅合金系合金材料。该方法是按照镁铅合金系合金材料中镁和铅的质量比，配置镁盐和铅盐的混合原料，控制混合原料中的镁离子和铅离子放电所需的法拉第电量与电解混合原料的电解电量的相对误差，得到镁铅合金系合金材料。该方法很难精确控制镁铅合金中的元素含量，而且杂质含量高，很难实现工业上的应用。
[0004]此外，可以采用熔炼铸造方法制备镁铅合金，将金属镁和铅熔化成液相，但是，因为镁的密度1.78g/cm3，铅的密度11.34g/cm3,两者相差近10倍，因此当两种金属液相混合时，由于铅的密度大，会很快沉到坩埚底部，从而造成金属铸锭的成分产生严重的宏观偏析，无法获得成分均匀的合金铸锭。

技术实现思路

[0005]基于此，有必要针对熔盐电解共沉积法制备镁铅合金系合金材料存在严重的宏观偏析的问题，提供一种镁铅系合金材料、制备方法及电池。
[0006]本申请第一方面，提供一种镁铅系合金材料的制备方法，包括以下步骤：
[0007]S1：将镁粉和铅粉按合金设计的比例混合均匀，得到混合粉末。所述镁粉的粒度为30～100μm，所述铅粉的粒度为10～70μm。
[0008]S2：将所述混合粉末倒入模具中，进行第一次压实。
[0009]S3：将第一次压实后的混合粉末在所述模具中进行第二次压实，并将模具携带所述混合粉末在压紧状态和保护气体氛围的条件下，进行烧结，得到镁铅合金锭坯。所述烧结的条件为：从室温升温到300℃，加压到20MPa，保温保压0.5～8h，然后降温，待温度降至50℃以下时，卸除压力并停止保护气体。
[0010]S4：当所述镁铅合金锭坯的致密度≥99.5％时，进行退火、成型，得到所述镁铅系合金材料。
[0011]可选地，在步骤S1中，所述镁粉和所述铅粉的质量比为(80～99)：(1～20)。
[0012]可选地，在步骤S2中，所述第一次压实的压力为20MPa。
[0013]可选地，还包括：
[0014]当所述镁铅合金锭坯的致密度＜99.5％时，重复所述S2步骤和S3步骤直至所述镁
铅合金锭坯的致密度≥99.5％。
[0015]可选地，所述退火部步骤包括：
[0016]将所述镁铅合金锭坯放置于退火设备，在温度200～300℃下，放置12h，然后将温度提升到300～350℃，放置12h，随所述退火设备冷却。
[0017]可选地，所述成型步骤包括：
[0018]将退火后的镁铅系合金材料在200～300℃保温0.5～3h后进行挤压成型，其中，挤压比在8～50之间。或
[0019]将退火后的镁铅系合金材料在300～400℃保温0.5～3h后进行热轧成型，其中，轧制变形量在10％～30％之间。
[0020]可选地，还包括：
[0021]将成型后的镁铅系合金材料进行热处理，热处理温度为100～300℃。
[0022]可选地，步骤S1中还包括附加金属粉，所述附加金属粉包括铝粉、锡粉、锌粉中的至少一种，所述附加金属粉的粒度为10～150μm，所述镁粉和所述附加金属粉的质量比为(80～99)：(1～20)。
[0023]本申请第二方面，提供一种上述制备方法制备的镁铅系合金材料。
[0024]本申请第三方面，提供一种电池，包括壳体、正极以及负极，所述壳体内有电解质溶液，所述正极与所述电解质溶液接触，所述负极与所述电解质溶液接触，所述负极包括上述的镁铅系合金材料。
[0025]上述镁铅系合金材料的制备方法，采用粉末冶金技术烧结镁铅系合金材料，以镁粉和铅粉为原料，并且设置合适的烧结条件，因而可解决在合金熔炼铸造时镁铅合金形成的严重宏观偏析的技术问题，从而获得成分、组织控制均匀的镁铅系合金材料。而且，可以精确控制合金成分，方便调控材料的显微组织。此外，粉末冶金方法工艺流程短、操作简单、尤其是可以近净成形，可以提高镁铅系合金材料的成品率，减少能源消耗。
附图说明
[0026]图1是本专利技术实施例1烧结制备的达标Mg
‑
Pb合金锭坯外形图；
[0027]图2是本专利技术实施例1制得的达标Mg
‑
Pb合金锭坯的微观组织图；
[0028]图3是本专利技术实施例1制得的达标Mg
‑
Pb合金锭坯挤压后的显微组织图；
[0029]图4是是本专利技术实施例1制得的达标Mg
‑
Pb合金锭坯成型后的显微组织图；
[0030]图5是是本专利技术实施例2制得的达标Mg
‑
Pb
‑
Al合金锭坯挤压后的显微组织图；
[0031]图6是是本专利技术实施例3制得的达标Mg
‑
Pb
‑
Al
‑
Zn合金锭坯挤压后的显微组织图；
[0032]图7是本专利技术对比例1的合金锭坯挤压态镁合金的金相组织图；
[0033]图8是实施例1、2、3和对比例1中得到的Mg
‑
Pb
‑
X负极材料在45mA/cm2电流密度下放电性能曲线图。
具体实施方式
[0034]为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术。但是本专利技术能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不
违背本专利技术内涵的情况下做类似改进，因此本专利技术不受下面公开的具体实施的限制。
[0035]专利技术人发现熔盐电解共沉积法制备镁铅合金系合金材料存在很难精确控制合金元素含量，而且杂质含量高，很难实现工业上应用的问题，经进一步研究发现，熔炼铸造法制备镁铅合金，将金属镁和铅熔化后铸造，得到镁铅合金，但是，因为镁的密度1.78g/cm3，铅的密度11.34g/cm3,两者相差近10倍，因此当两种金属熔化成液体时，铅由于密度大会很快沉到坩埚底部，从而造成金属铸锭的成分产生严重的宏观偏析，无法获得成分均匀的合金铸锭。
[0036]鉴于此，本申请实施例提供一种镁铅系合金材料的制备方法，包括以下步骤：
[0037]S1：将镁粉和铅粉按合金设计的比例混合均匀，得到混合粉末；所述镁粉的粒度为30～100μm，所述铅粉的粒度为10本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种镁铅系合金材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：将镁粉和铅粉按合金设计的比例混合均匀，得到混合粉末；所述镁粉的粒度为30～100μm，所述铅粉的粒度为10～70μm；S2：将所述混合粉末倒入模具中，进行第一次压实；S3：将第一次压实后的混合粉末在所述模具中进行第二次压实，并将模具携带所述混合粉末在压紧状态和保护气体氛围的条件下，进行烧结，得到镁铅合金锭坯；所述烧结的条件为：从室温升温到300℃，加压到20MPa，保温保压0.5～8h，然后降温，待温度降至50℃以下时，卸除压力并停止保护气体；S4：当所述镁铅合金锭坯的致密度≥99.5％时，进行退火、成型，得到所述镁铅系合金材料。2.根据权利要求1所述的镁铅系合金材料的制备方法，其特征在于，在步骤S1中，所述镁粉和所述铅粉的质量比为(80～99)：(1～20)。3.根据权利要求1所述的镁铅系合金材料的制备方法，其特征在于，在步骤S2中，所述第一次压实的压力为20MPa。4.根据权利要求1所述的镁铅系合金材料的制备方法，其特征在于，还包括：当所述镁铅合金锭坯的致密度＜99.5％时，重复所述S2步骤和S3步骤直至所述镁铅合金锭坯的致密度≥99.5％。5.根据权利要求1所述的镁铅系合金材料的制备方法，其特征在于，所述退...

【专利技术属性】
技术研发人员：余琨，黄杰枫，宋觉敏，
申请(专利权)人：湖南汇动新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：