[发明专利]一种镁-空气电池用阳极带材及其制备方法和应用

说明书

本发明属于化学电源电极材料领域，公开了一种镁‑空气电池用阳极带材及其制备方法和应用。其制备方法包括：将镁、铝、铅和镁‑稀土中间合金放入石墨坩埚中，充入氩气，将搅拌的熔体浇铸于炉内的不锈钢坩埚中，得到铈和钇改性的铸态AP65镁合金；在氩气保护气氛下，将该镁合金均匀化退火后水淬；经预热后进行热挤压，控制挤压变形量，得到一系列不同厚度的镁合金带材。本发明通过合金化和挤压变形调控AP65镁合金的显微组织，使其在开路电位下具有较好的耐蚀性、在一定电流密度下放电能均匀溶解并抑制析氢，从而具备较高的开路电压、放电电压以及较高的阳极利用率，适合作为镁‑空气电池阳极材料。

技术领域

本发明属于化学电源电极材料领域，具体涉及一种镁-空气电池用阳极带材及其制备方法和应用。

背景技术

镁空气电池能量密度高，可使用温度范围宽(-20～80℃)，原材料来源丰富且成本低，在移动电子设备电源、海洋水下设备电源、自主式潜航器电源和备用电源等领域具有广阔的应用前景。这类电池采用高活性镁合金作为阳极，通过阳极材料在电解液中的活化溶解提供电流。目前常用的高活性镁阳极材料包括Mg-Hg-Ga、Mg-Al-Pb、Mg-Al-Tl等。其中AP65镁合金(Mg-6wt.％Al-5wt.％Pb)对环境污染相对较小，拥有较高的开路电压和放电电压，在大电流密度(≥100mA cm^-2)下阳极利用率高。然而，该镁合金在小电流密度(≤20mAcm^-2)下金属颗粒局部脱落严重，导致其阳极利用率较低，放电性能下降。

发明内容

为了克服现有技术中存在的缺点和不足，本发明的首要目的在于提供一种镁-空气电池用阳极带材的制备方法。该方法通过铈和钇的改性促进AP65镁合金在小电流密度(≤20mA cm^-2)下迅速、均匀溶解，从而提高该镁合金的放电电压和阳极利用率。利用挤压变形调控AP65镁合金的显微组织，通过优化变形量使其具备细小均匀的晶粒尺寸，较低的位错密度和弱化的晶粒取向，进一步改善AP65的综合电化学性能。

本发明的另一目的在于提供一种上述制备方法制备得到的镁-空气电池用阳极带材。该挤压带材通过添加微量稀土元素(如铈、钇等)并借助塑性变形(如挤压、轧制)可调控AP65的显微组织，从而使镁合金阳极带材具有较好的电化学性能。

本发明的又一目的在于提供上述镁-空气电池用阳极带材的应用。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种镁-空气电池用阳极带材的制备方法，包括如下具体步骤：

S1.将镁、铝、铅、镁-铈和镁-钇中间合金放入石墨坩埚中，将真空感应熔炼炉内气压抽至0.1～2.0Pa后再充入氩气，直到其气压达到0.04～0.06MPa，然后将充分搅拌的熔体浇铸于炉内的不锈钢坩埚中，得到铈和钇改性的铸态AP65镁合金铸锭；

S2.在氩气保护气氛下，将铈和钇改性的铸态AP65镁合金均匀化退火后水淬；

S3.将均匀化退火的AP65镁合金放进挤压筒内预热，并在不同挤压比下分别进行热挤压，得到一系列不同厚度的镁-空气电池用阳极带材。

优选的，步骤S1中所述铈和钇改性的铸态AP65镁合金铸锭中包括5.7～6.7wt.％的Al，4.6～5.6wt.％的Pb，0.08～0.18wt.％的Ce，0.08～0.18wt.％的Y和87.34～89.54wt.％的Mg。

优选的，步骤S1中所述铸锭的尺寸为

优选的，步骤S2中所述退火的温度为400～410℃，所述退火的时间为23～24h。

优选的，步骤S3中所述预热的温度为430～450℃，所述预热的时间为55～65min；所述热挤压时的温度为430～450℃。