CN105609751A - 一种用于电池负极的镁合金 - Google Patents

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张腾飞
周学华
张娅
孙颖迪
夏刑燕
陈秋荣
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Abstract

本发明公开了一种用于电池负极的镁合金，由以下组分组成：Zn：1.5～2.2wt％；Cu：1.2～2.0wt%；Ce或La:0.5～1.0wt%；杂质：<0.2wt%；余量为Mg。添加Zn元素提高镁合金的放电活性、持续性；Cu元素提高材料的固相线温度，提高Zn的固溶度，加速溶质原子与空位缺陷相结合，消除基体缺陷、提高合金材料的均匀性，生成三元相MgZnCu三元相，热处理下，晶界处形成三元相球化弥散状分布，放电过程中腐蚀产物顺利脱落，破坏氢氧化镁钝化层，有利于放电进一步进行。添加稀土Ce或La元素，形成少量点状弥散分布的Mg-Ce或La相，利于平衡镁合金过快的腐蚀速度，增加负极的放电效率。

Description

一种用于电池负极的镁合金
技术领域
本发明涉及一种适用于镁电池负极的新型镁合金，更确切地说涉及一种用于电池负极的镁合金。
背景技术
随着世界各国能源的日益短缺，面对能源的需求量日益增加，以及人们保护环境意识的增强，寻求一中新能源的课题就摆在我们面前。这种新能源必须是无污染、重量轻、高能量、价格低、适应性强的一种电池新产品。
电池的负极一般来讲均为金属合金或金属的离子化合物。目前，电池的负极广泛使用的主要有以下几种金属合金：锌、铅、镉、锂、铁等合金。然而由于电池性能的需要，在其生产制造的过程中须掺杂镉、铅、汞等重金属才能满足产品要求。然而电池内的这些有害金属就不可避免的给环境带来污染，给人们带来侵害；要想消除这些危害，人们又要付出高额成本。为此，人们在苦苦地寻找合适的环保替代材料，以解决这些难题。随着科学技术的进步，镁合金的研究制造也达到新水平，镁合金作为一种新型的环保能源材料被人们日益看重，镁系列电池的一些研究成果陆续展现在人们面前。镁系列电池作为一种新型环保能源已被人们广泛关注，现有的镁合金负极材料，其放电活性和耐腐蚀性能不能兼顾。
发明内容
本发明针对上述问题，提供了一种用于电池负极的镁合金，通过添加一定比例的Zn,Cu,Ce或La，以达到提高合金放电活性和保证负极材料耐蚀性的目的，从而解决现有的镁合金负极材料的放电活性和耐蚀性能不能兼顾的问题。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：一种用于电池负极的镁合金，镁合金负极由以下组分组成：Zn：1.5～2.2wt％；Cu：1.2～2.0wt%；Ce或La:0.5～1.0wt%;杂质：<0.2wt%；余量为Mg。
作为上述方案的优选，镁合金负极由以下组分组成：Zn：1.5wt％；Cu：1.2wt%；Ce或La:0.6wt%;杂质：<0.2wt%；余量为Mg。
作为上述方案的优选，镁合金负极由以下组分组成：Zn：1.8wt％；Cu：1.5wt%；Ce或La:0.6wt%;杂质：<0.2wt%；余量为Mg。
作为上述方案的优选，镁合金负极由以下组分组成：Zn：2.0wt％；Cu：1.8wt%；Ce或La:0.8wt%;杂质：<0.2wt%；余量为Mg。
作为上述方案的优选，镁合金负极由以下组分组成：Zn：2.2wt％；Cu：2.0wt%；Ce或La:0.8wt%;杂质：<0.2wt%；余量为Mg。
本发明的有益效果是：通过添加Zn元素提高该镁合金的放电活性、持续性，同时一定量的Zn元素加入会提高镁合金体系的电极电位，增强材料的耐蚀性；添加Cu元素会提高材料的固相线温度，提高Zn的固溶度，加速溶质原子与空位缺陷相结合，消除基体缺陷、提高合金材料的均匀性。同时生成三元相MgZnCu三元相，在热处理温度下，在晶界处形成的三元相球化弥散状分布在晶界处，在放电过程中腐蚀产物顺利脱落，破坏形成的氢氧化镁钝化层，有利于放电进一步进行。添加稀土Ce或La元素，形成少量点状弥散分布的Mg-Ce或La相，有利于平衡镁合金过快的腐蚀速度，增加负极的放电效率。
本公司申请的发明专利“注水镁电池”（专利号2012104246887），在此电池的基础上，本专利对负极合金调整合金元素进行改性，电池容量提高10-20%。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。
镁合金板材的生产过程：先将各种金属置于熔炼炉中熔炼，然后由浇筑泵送入保温炉，经由与保温炉连通的结晶器后，再经水淋冷却，由双轧辊挤压拉拔成型。最后由锯切机按要求锯切。
电池测试:镁电池电池容量测试：IEC60086-2:2011/GB/T8897.2-2013环保测试：GB/T20155-2006
实施例1
镁合金负极由以下组分组成：Zn：1.5wt％；Cu：1.2wt%；Ce或La:0.6wt%;杂质：<0.2wt%；余量为Mg。
5号电池容量：1480mAh（3.9Ω）。
环保测试：无汞镉铅含量，能安全降解。
实施例2
镁合金负极由以下组分组成：Zn：1.8wt％；Cu：1.5wt%；Ce或La:0.6wt%;杂质：<0.2wt%；余量为Mg。
5号电池容量：1560mAh（3.9Ω）。
环保测试：无汞镉铅含量，能安全降解。
实施例3
镁合金负极由以下组分组成：Zn：2.0wt％；Cu：1.8wt%；Ce或La:0.8wt%;杂质：<0.2wt%；余量为Mg。
1号电池容量：1550mAh（3.9Ω）。
环保测试：无汞镉铅含量，能安全降解。
实施例4
镁合金负极由以下组分组成：Zn：2.2wt％；Cu：2.0wt%；Ce或La:0.8wt%;杂质：<0.2wt%；余量为Mg。
1号电池容量：1600mAh（3.9Ω）。
环保测试：无汞镉铅含量，能安全降解。
镁合金用于镁系列电池负极的优点：
镁系列电池不存在汞、镉、铅等重金属污染，是环保型产品：目前，市场上使用的普通干电池、碱性电池、蓄电池大都使用了金属汞、镉、铅。电池用完废弃后，每年将有近百吨汞、镉、铅被遗弃在大气、江河和土地中，造成环境的污染。所以人们纷纷要求回收废电池。然而回收的废电池目前又没有很好的处理方案，因而人们一直视电池为“公害”。镁系列电池从原材料（所有的原材料）到生产过程，直至电池使用完后变废弃物对环境无任何污染，可以称作绿色电池。
单体平均工作电压比锌电池高0.2-0.3V。
生产成本低：与同型号锌锰电池相比成本降低20%-30%，甚至更低。
容量大：镁电化当量2.2Ah/g，比锌电化当量0.82Ah/g大近三倍。
适应较大电流脉冲放电，放电曲线高且平稳，持续时间长。
低温性能好。
对于本领域的技术人员来说，依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种用于电池负极的镁合金，其特征在于，镁合金由以下组分组成：Zn：1.5～2.2wt％；Cu：1.2～2.0wt%；Ce或La:0.5～1.0wt%；杂质：<0.2wt%；余量为Mg。
2.如权利要求1所述的用于电池负极的镁合金，其特征在于，镁合金由以下组分组成：Zn：1.5wt％；Cu：1.2wt%；Ce或La:0.6wt%；杂质：<0.2wt%；余量为Mg。
3.如权利要求1所述的用于电池负极的镁合金，其特征在于，镁合金由以下组分组成：Zn：1.8wt％；Cu：1.5wt%；Ce或La:0.6wt%；杂质：<0.2wt%；余量为Mg。
4.如权利要求1所述的用于电池负极的镁合金，其特征在于，镁合金由以下组分组成：Zn：2.0wt％；Cu：1.8wt%；Ce或La:0.8wt%；杂质：<0.2wt%；余量为Mg。
5.如权利要求1所述的用于电池负极的镁合金，其特征在于，镁合金由以下组分组成：Zn：2.2wt％；Cu：2.0wt%；Ce或La:0.8wt%；杂质：<0.2wt%；余量为Mg。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN107221653A (zh) * 2017-05-05 2017-09-29 燕山大学 一种用于镁二次电池负极材料的镁合金及其制备方法
CN108615872A (zh) * 2018-03-16 2018-10-02 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 一种镁合金负极以及包括该镁合金负极的原电池

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