CN1466237A - 镁干电池 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电极基于镁的合金的电池，特别涉及一种用镁合金作为阳极材料的镁干电池，它由镁合金作为阳极材料，镁合金中以镁为主要成份，其组成要点在于，该合金中还包含有一种金属A，该金属A或为碱金属，或为碱土金属，或为稀土金属，或为这些金属的任意组合。该镁干电池的钝化膜的厚度可控制，电压滞后时间可控制，镁电极自腐蚀少，镁利用率高，因而成本低，并且本发明的镁合金未含有现有技术中常含有的汞和镉，故而环保。
Description
技术领域
本发明涉及一种电极基于镁的合金的电池，特别涉及一种用镁合金作为阳极材料的镁干电池。
背景技术
现有技术中用镁合金作为电池的阳极材料，因为在阳极材料含量一定的情况下，镁可以得到较高的工作电压及较多的电能，其放电特性优异且高温下保存性能优良，但是这种镁干电池的镁电极却很容易发生腐蚀而损耗能量(即自放电)，存放时镁电极表面形成一层Mg(OH)2钝化膜，则会导致使用时电压滞后时间长，即启动电门后需经一段时间才能达到工作电压。基于上述原因，目前，镁干电池尚没有商业推广。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足之处，而提供一种可以减少镁阳极自腐蚀且电压滞后时间可控制的镁干电池。
本发明的目的是经如下方案来实现的。
镁干电池，它由镁合金作为阳极材料，镁合金中以镁为主要成份，其组成要点在于，该合金中还包含有一种金属A，该金属A或为碱金属，或为碱土金属，或为稀土金属，或为这些金属的任意组合。
镁电极表面有一层Mg(OH)2膜，使镁电极钝化，它对镁电极起到了良好的保护作用，但是这层膜随着时间的加长而越来越厚，因而等到需要使用电池而启动电门则需要很长一段的令膜溶解的时间，有的甚至需要几十秒，严重影响电池的正常使用。
而如果这层保护膜不够厚，电池又会产生如下的腐蚀反应(电极反应的副反应)：
这种反应消耗水，产生热量，降低了镁电极的利用率。
因而如果想同时实现减少镁阳极自腐蚀且又令电压滞后时间可控制这两种互相矛盾的目的，则所形成的钝化膜的厚度是关键，厚度太厚，保护过头，会产生电压滞后；厚度太薄，无法保护，会发生放电自腐蚀。
发明人经过不断试验得出，如果在镁合金中加入碱金属，碱土金属，或稀土金属中的一种金属，或这些金属的任意二种或多种的组合可以控制钝化膜形成的厚度，使膜厚度处于即可有效保护又可防止自放电的临界厚度范围，从而有效地减轻现有技术中电压的滞后现象，达到电压滞后时间可控制的目的，同时又避免了镁电极的无用消耗。
本发明进一步讲还在于
碱金属为钠、钾，碱土金属为钙、铍、锶、钡，稀土金属为镧、铈。
经过不断的筛选及研究，发明人发现上述这几种金属可以使镁电极在没有使用时，形成一层保护膜，这层保护膜足以防止镁电极的自腐蚀，而且这层保护膜的厚度可控制，并且在电池使用时，这层保护膜可以很快溶解，电压滞后不致影响电池的正常使用。
金属A的加入量占总重量的0.1～3％。
适量加入的金属A可以保证阳极在放电过程中镁合金阳极材料具有优异的电化学性能。
本发明的目的还可以经如下方式来实现。
镁合金中还含有占总重量的1～10％的铝，及占总重量的0.5～5％的锌。
但最佳的选择：镁合金中铝具体占总重量的2～6％，锌占总重量的1～2％。
这样，镁合金中除包含有镁以外，还包含有碱金属，碱土金属或稀土金属，并且还可以含有铝和锌。这样的合金组合进一步提高了电池的放电及储存性能，因为添加铝可以进一步减轻镁的腐蚀反应，即可以避免镁的自放电，并且铝可以在镁电极表面形成钝化膜，起保护作用，同时它还具有良好的延展性能，可以同镁相熔融而使组织细化，从而也可以降低腐蚀。而铝又会使合金形成致密氧化膜而使滞后时间增加了，因而还应加入锌，锌同样具有很好的延展性，可以使组织进一步细化，降低腐蚀，同时加入锌又减少铝的晶粒聚集，使镁电极腐蚀比较均匀，因而减弱铝的电压滞后现象。
本发明进一步讲还可以通过如下方案实现。
该镁合金中还包含有锰。
镁金属中一般都含有杂质铁，而铁是镁电极产生腐蚀反应的主要杂质，为了降低镁电极的自腐蚀，在镁合金中加入一定量的锰，它与铝生成MnAl6，铁溶于其中而被除去。本技术领域的技术人员通过常规的查找可以正确地确定锰的加入量。
该镁干电池采用中性电解质溶液。
在中性溶液中，OH-离子浓度高，Mg2+离子在电极附近与OH-离子扩散到负极表面与Mg2+离子才能生成Mg(OH)2。这样生成的Mg(OH)2可能距离镁电极表面较远，或者结构比较疏松，即形成的膜没那么致密，则在启动电门放电后，钝化膜的溶解速度可以比较快，镁电极钝化现象因而明显减弱。
中性电解质溶液中含有镁的卤盐，或镁的含氧盐。
这种镁的卤盐，或镁的含氧盐可以是Mg(ClO4)2或MgBr2等等。
该镁干电池的电解质中添加有缓蚀剂。
缓蚀剂的添加可以进一步减小镁电极的腐蚀，这种缓蚀剂或为一种铬酸盐，或为一种有机缓蚀剂。
适量的Li2CrO4、Na2CrO4、(NH4)2CrO4均可以促成“暂时”钝化膜的建立，使生成的钝化膜薄而疏松，既能保证电池的贮存性能，又不能影响电池反应。
综上所述，本发明相比现有技术具有如下优点：钝化膜的厚度可控制，电压滞后时间可控制，镁电极自腐蚀少，镁利用率高，因而成本低，并且本发明的镁合金未含有现有技术中常含有的汞和镉，故而环保。
具体实施方式
实施例1：
镁干电池，它由镁合金作为阳极材料，镁合金中以镁为主要成份，该合金中还包含有金属A，金属A为碱土金属钡，其加入量占总重量的0.1％，镁合金中还含有占总重量的1％的铝，及占总重量的0.5％的锌，同时还有适量的锰。
该镁干电池采用加有镁的含氧盐Mg(ClO4)2的中性电解质溶液，电解质中还添加有机缓蚀剂。
本实施例未述部分与现有技术相同。
实施例2：
镁干电池，它由镁合金作为阳极材料，镁合金中以镁为主要成份，该合金中还包含有金属A，金属A为碱土金属钡、钙，其加入量占总重量的2％，镁合金中还含有占总重量的10％的铝，及占总重量的5％的锌，同时还有适量的锰。
本实施例未述部分与实施例1相同。
实施例3：
镁干电池，它由镁合金作为阳极材料，镁合金中以镁为主要成份，该合金中还包含有金属A，金属A为碱金属钠、钾及碱土金属钙、铍，其加入量占总重量的0.9％，镁合金中还含有占总重量的6％的铝，及占总重量的2％的锌，同时还有适量的锰。
该镁干电池采用加有镁的含氧盐MgBr2的中性电解质溶液，电解质中还添加有铬酸盐(NH4)2CrO4作为的缓蚀剂。
本实施例未述部分与现有技术相同。
最佳实施例：
镁干电池，它由镁合金作为阳极材料，镁合金中以镁为主要成份，该合金中还包含有金属A，金属A为碱金属钠、钾，碱土金属钙、锶、钡，及稀土金属为镧，其加入量占总重量的3％，镁合金中还含有占总重量的3％的铝，及占总重量的1.5％的锌，同时还有适量的锰。
该镁干电池采用加有镁的含氧盐Mg(ClO4)2的中性电解质溶液，电解质中还添加有铬酸盐(NH4)2CrO4作为的缓蚀剂。
本实施例未述部分与现有技术相同。
Claims (10)
1、镁干电池，它由镁合金作为阳极材料，镁合金中以镁为主要成份，其特征在于，该合金中还包含有金属A，金属A或为碱金属，或为碱土金属，或为稀土金属，或为这些金属的任意组合。
2、根据权利要求1所述的镁干电池，其特征在于，金属A中的碱金属为钠、钾，碱土金属为钙、铍、锶、钡，稀土金属为镧、铈。
3、根据权利要求1所述的镁干电池，其特征在于，该金属A的加入量占总重量的0.1～3％。
4、根据权利要求1所述的镁干电池，其特征在于，镁合金中还含有占总重量的1～10％的铝，及占总重量的0.5～5％的锌。
5、根据权利要求4所述的镁干电池，其特征在于，镁合金中铝具体占总重量的2～6％，锌占总重量的1～2％。
6、根据权利要求1所述的镁干电池，其特征在于，该镁合金中还包含有锰。
7、根据权利要求1所述的镁干电池，其特征在于，该镁干电池采用中性电解质溶液。
8、根据权利要求7所述的镁干电池，其特征在于，中性电解质溶液中含有镁的卤盐，或镁的含氧盐。
9、根据权利要求1所述的镁干电池，其特征在于，该镁干电池的电解质中添加有缓蚀剂。
10、根据权利要求9所述的镁干电池，其特征在于，缓蚀剂或为一种铬酸盐，或为一种有机缓蚀剂。
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| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20100921 Address after: 350013 Fujian province Fuzhou City train station Shan New Village No. 68 Patentee after: Fujian Huamei New Technology Development Co., Ltd. Address before: 350013 Fujian province Fuzhou City train station built Shan village 28 seat Co-patentee before: Li Shuwei Patentee before: Li Hualun Co-patentee before: Yang Zhongke Co-patentee before: Huang Yuhong |
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