一种用于镁电池负极材料的镁合金及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种用于镁电池负极材料的镁合金及制备方法，其包括如下步骤：S1，按镁合金的组分含量称取原料，所述镁合金按重量百分比计包括：0.1~1.6%的Gd，含量在0.05%以下的杂质元素，余量为Mg；熔炼铸造，得到铸态镁合金锭；S2，对铸态镁合金锭进行固溶处理，水冷，得到固溶态镁合金锭；S3，对固溶态镁合金锭进行塑性变形、退火、切割、清洗、干燥，得到Mg

【技术实现步骤摘要】
一种用于镁电池负极材料的镁合金及制备方法


[0001]本专利技术涉及电化学电源领域，具体涉及用于镁电池负极材料的镁合金及制备方法。

技术介绍

[0002]锂离子电池由于存在成本较高和安全性较差的缺点，已经逐渐无法满足日益增长的社会需求。可充镁电池作为一种极具潜力的新型电池，因其理论体积比容量大(3833mAh/cm3)、资源丰富（地壳中含量大约为锂的104倍）、较低的还原电位（还原电位为
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2.37V）以及不易生长枝晶等优点受到广泛关注。
[0003]理想的负极材料需要具有非常高的比容量和低的反应电压，镁金属就是一种比较理想的负极材料。镁最初用于二次电池负极时被认为是无枝晶的，但这个结论高度依赖于电解质和电流密度。最近的研究表明在快充或某些低温条件下镁金属表面会长出枝晶，其硬度甚至高过锂枝晶。另外，在传统电解液中镁金属表面会形成致密的钝化膜阻碍Mg
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的迁移，造成电压滞后等问题。由于钝化膜的存在，块状的镁金属并不适用与一些极性电解液中。因此，除了改善镁电解质外，还需致力于改善镁负极与电解质的相容性。
[0004]目前，国内外研究学者对于镁离子电池的研究主要集中在正极材料和电解液方面，一般采用纯镁作为负极材料，有关其他负极材料的研究报道特别是针对可充镁电池二元合金较少，且当前研究的各类可充镁电池替代负极因其制备工艺复杂、成本较高，限制了大规模生产应用。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种用于镁电池负极材料的镁合金及制备方法，其相较于金属纯镁，表现出优异的长期循环稳定性及低过电位，同时具有环境友好、成本低廉、制备工艺简单的优点，具有很好的应用前景本专利技术所述的用于镁电池负极材料的镁合金的制备方法，其包括如下步骤：S1，按镁合金的组分含量称取原料，所述镁合金按重量百分比计包括：0.1~1.6%的Gd，含量在0.05%以下的杂质元素，余量为Mg；熔炼铸造，得到铸态镁合金锭；S2，对铸态镁合金锭进行固溶处理，水冷，得到固溶态镁合金锭；S3，对固溶态镁合金锭进行塑性变形、退火、切割、清洗、干燥，得到Mg
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Gd合金片，以所述Mg
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Gd合金片作为镁电池负极材料。
[0006]进一步，所述S2中固溶处理温度为450~500℃，固溶处理时间为16~60h。
[0007]进一步，所述S3中的塑性变形包括热挤压和热轧中的至少一种，所述热挤压具体为：在温度为350~450℃的条件下进行正挤压变形，得到镁合金板；所述热轧具体为：在温度为350~450℃的条件下进行热轧，得到镁合金板。
[0008]进一步，所述S3中塑性变形后进行温轧和常温冷轧中的至少一种，温轧具体为：将塑性变形得到的镁合金板在温度为200~350℃的条件下进行温轧。
[0009]进一步，所述S3中的退火具体为：退火温度为200~350℃，退火保温时间为5~30min。
[0010]一种采用本专利技术所述的用于镁电池负极材料的镁合金的制备方法制得的用于镁电池负极材料的镁合金。
[0011]本专利技术与现有技术相比具有如下有益效果。
[0012]1、本专利技术将镁和钆按一定质量比合金化制备得到用于镁电池负极材料的二元镁合金，其相较于金属纯镁，表现出更优异的长期循环稳定性及低过电位，对实现可充镁电池的大规模生产应用具有重要的现实意义。
[0013]2、本专利技术所述制备方法工艺简单、成本低、可规模化工业生产；制备得到的镁
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钆二元合金在长期充放电测试中，相比金属纯镁具有更低的过电位，更优异的长期循环稳定性，适合于制造可充镁电池负极。
附图说明
[0014]图1是电流密度为0.2mA/cm2的条件下纯镁和Mg
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0.86Gd对称电池的充放电曲线；图2是电流密度为0.2mA/cm2的条件下纯镁和Mg
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0.86Gd对称电池50h内的短时充放电曲线；图3是电流密度为5mA/cm2的条件下纯镁和Mg
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0.86Gd对称电池的充放电曲线。
[0015]图4是电流密度为0.2mA/cm2的条件下纯镁和Mg
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1.22Gd对称电池的充放电曲线；图5是电流密度为0.2mA/cm2的条件下纯镁和Mg
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1.22Gd对称电池50h内的短时充放电曲线；图6是电流密度为5mA/cm2的条件下纯镁和Mg
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1.22Gd对称电池的充放电曲线。
[0016]图7是电流密度为0.2mA/cm2的条件下纯镁和Mg
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0.27Gd对称电池的充放电曲线；图8是电流密度为0.2mA/cm2的条件下纯镁和Mg
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0.27Gd对称电池50h内的短时充放电曲线；图9是电流密度为5mA/cm2的条件下纯镁和Mg
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0.27Gd对称电池的充放电曲线。
[0017]具体实施方式
[0018]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0019]实施例一，一种用于镁电池负极材料的镁合金的制备方法，其包括如下步骤：S1，按镁合金的组分含量称取原料，所述镁合金按重量百分比计包括：0.86%的Gd，含量低于0.05%的杂质元素，余量为Mg；熔炼铸造，线切割，得到直径为80mm、高度为80mm的铸态镁合金锭。
[0020]S2，将铸态镁合金锭进行固溶处理，固溶处理温度为500℃，固溶处理时间为24h，水冷，得到固溶态镁合金锭。
[0021]S3，将固溶态镁合金锭进行表面处理，打磨掉表面氧化膜。然后通过重庆大学镁合
金工程中心下的XJ
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500卧式挤压机对固溶态镁合金锭进行热挤压，具体为：在温度为450℃的条件下进行正挤压变形，挤压比为89.7：1，得到厚度为1mm的镁合金板。
[0022]热轧，将厚度为1mm的镁合金板切割为长度为100mm的片状，在温度为350℃的条件下保温30min，随后进行第一道次热轧，得到厚度约0.8mm的镁合金片。在温度为350℃的条件下保温10min，随后进行第二道次热轧，得到厚度约0.7mm的镁合金片。
[0023]退火，将厚度约0.7mm的镁合金片进行退火处理，退火温度为400℃，退火保温时间为10min切割，将退火后的厚度约0.7mm的镁合金片用切片机进行切割，得到直径为14mm的镁合金负极薄片，依次采用240目、400目、800目、1200目的砂纸对镁合金负极薄片进行打磨，以去除材料的氧化层，打磨后的镁合金负极薄片厚度为0.3～0.5mm。
[0024]清洗，先采用酒精清洗，然后超声波洗涤10min。
[0025]干本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于镁电池负极材料的镁合金的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1，按镁合金的组分含量称取原料，所述镁合金按重量百分比计包括：0.1~1.6%的Gd，含量在0.05%以下的杂质元素，余量为Mg；熔炼铸造，得到铸态镁合金锭；S2，对铸态镁合金锭进行固溶处理，水冷，得到固溶态镁合金锭；S3，对固溶态镁合金锭进行塑性变形、退火、切割、清洗、干燥，得到Mg
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Gd合金片，以所述Mg
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Gd合金片作为镁电池负极材料。2.根据权利要求1所述的用于镁电池负极材料的镁合金的制备方法，其特征在于：所述S2中固溶处理温度为450~500℃，固溶处理时间为16~60h。3.根据权利要求1所述的用于镁电池负极材料的镁合金的制备方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄光胜，陈奕帆，刘晗，杨斐翔，谭双双，王中霆，
申请(专利权)人：重庆镁储新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：