本發(fā)明涉及化學(xué)電源電極材料領(lǐng)域，具體涉及鎂空氣電池陽(yáng)極材料mg-ca-ce合金、制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、金屬空氣電池具有高效、清潔等優(yōu)點(diǎn)。鎂空氣電池以空氣電極為正極，金屬鎂或鎂合金作為負(fù)極，中性水溶液作為電解液，通過(guò)氣體擴(kuò)散電極到達(dá)氣-固-液三相界面與金屬鎂發(fā)生反應(yīng)而放出電能，其產(chǎn)物無(wú)毒并可回收利用，是理想的電池體系。該電池體系具有材料來(lái)源豐富，能量密度大，可靠性高，安全且無(wú)污染、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)，具有很廣闊的應(yīng)用前景。

2、申請(qǐng)?zhí)朿n201711479635.4公開(kāi)了一種超低自放電鎳氫電池，包括正極片和負(fù)極片，正極基片的各個(gè)表面固定有覆鈷球鎳層；負(fù)極基片的負(fù)極涂覆層中合金粉的通式為laxpryndzx(3-x-y-z)niaa(9-a)，x為mg、ca、ce、sm中的至少一種元素，a為al、mn、fe、co、cu、zn、zr中的至少一種元素。申請(qǐng)?zhí)朿n201810782361.4公開(kāi)了正極活性物質(zhì)、其制備方法及正極極片與鋰離子二次電池。正極活性物質(zhì)包括活性物質(zhì)本體顆粒和含n元素氧化物包覆層；m元素和n元素各自獨(dú)立地為mg、ca、ce、ti、zr、al、zn及b中的一種或多種。

3、然而，上述方案在放電過(guò)程中，鎂陽(yáng)極表面易生成致密的mg(oh)2氧化膜，這層氧化膜充當(dāng)了物理屏障，阻礙了電解液與陽(yáng)極的直接接觸和進(jìn)一步反應(yīng)。由于這種屏障效應(yīng)，陽(yáng)極表面的電阻增大，使得電子的傳遞效率下降，導(dǎo)致陽(yáng)極的放電電壓下降并抑制陽(yáng)極的放電活性，限制了鎂空氣電池放電性能的提升。所以制備一種新的高的放電電壓的鎂合金陽(yáng)極材料對(duì)鎂空氣電池的發(fā)展和推廣具有重要意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有鎂空氣電池放電性能不夠高問(wèn)題，本發(fā)明的首要目的在于提供一種鎂空氣電池mg-ca-ce陽(yáng)極材料的制備方法。

2、本發(fā)明的另一目的在于提供一種上述制備方法制備得到的鎂空氣電池mg-ca-ce材料。

3、本發(fā)明的又一目的在于提供一種上述鎂空氣電池mg-ca-ce陽(yáng)極材料的應(yīng)用。

4、為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

5、一種鎂空氣電池mg-ca-ce陽(yáng)極材料，該陽(yáng)極材料是由以下按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)計(jì)的原料制備而成：ca：0.9～1.1％，ce：0.3～3.0％，余量為mg。

6、作為優(yōu)選，ce的重量分?jǐn)?shù)為0.5～1.5％。

7、上述的一種鎂空氣電池mg-ca-ce陽(yáng)極材料的制備方法，包括以下操作步驟：

8、(1)熔煉：在保護(hù)氛圍下，依次將純mg、純ca顆粒和純ce熔化，得到合金熔體；將液態(tài)合金用物理攪拌方式攪拌均勻；將液體合金澆鑄成型，去除合金熔體表面的氧化鎂。

9、(2)冷卻：常溫水冷處理得到合金鑄錠，即鎂空氣電池mg-ca-ce陽(yáng)極材料。

10、步驟(1)中，保護(hù)氛圍使用的保護(hù)氣體包括氬氣、氦氣和氮?dú)庵兄辽僖环N。

11、步驟(1)中，去除合金熔體表面的氧化鎂方式具體為：在保護(hù)氣體氛圍下，向合金熔體中添加精煉劑，其添加量為合金熔體重量的0.2～2％。

12、精煉劑為mgcl2、kcl、nacl、bacl2和caf2的混合溶劑，且混合溶劑中的質(zhì)量比為mgcl2：kcl：nacl：bacl：caf2等于47：38：5：7：3。

13、步驟(1)中所述的mg-ca-ce鎂合金鑄錠的尺寸為ф25mm×80mm。

14、上述的鎂空氣電池mg-ca-ce陽(yáng)極材料在制備鎂空氣電池中的應(yīng)用。

15、總體而言，通過(guò)本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠取得下列有益效果：

16、(1)ce作為一種合金化元素，具有比鎂更負(fù)的標(biāo)準(zhǔn)電極電位，加入后形成新的mgcace第二相，提高了鎂合金的活性。隨著ce元素含量的增加，樹(shù)枝狀的mgcace相越來(lái)越多，合金的電化學(xué)活性得到提升。然而關(guān)于mg-ca-ce的三元合金報(bào)道較少，以mg-ca合金為研究對(duì)象，采用標(biāo)準(zhǔn)電極電位更負(fù)的ce元素加入進(jìn)行合金化以解決鎂陽(yáng)極材料的放電活性問(wèn)題少有文獻(xiàn)報(bào)道。

17、(2)本發(fā)明利用熔煉鑄造法制備mg-ca-ce陽(yáng)極鑄錠，以mg-ca為基體，采用更負(fù)的標(biāo)準(zhǔn)電極電位ce元素的加入，實(shí)現(xiàn)mg-ca合金的合金化。結(jié)果表明，ce元素的加入能提高鎂陽(yáng)極材料的活性和放電電壓使得mg-ca-ce合金具有更優(yōu)異的陽(yáng)極性能。且制備工藝簡(jiǎn)單，具有好的實(shí)用性。

技術(shù)特征：

1.鎂空氣電池陽(yáng)極材料mg-ca-ce合金，其特征在于：照重量分?jǐn)?shù)計(jì)，含有0.9～1.1％ca，0.3～3.0％ce，余量是mg；且mg-ca-ce合金具有樹(shù)枝狀分散的第二相。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎂空氣電池陽(yáng)極材料mg-ca-ce合金，其特征在于：ce的重量分?jǐn)?shù)為0.5～1.5％。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鎂空氣電池陽(yáng)極材料mg-ca-ce合金，其特征在于：mg的純度大于等于99.9％，ca的純度大于等于99.9％，ce的純度大于等于99.9％。

4.根據(jù)權(quán)利要求1～3任意一項(xiàng)所述的鎂空氣電池陽(yáng)極材料mg-ca-ce合金的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鎂空氣電池陽(yáng)極材料mg-ca-ce合金的制備方法，其特征在于：在(1)中，保護(hù)氛圍使用的保護(hù)氣體包括氬氣、氦氣和氮?dú)庵兄辽僖环N。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鎂空氣電池陽(yáng)極材料mg-ca-ce合金的制備方法，其特征在于：在(1)中，去除合金熔體表面的氧化鎂的方式具體為：在保護(hù)氣體氛圍下，向合金熔體中添加精煉劑，其添加量為合金熔體重量的0.2～2％。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的鎂空氣電池陽(yáng)極材料mg-ca-ce合金的制備方法，其特征在于：精煉劑為mgcl2、kcl、nacl、bacl2和caf2的混合溶劑，且混合溶劑中的質(zhì)量比為mgcl2：kcl：nacl：bacl：caf2等于47：38：5：7：3。

8.一種鎂空氣電池，其特征在于：包括權(quán)利要求4～7任意一項(xiàng)所述的制備方法制備得到的mg-ca-ce合金作為陽(yáng)極材料。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于化學(xué)電源電極材料領(lǐng)域，具體涉及鎂空氣電池陽(yáng)極材料Mg?Ca?Ce合金、制備方法和應(yīng)用。本發(fā)明鎂空氣電池陽(yáng)極材料Mg?Ca?Ce合金，照重量分?jǐn)?shù)計(jì)，含有0.9～1.1％Ca，0.3～3.0％Ce，余量是Mg。本發(fā)明Mg?Ca?Ce合金具有樹(shù)枝狀的MgCaCe第二相，在中性電解液里具有良好的電化學(xué)活性，有效改善負(fù)極放電動(dòng)力學(xué)不足的缺點(diǎn)。以開(kāi)發(fā)具有高性能的鎂空氣電池陽(yáng)極材料，解決現(xiàn)有鎂空氣電池放電性能不夠高的問(wèn)題。

技術(shù)研發(fā)人員：廖伯凱,高亮明,曹娟,邱嘉儀,何杰豪,李慧珍,郭興蓬
受保護(hù)的技術(shù)使用者：廣州大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15