專利名稱：鎂干電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電極基于鎂的合金的電池，特別涉及一種用鎂合金作為陽極材料的鎂干電池。
本發(fā)明的目的是經(jīng)如下方案來實(shí)現(xiàn)的。
鎂干電池，它由鎂合金作為陽極材料，鎂合金中以鎂為主要成份，其組成要點(diǎn)在于，該合金中還包含有一種金屬A，該金屬A或?yàn)閴A金屬，或?yàn)閴A土金屬，或?yàn)橄⊥两饘?，或?yàn)檫@些金屬的任意組合。
鎂電極表面有一層Mg(OH)2膜，使鎂電極鈍化，它對鎂電極起到了良好的保護(hù)作用，但是這層膜隨著時(shí)間的加長而越來越厚，因而等到需要使用電池而啟動(dòng)電門則需要很長一段的令膜溶解的時(shí)間，有的甚至需要幾十秒，嚴(yán)重影響電池的正常使用。
而如果這層保護(hù)膜不夠厚，電池又會(huì)產(chǎn)生如下的腐蝕反應(yīng)(電極反應(yīng)的副反應(yīng))
這種反應(yīng)消耗水，產(chǎn)生熱量，降低了鎂電極的利用率。
因而如果想同時(shí)實(shí)現(xiàn)減少鎂陽極自腐蝕且又令電壓滯后時(shí)間可控制這兩種互相矛盾的目的，則所形成的鈍化膜的厚度是關(guān)鍵，厚度太厚，保護(hù)過頭，會(huì)產(chǎn)生電壓滯后；厚度太薄，無法保護(hù)，會(huì)發(fā)生放電自腐蝕。
發(fā)明人經(jīng)過不斷試驗(yàn)得出，如果在鎂合金中加入堿金屬，堿土金屬，或稀土金屬中的一種金屬，或這些金屬的任意二種或多種的組合可以控制鈍化膜形成的厚度，使膜厚度處于即可有效保護(hù)又可防止自放電的臨界厚度范圍，從而有效地減輕現(xiàn)有技術(shù)中電壓的滯后現(xiàn)象，達(dá)到電壓滯后時(shí)間可控制的目的，同時(shí)又避免了鎂電極的無用消耗。
本發(fā)明進(jìn)一步講還在于堿金屬為鈉、鉀，堿土金屬為鈣、鈹、鍶、鋇，稀土金屬為鑭、鈰。
經(jīng)過不斷的篩選及研究，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)上述這幾種金屬可以使鎂電極在沒有使用時(shí)，形成一層保護(hù)膜，這層保護(hù)膜足以防止鎂電極的自腐蝕，而且這層保護(hù)膜的厚度可控制，并且在電池使用時(shí)，這層保護(hù)膜可以很快溶解，電壓滯后不致影響電池的正常使用。
金屬A的加入量占總重量的0.1～3％。
適量加入的金屬A可以保證陽極在放電過程中鎂合金陽極材料具有優(yōu)異的電化學(xué)性能。
本發(fā)明的目的還可以經(jīng)如下方式來實(shí)現(xiàn)。
鎂合金中還含有占總重量的1～10％的鋁，及占總重量的0.5～5％的鋅。
但最佳的選擇鎂合金中鋁具體占總重量的2～6％，鋅占總重量的1～2％。
這樣，鎂合金中除包含有鎂以外，還包含有堿金屬，堿土金屬或稀土金屬，并且還可以含有鋁和鋅。這樣的合金組合進(jìn)一步提高了電池的放電及儲(chǔ)存性能，因?yàn)樘砑愉X可以進(jìn)一步減輕鎂的腐蝕反應(yīng)，即可以避免鎂的自放電，并且鋁可以在鎂電極表面形成鈍化膜，起保護(hù)作用，同時(shí)它還具有良好的延展性能，可以同鎂相熔融而使組織細(xì)化，從而也可以降低腐蝕。而鋁又會(huì)使合金形成致密氧化膜而使滯后時(shí)間增加了，因而還應(yīng)加入鋅，鋅同樣具有很好的延展性，可以使組織進(jìn)一步細(xì)化，降低腐蝕，同時(shí)加入鋅又減少鋁的晶粒聚集，使鎂電極腐蝕比較均勻，因而減弱鋁的電壓滯后現(xiàn)象。
本發(fā)明進(jìn)一步講還可以通過如下方案實(shí)現(xiàn)。
該鎂合金中還包含有錳。
鎂金屬中一般都含有雜質(zhì)鐵，而鐵是鎂電極產(chǎn)生腐蝕反應(yīng)的主要雜質(zhì)，為了降低鎂電極的自腐蝕，在鎂合金中加入一定量的錳，它與鋁生成MnAl6，鐵溶于其中而被除去。本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員通過常規(guī)的查找可以正確地確定錳的加入量。
該鎂干電池采用中性電解質(zhì)溶液。
在中性溶液中，OH-離子濃度高，Mg2+離子在電極附近與OH-離子擴(kuò)散到負(fù)極表面與Mg2+離子才能生成Mg(OH)2。這樣生成的Mg(OH)2可能距離鎂電極表面較遠(yuǎn)，或者結(jié)構(gòu)比較疏松，即形成的膜沒那么致密，則在啟動(dòng)電門放電后，鈍化膜的溶解速度可以比較快，鎂電極鈍化現(xiàn)象因而明顯減弱。
中性電解質(zhì)溶液中含有鎂的鹵鹽，或鎂的含氧鹽。
這種鎂的鹵鹽，或鎂的含氧鹽可以是Mg(ClO4)2或MgBr2等等。
該鎂干電池的電解質(zhì)中添加有緩蝕劑。
緩蝕劑的添加可以進(jìn)一步減小鎂電極的腐蝕，這種緩蝕劑或?yàn)橐环N鉻酸鹽，或?yàn)橐环N有機(jī)緩蝕劑。
適量的Li2CrO4、Na2CrO4、(NH4)2CrO4均可以促成“暫時(shí)”鈍化膜的建立，使生成的鈍化膜薄而疏松，既能保證電池的貯存性能，又不能影響電池反應(yīng)。
綜上所述，本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)具有如下優(yōu)點(diǎn)鈍化膜的厚度可控制，電壓滯后時(shí)間可控制，鎂電極自腐蝕少，鎂利用率高，因而成本低，并且本發(fā)明的鎂合金未含有現(xiàn)有技術(shù)中常含有的汞和鎘，故而環(huán)保。
實(shí)施例1鎂干電池，它由鎂合金作為陽極材料，鎂合金中以鎂為主要成份，該合金中還包含有金屬A，金屬A為堿土金屬鋇，其加入量占總重量的0.1％，鎂合金中還含有占總重量的1％的鋁，及占總重量的0.5％的鋅，同時(shí)還有適量的錳。
該鎂干電池采用加有鎂的含氧鹽Mg(ClO4)2的中性電解質(zhì)溶液，電解質(zhì)中還添加有機(jī)緩蝕劑。
本實(shí)施例未述部分與現(xiàn)有技術(shù)相同。
實(shí)施例2鎂干電池，它由鎂合金作為陽極材料，鎂合金中以鎂為主要成份，該合金中還包含有金屬A，金屬A為堿土金屬鋇、鈣，其加入量占總重量的2％，鎂合金中還含有占總重量的10％的鋁，及占總重量的5％的鋅，同時(shí)還有適量的錳。
本實(shí)施例未述部分與實(shí)施例1相同。
實(shí)施例3鎂干電池，它由鎂合金作為陽極材料，鎂合金中以鎂為主要成份，該合金中還包含有金屬A，金屬A為堿金屬鈉、鉀及堿土金屬鈣、鈹，其加入量占總重量的0.9％，鎂合金中還含有占總重量的6％的鋁，及占總重量的2％的鋅，同時(shí)還有適量的錳。
該鎂干電池采用加有鎂的含氧鹽MgBr2的中性電解質(zhì)溶液，電解質(zhì)中還添加有鉻酸鹽(NH4)2CrO4作為的緩蝕劑。
本實(shí)施例未述部分與現(xiàn)有技術(shù)相同。
最佳實(shí)施例鎂干電池，它由鎂合金作為陽極材料，鎂合金中以鎂為主要成份，該合金中還包含有金屬A，金屬A為堿金屬鈉、鉀，堿土金屬鈣、鍶、鋇，及稀土金屬為鑭，其加入量占總重量的3％，鎂合金中還含有占總重量的3％的鋁，及占總重量的1.5％的鋅，同時(shí)還有適量的錳。
該鎂干電池采用加有鎂的含氧鹽Mg(ClO4)2的中性電解質(zhì)溶液，電解質(zhì)中還添加有鉻酸鹽(NH4)2CrO4作為的緩蝕劑。
本實(shí)施例未述部分與現(xiàn)有技術(shù)相同。
權(quán)利要求
1.鎂干電池，它由鎂合金作為陽極材料，鎂合金中以鎂為主要成份，其特征在于，該合金中還包含有金屬A，金屬A或?yàn)閴A金屬，或?yàn)閴A土金屬，或?yàn)橄⊥两饘?，或?yàn)檫@些金屬的任意組合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎂干電池，其特征在于，金屬A中的堿金屬為鈉、鉀，堿土金屬為鈣、鈹、鍶、鋇，稀土金屬為鑭、鈰。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎂干電池，其特征在于，該金屬A的加入量占總重量的0.1～3％。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎂干電池，其特征在于，鎂合金中還含有占總重量的1～10％的鋁，及占總重量的0.5～5％的鋅。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鎂干電池，其特征在于，鎂合金中鋁具體占總重量的2～6％，鋅占總重量的1～2％。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎂干電池，其特征在于，該鎂合金中還包含有錳。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎂干電池，其特征在于，該鎂干電池采用中性電解質(zhì)溶液。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的鎂干電池，其特征在于，中性電解質(zhì)溶液中含有鎂的鹵鹽，或鎂的含氧鹽。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎂干電池，其特征在于，該鎂干電池的電解質(zhì)中添加有緩蝕劑。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的鎂干電池，其特征在于，緩蝕劑或?yàn)橐环N鉻酸鹽，或?yàn)橐环N有機(jī)緩蝕劑。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電極基于鎂的合金的電池，特別涉及一種用鎂合金作為陽極材料的鎂干電池，它由鎂合金作為陽極材料，鎂合金中以鎂為主要成份，其組成要點(diǎn)在于，該合金中還包含有一種金屬A，該金屬A或?yàn)閴A金屬，或?yàn)閴A土金屬，或?yàn)橄⊥两饘伲驗(yàn)檫@些金屬的任意組合。該鎂干電池的鈍化膜的厚度可控制，電壓滯后時(shí)間可控制，鎂電極自腐蝕少，鎂利用率高，因而成本低，并且本發(fā)明的鎂合金未含有現(xiàn)有技術(shù)中常含有的汞和鎘，故而環(huán)保。
文檔編號H01M6/06GK1466237SQ0213809
公開日2004年1月7日 申請日期2002年8月6日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月6日
發(fā)明者李華倫, 李書偉, 楊仲可, 黃育宏 申請人:李華倫, 李書偉, 楊仲可, 黃育宏