本發(fā)明屬于電池陽極材料技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種海水電池用鋁合金陽極材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

鋁合金作為電池的陽極材料技術(shù)：鋁合金作為電池的陽極材料主要優(yōu)勢在于：(1)電化當(dāng)量高，為2980A～·h·kg^-1；(2)電極電位較負(fù)，其標(biāo)準(zhǔn)電極電位為-2.35V；(3)鋁資源豐富，價格低廉；(4)可廣泛應(yīng)用于堿性電池、中性電池和有機(jī)電池。作為電池材料，必須具有高的電壓和低的腐蝕析氫速度。由于鋁是一種活潑的兩性金屬，在堿性電解液中自腐蝕嚴(yán)重，副反應(yīng)產(chǎn)生大量的氫氣，并且自身極化嚴(yán)重，電流效率不高。改善鋁合金陽極材料性能的途徑主要有：(1)向鋁中加入微量合金元素，提高鋁合金電極電化學(xué)活性，減少自腐蝕速率，提高電流效率；(2)向電解液中加入錫酸納、氫氧化銦等緩蝕劑，減少陽極自腐蝕，抑制鋁合金陽極在堿性電解液中的副反應(yīng)。

目前，鋁合金陽極材料主要采用合金化方法制成，主要含有鎂、鎵、錫、銦、鉍、鉛、鉈等合金元素的三元、四元或五元鋁合金。中國專利申請涉及電池用鋁合金陽極材料，以純度≥99.996％的鋁為原料，添加合金元素鎂、鎵、錫和鉍，所添加元素的質(zhì)量百分比為：Mg：0.5～1.5％、Bi：0.01～0.2％、Sn：0.01～0.4％、Ga：0.01～0.3％；雜質(zhì)質(zhì)量含量≤0.01％。該電池用鋁合金陽極材料雖然可以有效地活化鋁電極并增強(qiáng)其抗腐蝕性能，但是其開路電位、工作電位、實際電容量、電流效率和表面溶解狀況等性能方面仍存在不理想的因素。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題而提供一種海水電池用鋁合金陽極材料及其制備方法。

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有的電池用鋁合金陽極材料存在的缺陷，提供一種八元電池用鋁合金陽極材料，該鋁合金陽極材料無論在大電流密度放電條件下還是小電流密度放電條件下均具有優(yōu)良的電化學(xué)性能。

本發(fā)明電池用鋁合金陽極材料，該鋁合金陽極材料的成分及其質(zhì)量百分比為Mg：0.4～1.2％、Ga：0.01～0.2％、Sn：0.01～0.3％、Bi：0.01～0.1％、In：0.01～0.1％、Pb：0.01～0.1％、Ce：0.01～0.5％；

本發(fā)明采用八種合金元素進(jìn)行微合金化。

合金元素Mg可以使得鋁合金中陰極相的面積和數(shù)量減少，來改善鋁陽極的電化學(xué)等性能，在使電位負(fù)移的同時降低電極表面微觀腐蝕原電池的驅(qū)動力。

合金元素Ga元素的熔點低，在電極工作溫度(60-100℃)下，具有良好的流動性，在電極溶解時，容易穿過金屬/氧化膜界面，形成活性點，隨著Ga的堆積，可以減薄這些活性點的氧化膜厚度，最終破壞氧化膜，促進(jìn)Al基體溶解。并且由于Ga在Al中有一定的固溶度，隨著Ga含量的增大鋁陽極的電位負(fù)移，當(dāng)Ga增加到一定的量之后同時會使鋁的自腐蝕速率增大。

合金元素In具有很強(qiáng)的活化能力，在溶解初期促使Al基體大量溶解。隨著鋁陽極的溶解，溶液里的In³⁺離子會被Al置換沉積在Al表面，從而繼續(xù)活化鋁合金陽極。此外，In的析氫過電位較高，能有效抑制Al陽極的的析氫腐蝕反應(yīng)，并能部分抑制Al陽極中Fe、Si等雜質(zhì)帶來的不利影響。

合金元素Sn能與鋁形成固溶體，當(dāng)氧化膜表面的A1³⁺被高價Sn⁴⁺取代，會產(chǎn)生一個附加空穴，使鋁表面鈍化膜產(chǎn)生孔隙，使得陽極表面的電阻降低。并且Sn的析氫過電位較高，同時還可以細(xì)化陽極合金的晶粒，減少晶間的偏析相數(shù)量，改善腐蝕狀況。并能與其它合金元素(如Ga、In等)形成低共熔混合物，破壞鋁表面的鈍化膜。

合金元素Bi和Pb能使鋁陽極的電極電位負(fù)移是因為它們的電極電位比A1正，在電解液中與Al耦合形成腐蝕微電池，從而破壞鈍化膜的致密性，使鋁基體溶解。但添加過高Bi、Pb時，它們?nèi)菀自诰Ы缣幮纬删奂牡诙?，?dǎo)致晶間腐蝕嚴(yán)重，從而增加鋁陽極的自腐蝕傾向。

合金元素Ce使鋁合金的晶粒細(xì)化，作用在稀土Ce加入量不大于0.5％時較明顯；稀土Ce能抑制析氫腐蝕，提高陽極利用率。熱處理可改善含稀土鋁合金陽極的表面溶解的均勻性，且不會降低陽極效率，有利于該類陽極的實際應(yīng)用。

本發(fā)明研制的電池用鋁合金陽極材料，加入了高氫過電位元素，高氫過電位元素作為氫離子放電時的陰極，增加了析氫反應(yīng)的極化，從而抑制了氫氣的析出，提高了鋁合金陽極的利用率。本發(fā)明所研制的鋁合金陽極材料，八種元素配比合理，其中低熔點合金化元素呈固溶態(tài)彌散分布于鋁晶粒內(nèi)，使得鋁陽極在放電時，表面生成不連續(xù)的鈍化膜；八種合金元素配比合理，使得放電過程中，合金元素在鋁陽極表面溶解-沉積-再溶解-再沉積，使得反應(yīng)產(chǎn)物易脫落，新鮮的鋁表面不斷暴露，使得反應(yīng)可持續(xù)進(jìn)行。

在電池用鋁合金陽極材料中，作為優(yōu)選，該鋁合金陽極材料的成分及其質(zhì)量百分比為：Mg：0.5～1.0％、Ga：0.02～0.1％、Sn：0.03～0.2％、Bi：0.02～0.06％、In：0.02～0.05％、Pb：0.02～0.04％、Ce：0.02～0.1％；余量為高純鋁。

本發(fā)明的目的之一是提供一種具有本發(fā)明的目的是提供一種具有組分簡單，電化學(xué)性能優(yōu)良，使用壽命長，適用范圍廣等特點的海水電池用鋁合金陽極材料。

本發(fā)明海水電池用鋁合金陽極材料所采取的技術(shù)方案是：

一種海水電池用鋁合金陽極材料，其特點是：海水電池用鋁合金陽極材料為鋁合金，鋁合金中各組分質(zhì)量百分比為：Mg0.4～1.2％、Ga0.01～0.2％、Sn0.01～0.3％、Bi0.01～0.1％、In0.01～0.1％、Pb0.01～0.1％和Ce0.01～0.5％。

本發(fā)明海水電池用鋁合金陽極材料還可以采用如下技術(shù)方案：

所述的海水電池用鋁合金陽極材料，其特點是：鋁合金中各組分質(zhì)量百分比為：Mg0.5～1.0％、Ga0.02～0.1％、Sn0.03～0.2％、Bi0.02～0.06％、In0.02～0.05％、Pb0.02～0.04％和Ce0.02～0.1％。

本發(fā)明的目的之二是提供一種具有工藝簡單，操作方便，控制準(zhǔn)確，生產(chǎn)效率高，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定等特點的海水電池用鋁合金陽極材料的制備方法。

本發(fā)明海水電池用鋁合金陽極材料的制備方法所采取的技術(shù)方案是：

一種海水電池用鋁合金陽極材料的制備方法，其特點是：海水電池用鋁合金陽極材料的制備過程包括為：純鋁塊先進(jìn)行保溫，然后在750－900℃條件下進(jìn)行熔煉，再加入純鋁箔包覆的占鋁質(zhì)量百分比為0.4～1.2％Mg、0.01～0.2％Ga、0.01～0.3％Sn、0.01～0.1％Bi、0.01～0.1％In、0.01～0.1％Pb和0.01～0.5％Ce合金元素，保溫，澆注于鋼模中,均勻化后銑面，然后350℃～450℃軋制成板材,保溫退火后,冷軋制，成品退火，制得鋁合金陽極材料。

本發(fā)明海水電池用鋁合金陽極材料的制備方法還可以采用如下技術(shù)方案：

所述的海水電池用鋁合金陽極材料的制備方法，其特點是：純鋁塊放入保溫爐中350℃～450℃保溫，然后750℃～900℃條件下熔煉10min～30min，加入純鋁箔包覆的合金元素時加入覆蓋劑和除氣劑，保溫5min～20min,在450℃～600℃條件下20h～30h均勻化后銑面，然后軋制成1mm～2mm厚的板材,350℃～450℃保溫40min～80min退火后,冷軋制0.3mm～0.7mm，在450℃～600℃溫度下1h～3h成品退火。

本發(fā)明具有的優(yōu)點和積極效果是：

海水電池用鋁合金陽極材料及其制備方法由于采用了本發(fā)明全新的技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明組分簡單，加工方便，控制準(zhǔn)確，生產(chǎn)效率高，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，電化學(xué)性能和大功率輸出穩(wěn)定性優(yōu)良等優(yōu)點。

附圖說明

圖1是八元鋁合金和商用鋁合金陽極組裝Al-AgO電池的放電曲線；

圖2是八元鋁合金陽極板材放電后的表面形貌；

圖3是商用鋁合金陽極板材放電后的表面形貌。

具體實施方式

為能進(jìn)一步了解本發(fā)明的發(fā)明內(nèi)容、特點及功效，茲例舉以下實施例，并詳細(xì)說明如下：

實施例1

一種海水電池用鋁合金陽極材料，以純度為99.996％的鋁為原料，鋁合金陽極各成分質(zhì)量百分比為:Mg：1.2％、Ga：0.2％、Sn：0.3％、Bi：0.1％、In：0.1％、Pb：0.1％、Ce：0.5％。制備過程：將純鋁塊放入保溫爐中400℃保溫，然后再放入800℃的熔煉爐熔煉15min左右，加入高純鋁箔包覆的上述合金元素并加入覆蓋劑，除氣劑。保溫10min,然后澆注于300mm×200mm×30mm的鋼模中,500℃-24h均勻化后銑面，然后400℃軋制成1.5mm厚的板材,400℃保溫60min退火后,冷軋制0.45mm，500℃-2h成品退火。

實施例2

一種海水電池用鋁合金陽極材料，以純度為99.996％的鋁為原料，選取鋁合金陽極各成分質(zhì)量百分比為:Mg：0.6％、Ga：0.1％、Sn：0.15％、Bi：0.05％、In：0.05％、Pb：0.05％、Ce：0.25％。制備過程：將純鋁塊放入保溫爐中400℃保溫，然后再放入800℃的熔煉爐熔煉15min左右，加入高純鋁箔包覆的上述合金元素并加入覆蓋劑，除氣劑。保溫10min,然后澆注于300mm×200mm×30mm的鋼模中,500℃-24h均勻化后銑面，然后400℃軋制成1.5mm厚的板材,400℃保溫60min退火后,冷軋制0.45mm，500℃-2h成品退火。

實施例3

一種海水電池用鋁合金陽極材料，以純度為99.996％的鋁為原料，選取鋁合金陽極各成分質(zhì)量百分比為:Mg：0.3％、Ga：0.05％、Sn：0.03％、Bi：0.02％、In：0.02％、Pb：0.01％、Ce：0.1％。制備過程：將純鋁塊放入保溫爐中400℃保溫，然后再放入800℃的熔煉爐熔煉15min左右，加入高純鋁箔包覆的上述合金元素并加入覆蓋劑，除氣劑。保溫10min,然后澆注于300mm×200mm×30mm的鋼模中,500℃-24h均勻化后銑面，然后400℃軋制成1.5mm厚的板材,400℃保溫60min退火后,冷軋制0.45mm，500℃-2h成品退火。

對制備的鋁合金陽極電化學(xué)性能檢測方法為:

電池組裝環(huán)境：在大氣環(huán)境下組裝成鋁氧化銀單體電池。

電流密度：600mA/cm²；

電液溫度：80℃；

電液組成：4.5MNaOH+20g/LNa₂SnO₃；

流量：151mL/min；

參見圖1，通過以上實施例可看出，本發(fā)明Al-Mg-Ga-Sn-In-Bi-Pb-Ce八元鋁合金陽極材料具備高的電化學(xué)性能和大功率輸出穩(wěn)定性，以及均勻的表面溶解等優(yōu)點，見表1。

表1Al-Mg-Ga-Sn-In-Bi-Pb-Ce八元鋁合金陽極和商用鋁合金電化學(xué)性能