[发明专利]电池用铝合金阳极材料及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及电池用阳极材料，尤其涉及电池用铝合金阳极材料及其制造方法，属于合金材料技术领域。

背景技术

铝合金作为电池的阳极材料有其独特的优点：(1)电化当量高。铝的电化当量为2980A·h/kg，为除锂外质量比能量最高的金属；(2)电极电位较负，其标准电极电位为-2.35V，对阳极材料来说，电位越负越好，铝的电位负于锌，因而能够提供更大的功率；(3)铝的资源丰富，价格低廉；(4)适用范围广泛，对电池而言，可制成碱性、中性和有机电池。因此，铝是一种优良的电池阳极活性材料。

作为电池阳极材料的铝合金，必须具有两大方面的性能要求：(1)具有优良的电化学性能；(2)具有优良的耐腐蚀性能。但由于纯铝是一种比较活泼的两性金属材料，在碱性溶液中自腐蚀速率较大，并产生大量氢气，尤其在大电流密度工作条件下其稳定电位较低，使电池不能充分发挥高能电源的优势，阻碍了铝合金阳极材料的应用。提高铝合金阳极性能的途径主要有两种：其一是向高纯铝中添加微量元素，提高铝阳极的电化学活性，减少铝阳极在介质中的自腐蚀速度，提高电极的利用率；其二是向电解液中加入各类缓蚀剂，减少阳极极化，提高电极电位。

现有的试验已经证实，向铝中添加一种或多种合金元素时，即使量很少，也可以使纯铝的电化学性能发生较大的变化。按重量百分比计算，添加的合金元素只有铝的百分之几甚至是千分之几，便能显著地改善其电化学性能，使其电位负移到-1.0V以上。为使铝能够作为一种实用的电极材料，美国电技术研究公司认为，在碱性介质中要求铝合金阳极开路自腐蚀低于0.25mg/cm²·min，或自腐蚀电流密度低于10mA/cm²，能在100-600mA/cm²的电流密度范围内稳定工作。

现有的铝合金电池阳极材料通过添加少量合金元素的方法制成的含有镁、钙、锌、镓、铟、铊、锡、铅、汞等元素的二元、三元、四元或五元合金。迄今为止，研究出的铝合金阳极材料性能较好的有Al-Ca系、Al-Ga-Mg系、Al-In-Mg系和Al-Ga-Bi-Pb系合金。中国专利申请(公开号：C N101388475A)涉及电池用铝合金阳极材料，以纯度≥99.99％的铝为原料，添加元素镁(Mg)、锡(Sn)、镓(Ga)和铋(Bi)，所添加元素的质量百分比为：Mg：0.5～1.5％；Bi：0.01～0.2％；Sn：Q 01～0.4％；Ga：0.01～0.3％；杂质质量含量≤0.01％。该电池用铝合金阳极材料虽然可以有效地活化铝电极并增强其抗腐蚀性能。但是其在开路电位、工作电位、实际电容量、电流效率和表面溶解状况等性能方面仍存在不理想的因素。

发明内容

本发明的目的是针对现有的电池用铝合金阳极材料所存在的缺陷，提供一种七元电池用铝合金阳极材料，该铝合金阳极材料无论在大电流放电条件下还是小电流放电条件下均具有优良电化学性能。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种电池用铝合金阳极材料，该铝合金阳极材料的成分及其质量百分比为：

Mg：0.5～2.0％；Ga：0.005～0.5％；B i：0.005-1.0％；

Sn：0.005％～1.0％；In：0.005～0.2％；Ca：0.005～0.05％；

余量为Al。

本发明采用七种合金元素进行配伍，其中合金元素Mg有助于提高合金的抗腐蚀性能，合金元素Ga对铝合金阳极材料的影响，主要表现在改变纯铝晶粒在溶解过程中存在的各向异性，从而使铝合金阳极材料腐蚀均匀。合金元素Ga与其它合金元素在电极工作温度下，形成低共熔混合物，破坏铝表面钝化膜，对铝合金阳极材料产生活化作用，但是Ga含量超过0.5％，铝合金阳极材料的电位变负，将明显降低电流效率。合金元素Bi能与其它合金元素形成低共熔体混合物，破坏铝表面的钝化膜。但是Bi的含量超过1.0％，该合金元素易在晶界处析出积累，加速铝合金阳极材料的自腐蚀。合金元素Sn能降低铝表面钝化膜电阻，使铝表面钝化膜产生孔隙，合金元素Sn具有较高的氢过电位，能有效地抑制析氢腐蚀，并能与其它合金元素形成低共熔混合物，破坏铝表面钝化膜。合金元素In具有很强的活化作用，对铝表面钝化膜具有破坏作用；合金元素In还能有效地抑制铝合金阳极材料析氢腐蚀。

本发明所研制的电池用铝合金阳极材料，加入了高氢超电位合金化元素，改变了电极表面状态，高氢超电位元素作为氢离子放电时的阴极，增加了析氢反应的极化，从而抑制了氢气的析出，提高了铝合金阳极利用率。