[发明专利]一种铝合金阳极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种铝合金阳极材料，具体地讲涉及一种含金属元素钒的铝合金电极材料。

本发明还涉及该铝合金阳极材料的制备方法。

背景技术

金属铝的电化当量高，为2.98Ah/g，电极电位也较负，在碱性介质中可达-1.4V(vs.Hg/HgO)，并具有资源丰富、价格低廉、比能量高、加工性能好的特点，其体积比容量为8.05Ah/cm³，高于其它所有金属材料，因此，金属铝是一种理想的阳极材料。

由于纯铝在碱性电解液中的腐蚀速度太快，易产生大量的氢气，导致阳极的法拉第效率极低；同时铝表面所覆盖的氧化膜，致使铝阳极过电位升高，使得纯铝在碱性介质中实际工作电压较低，降低了阳极的电压效率，为减弱或消除上述缺点，主要解决途径为在纯铝基体中加入合适的合金化元素来减低其极化和自腐蚀速度，提高其阳极利用率。

截止目前，在已知的国内外文献中，用于提高和优化铝合金阳极性能的合金元素主要包括如铟、镓、锰、锌、镁、锡、铋、硼、铅、汞、铊、镉等，如1966年Reding等研究了合金元素对Al阳极的影响，发现加入Hg、Ga、In、Tl等元素的铝合金，其电位可大幅度负移，阳极极化降低；加入Zn、Sn、Pb、Bi等高析氢过电位的元素，对铝合金阳极析氢有抑制作用，可提高其电流效率及铝合金电极的利用率。1985年Maimoni配制了代号为BDW(Al-1Mg-0.1In-0.2Mn)的合金。1987年W.C.Moshier等人发现铝合金固溶体中Mo的存在能抑制Al的点腐蚀，且合金中随Mo浓度增加使点腐蚀临界电位正移，合金中的Mo不是抑制腐蚀点的长大，而是控制电极钝化膜中腐蚀点的形成。

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Eltech Systems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。

然而上述研究中所涉及的材料一方面大电流密度(≥600mA/cm²)工作电压不高，另一方面，铝合金阳极在现实使用环境中，实际利用率不高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种工作电位负、阳极利用率高，且大功率输出稳定、表面腐蚀均匀的电池用铝合金阳极材料。同时，本发明还提供了该铝合金阳极材料的两种不同的制备方法。

本发明的技术方案如下：

一种铝合金阳极材料，包含铝、镁、锡和铟，还包括钒；上述元素组分依质量百分含量计，Mg为0.5-5％，V为0.01-0.2％，Sn为0.01-0.4％，In为0.01-0.3％，余量为金属铝。

所述铝合金阳极材料中，优选地，杂质质量百分含量≤0.015％。

所述元素组分依质量百分含量计，Mg优选为0.5-2.0％，V优选为0.01-0.1％，Sn优选为0.1-0.2％，In优选为0.01-0.1％。

一种所述铝合金阳极材料的制备方法，将铝镁中间合金、铝钒中间合金和块状铟、锡放入熔炉或坩埚中熔炼，加热到700-850℃保温5-20min，然后在预热的铸铁或铜模具中浇注成型，冷却0.5h后取出，制成所述铝合金阳极材料。

所述熔炼的保温过程中熔炉或坩埚保持旋转；或者，也可以在熔炉或坩埚中保持搅拌。

所述预热的铸铁或铜模具是铸铁或铜模具优选在150℃下预热0.5h。

另一种所述铝合金阳极材料的制备方法，将铝镁中间合金、铝钒中间合金放入熔炉或坩埚中，在氢气保护下加热，待所述两种中间合金熔化后，将块状铟、锡由铝箔包裹压入到熔炉或坩埚中，继续加热到700-850℃保温5-20min，在预热的铸铁或铜模具中浇注成型，冷却0.5h后取出，即制成所述铝合金阳极材料。

所述预热的铸铁或铜模具是铸铁或铜模具优选在150℃下预热0.5h。