[发明专利]一种高阳极利用率电池材料及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于金属材料领域，具体涉及一种高阳极利用率电池材料及制备方法。

背景技术

CN200810143524.0开了一种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：0.01~0.4%；Ga：0.01~0.3%；杂质质量含量≤0.01%。但是阳极利用率偏低。

发明内容

本发明的目的就是针对上述技术缺陷，提供一种高阳极利用率电池材料，该合金材料的工作电位负，阳极利用率高。

本发明的另一目的是提供一种高阳极利用率电池材料及制备方法，该制备方法工艺简单，生产成本低，适于工业化生产。

本发明技术方案如下：

一种高阳极利用率电池材料，其特征在于，各成分的重量百分含量为：Si 0.1-0.4%，Pr 0.01-0.03%，Ba 0.01-0.04%，Fe 0.02-0.04%，Li 0.01-0.03%，Os 0.01-0.03%，Cu 0.5-0.9%，Al 4-8%，其余为Mg。

一种高阳极利用率电池材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）首先按照上述成分进行配料，原料Si、Pr、Ba、Fe、Li、Os、Cu、Al、Mg以纯物质形式加入，纯度均大于99.9%；

2）采用坩埚电阻炉熔炼合金原料，先将坩埚加热至400～500℃，然后在坩埚壁及底部均匀地撒上占合金原料重量2-4%的镁熔剂；然后将合金原料放入坩埚中，再在合金原料上撒上占合金原料重量1-2%的镁熔剂，然后加热坩埚，待坩埚中合金原料全部熔化后，拨去液面上的炉渣，撒入占合金原料重量3-5%的镁熔剂，再将坩埚升温至720-740℃，保温4-8min后将熔融液态合金浇入铸型中；

3）浇注前铸型先放入充满液氮的容器，停留20-30分钟后取出，取出后在3-8分钟内将步骤2）熔融液态合金浇入铸型的型腔，得到合金棒；浇注完成10-20分钟后，将合金棒从铸型中取出放入箱式电阻炉中加热，加热至130-140℃，保温20-30分钟，随炉冷却至室温，即得到高阳极利用率电池材料。 

步骤2）中镁熔剂中各成份的重量百分比为：KCl 20-26%，MgCl₂ 53-58%，NaCl 2-4%，CaCl₂ 3-4%，MgO 0.5-1%，AgCl 0.5-1%，LiCl 0.8-1.3%，其余为CaF₂。

步骤3）中铸型通过以下方法制作：各成份按重量百分比高岭石 6-8%，水6-8%，硫磺1-3%，刚玉砂1-2%，其余为石英砂进行配料；通过人工撞实方法将铸型做好后，置于120-130℃炉中硬化20-30分钟取出，冷却至室温。

所述高岭石的化学式为Al₄[Si₄O₁₀]·(OH)₈，刚玉砂成分的重量百分含量为 SiO₂ 2-4%，其余为Al₂O₃；石英砂成分的重量百分含量为Al₂O₃ 1-3%，Fe₂O₃ 0.2-0.5%，其余为SiO₂；高岭石为粉状，粉粒尺寸为3-5微米；刚玉砂和石英砂为粒状，尺寸为200-250微米。

步骤3）中合金棒的直径为10-20mm；合金棒的长度为50-200mm。

本发明的有益效果：

本发明Mg和 Fe元素可以形成共晶组织。加入合金元素Pr后，材料组织细化，开路电位负移。在纯镁中加入合金元素 Ba 和Li，电位明显负移，而且比较稳定，电位负移值与 Mg元素含量相关。加入合金元素Al和Cu后， 极化曲线变化平缓，表明合金元素与铝镁基合金具有良好的电化学相容性。Os和Si元素作用可降低合金的氧化性。

与现有技术相比，本发明的优点在于：材料工作电位负、阳极利用率高。该合金制备工艺简便，过程简单，生产的合金具有良好的性能，非常便于工业化生产。试样经激冷铸造并有低温均匀化处理后，阳极材料组织更加均匀，具有较负的电位和较好的阳极极化性能，表明均匀化处理后，阳极材料电化学性能能够得到提高。