[发明专利]一种空气电池用铝合金阳极材料、制备方法及铝空气电池

说明书

技术领域

本发明属于铝空气电池技术领域，具体涉及一种空气电池用铝合金阳极材料，同时还涉及一种空气电池用铝合金阳极材料的制备方法及使用该阳极材料的铝空气电池。

背景技术

金属空气电池是新一代绿色蓄电池，它制造成本低、比能量高、原材料可回收利用，性能优越。目前研究较多的金属空气电池有锌空气电池、铝空气电池和锂空气电池等，与产业化最接近的只有锌空气电池。在电位序中，铝比锌更活泼，可以获得较高的电池电压；一个铝原子可以释放出三个电子，而一个锌原子释放出两个电子，铝可提高电池的能量；此外，铝储量丰富、价格低廉，故铝空气电池的研究进展十分迅速，是一种很有发展前途的空气电池。

铝空气电池，是以铝与空气作为电池材料的一种新型电池。铝作为空气电池的阳极材料有其独特的优点：电化学当量高，铝的电化学当量为2980A·h/kg，为除锂外最高的金属；电极电位较负，在碱性溶液中其标准电极电位为-2.35V(vs.SHE)，对阳极材料来说，电位越负越好，电池能提供更大的电动势；铝的资源丰富，价格低廉。

目前，空气电池用铝阳极材料与锌阳极材料相比，存在的首要问题是：铝在碱性溶液中自腐蚀很严重，造成阳极利用率大大降低，阻碍了铝空气电池的商业化应用。研究人员通过微合金化开发出新型铝阳极材料，以及添加相应的电解液缓蚀剂，可减小铝的自腐蚀速率。铝空气电池阳极材料常用的合金化元素主要有锌、镁、稼、铟、锡、铅、汞、铋等。这些元素添加到铝中形成三元、四元等多元合金。现有技术中，李晓翔等在《一种新型铝空气电池用铝合金阳极材料的研究》中研究了几种添加金属对铝合金阳极材料在4mol/L NaOH+15g/L Na₂SnO₃溶液中的析氢速率和电化学性能的影响，得出综合性能最佳的铝合金阳极材料为Al-0.2Sn-0.02Ga-0.4Pb。卢凌彬在《铝-空气电池用铝合金阳极与电解液添加剂的研究》中熔融制作了Al-In、Al-In-Zn、Al-In-Bi、Al-In-Pb、Al-In-Zn-Bi、Al-In-Zn-Bi-Pb等系列合金，将它们作为研究电极，并通过测试其SEM和EDAX对其表面性能进行研究。但是，上述铝合金材料作为铝空气电池的阳极使用时，在碱性溶液中的自腐蚀速率还是比较高，开路电位不足，还不能满足碱性铝空气电池大电流密度放电的要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种适用于碱性溶液的空气电池用铝合金阳极材料，在碱性溶液中的自腐蚀速率低，具有较好的开路电位，满足碱性铝空气电池大电流密度放电的要求。

本发明的第二个目的是提供一种空气电池用铝合金阳极材料的制备方法。

本发明的第三个目的是提供一种使用上述空气电池用铝合金阳极材料为铝合金阳极的铝空气电池。

为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：

一种空气电池用铝合金阳极材料，由以下重量百分比的组分组成：Zn 0.05％～6％、Ga 0.05％～4％、In 0.01％～2％，余量为Al。

一种上述的空气电池用铝合金阳极材料的制备方法，包括下列步骤：

1)在惰性气体保护下，将铝加热熔化后，加入锌、镓和铟并加热熔融，继续加热至730～780℃并保温后，浇注成铸锭；

2)将步骤1)所得铸锭在150～200℃条件下轧制成片状材料，即得。

步骤1)中，所述惰性气体为氩气。

步骤1)中，将铝加热至670～720℃使其全部熔化。加入锌、镓和铟后，边加热边旋转容器，使金属熔融并混合均匀。

步骤1)中，所述保温的时间为4～10min。

步骤2)中，所述片状材料的厚度为0.5～4mm。