[发明专利]一种碱性铝-空气电池用阳极材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种碱性铝‑空气电池用阳极材料及其制备方法，属于空气电池领域。一种碱性铝‑空气电池用阳极材料的制备方法，其特征在于：所述阳极材料为铝合金，所述铝合金，按质量百分比由下述成分组成：Sn：0.05～0.20wt％，Ga：0.05～0.15wt％，Mg：0.2～1.0wt％，Mn：0.1～0.5wt％，Zr：0.1～0.3wt％，杂质含量≤0.30wt％，余量为Al。本发明所述阳极材料采用了连续铸轧法生产，生产工艺简单，适合批量化生产，并且减少了阳极材料缺陷，提高了成品率，减少了能耗，降低了生产成本，具有良好的经济效益。

技术领域

本发明涉及一种碱性铝-空气电池用阳极材料及其制备方法，属于空气电池领域。

背景技术

由于煤、石油等化石燃料的枯竭和全球能源需求的增长以及化石燃料的使用造成的环境污染，人类迫切需要新的能源来满足人类的生产生活。金属-空气电池具有高效、清洁等特点，已经作为新能源的储存装置被提及。金属-空气电池是以金属为阳极、以空气中的氧气为阴极，并采用中性或碱性电解液为介质，在催化剂作用下发生化学反应而产生电能的金属燃料电池。

目前研究较多的金属空气电池有锂空气电池、铝空气电池、锌空气电池以及镁空气电池等。自20世纪60年代以来，铝成为金属-空气电池最具有吸引力的阳极材料，因为铝有较高的电化学当量值，并且具有来源广泛、储量丰富、价格低廉、易于加工成型、无毒、高回收性等优点。铝-空气电池的电解液主要是中性电解液和碱性电解液。铝-空气电池在碱性电解液中的性能比中性电解液更好。尤其是在大电流密度工作条件下，碱性铝-空气电池可提供更低更稳定的工作电位。然而，纯铝在碱性电解质容易产生严重的析氢腐蚀，导致阳极材料放电效率低，因此纯铝不能直接做阳极材料。近些年来发现，通过微合金化可大大提高阳极材料的电化学性能和在电池中的应用性能。目前已存在很多专利和其他文献报道，通过向纯铝中添加Ga、Sn、Mg、Zn、In、Hg、Pb等合金元素以改善铝阳极电化学性能。这些元素添加到铝基体中，获得性能较好的有Al-Ga-Mg、Al-In-Zn、Al-In-Mg、Al-In-Sn、Al-Ga-Sn-Mg-Mn(授权公告号：CN102820472B)、Al-In-Ga-Zn(授权公告号：CN105140596B)等一系列合金。这些公开内容叙述了合金元素的添加范围，对各元素添加的具体比例以及各元素之间的协同作用叙述较为模糊；另外，大多数阳极材料采用高纯铝为原料，且含有贵重金属铟，并且生产工艺复杂，批量化生产困难，导致电池成本居高不下。因此寻求一类合金元素添加比例合适的铝合金阳极材料，使其既能显著提高阳极活性又能显著降低自腐蚀析氢速率，具有重大意义；同时，寻求一种生产工艺简单，便于批量化生产的铝合金阳极材料的生产方法也至关重要。

发明内容

本发明的目的在于提出一种具有电化学性能好、电流效率高、成本低的碱性铝-空气电池用阳极材料及其制备方法。

一种碱性铝-空气电池用阳极材料的制备方法，所述阳极材料为铝合金，所述铝合金，按质量百分比由下述成分组成：Sn：0.05～0.20wt％，Ga：0.05～0.15wt％，Mg：0.2～1.0wt％，Mn：0.1～0.5wt％，Zr：0.1～0.3wt％，杂质含量≤0.30wt％，余量为Al。

所述方法包括铸轧的步骤：将铝合金熔体输送到铸嘴，控制铸嘴入口处的熔体温度为675℃～695℃，铸轧速度为0.8～1.2m/min，冷却水压为0.2～0.4MPa，水温为25～30℃，冷却速度200～260℃/s，铸轧出厚度为3～8mm的板带。

本发明所述阳极材料的工作电压为1.73～1.90V(Vs.SHE)，放电效率56.4～80.9％。

本发明所述冷却速度是指熔体进入铸嘴至其被铸轧成为板材温度的变化速度。