[發明專利]一種稀土改性鋁合金陽極片及其制備方法

有效

• 申請號: 201410842057.6
• 申請日: 2014-12-30
• 公開（公告）號: CN104561673A
• 公開（公告）日: 2015-04-29
• 發明（設計）人: 張勇;柴杭杭;邢亞哲;趙麗霞
• 申請（專利權）人: 長安大學
• 主分類號: C22C21/00
• 分類號: C22C21/00;C22C21/06;C22C1/02;C22F1/04;C22F1/047
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 徐文權

技術領域

本發明屬于金屬材料制備技術領域，具體涉及一種稀土改性鋁合金陽極片及其制備方法。

背景技術

金屬鋁是一種高強度的能量載體，其電化學當量為2.98Ah/g，體積當量為8.04Ah/cm³。而其它電極材料鋰、鎂、鋅的電化學當量分別為3.86、2.20、0.82Ah/g，體積當量分別為2.06、3.83、5.85Ah/cm³。此外，金屬鋁電極電位較負(-1.66V?vs.SHE)、來源廣泛、儲量豐富、價格低廉、易于加工成型、沒有環境污染，是開發電池的理想電極材料。利用堿性海水作電解質，空氣中氧或氧化銀作陰極活性材料，金屬鋁合金作陽極，組成的堿性鋁電池不僅具有能量密度高，放電性能好的電化學優勢，還具有鋁資源豐富、原料充足的低成本優勢，并且電池運行過程中無毒無污染、無噪音，環境友好。因此，高性能堿性鋁電池的研究一直備受諸多發達國家能源、交通、電信、國防等部門的高度重視。

作為堿性鋁電池的關鍵材料，鋁合金陽極材料的研究和開發也一直備受材料科學工作者的關注。但由于金屬鋁是一種較活潑的兩性金屬材料，尤其在堿性電解液中自腐蝕速率較大，并會產生大量氫氣，增大了電池內部壓力，給電池密封性能帶來嚴重影響，甚至會造成電池漏液，使電池不能充分發揮高能量電源的優勢。此外，在大電流密度工作條件下，鋁合金陽極極化嚴重，穩定工作電位較正，不能滿足動力電源的電性能工程技術要求，嚴重阻礙了堿性鋁電池在實際工業生產中的應用。近年來，為使鋁陽極材料在堿性鋁電池工作過程中具有較低的自腐蝕速率，通常會加入Pb、Hg、Cd等高析氫過電位元素。所添加的合金元素相對于鋁基體為陰極相，由于陰極析氫反應在合金元素上的析氫過電位很高，從而阻礙了基體金屬鋁陽極的溶解，降低了鋁合金陽極在溶液中的析氫腐蝕速度，但Pb、Hg作為有毒元素，近年來限制了其在鋁合金中的應用；另一方面，為使鋁陽極在工作過程中具有較高的電化學活性，還會在鋁合金中加入Ga、Bi、In等低共熔體合金元素。加入該類元素后，所形成的低共熔體混合物在合金固化時能形成低共熔晶體，其熔點較低，在電極工作溫度下(60-100℃)處于熔融狀態，可以破壞氧化膜與基體間的附著，促使鋁陽極在電解液中進一步溶解，從而提高鋁合金陽極的電化學活性，但該類元素由于熔點低且比重大，因此極易在鋁基體中形成偏析，從而造成陽極腐蝕不均勻，自腐蝕速率過高。

因此如何開發環保、高性能的新型鋁合金陽極材料，是堿性鋁電池開發應用急需解決的關鍵問題。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術的缺點，提供了一種稀土改性鋁合金陽極片及其制備方法，該陽極片在大電流密度放電時，自腐蝕速率小，電化學活性高，滿足堿性鋁電池運動過程中電流效率高、放電平穩、以及析氫量小的性能要求，并且便于制備。

為達到上述目的，本發明所述的稀土改性鋁合金陽極片由鋁塊、鎂塊、鉍粒、錫粒、鎵粒、銦粒、鑭粒及鈰粒為原材料制作而成，其中，鋁塊、鎂塊、鉍粒、錫粒、鎵粒、銦粒、鑭粒及鈰粒的質量比為(96.6-99.31)∶(0.5-2)∶(0.1-1)∶(0.05-0.2)∶(0.01-0.1)∶(0.01-0.05)∶(0.01-0.03)∶(0.01-0.02)。

本發明所述的稀土改性鋁合金陽極片的制備方法包括以下步驟：

1)稱取一定量的鋁塊、鎂塊、鉍粒、錫粒、鎵粒、銦粒、鑭粒及鈰粒，其中，鋁塊、鎂塊、鉍粒、錫粒、鎵粒、銦粒、鑭粒及鈰粒的質量比為(96.6-99.31)∶(0.5-2)∶(0.1-1)∶(0.05-0.2)∶(0.01-0.1)∶(0.01-0.05)∶(0.01-0.03)∶(0.01-0.02)，將鋁塊預熱后加熱到750-800℃進行熔化，再將鉍粒、錫粒、鎵粒、銦粒、鑭粒及鈰粒加入到熔化后的鋁液中，形成合金熔體，將形成的合金熔體靜置后隨爐冷卻至650-700℃，再去除合金熔體液面的浮渣，然后將合金熔體澆鑄到水冷鋼模中澆鑄成型，得坯體；

2)將步驟1)得到的坯體依次進行固溶熱處理及軋制處理，得稀土改性鋁合金陽極片。

步驟1)中鋁塊預熱的過程為：將鋁塊放置到100-150℃的馬弗爐中保溫30-40min。

步驟1)中靜置的時間為5-10min。

步驟2)中固溶熱處理的具體操作為，先將步驟1)得到的坯體放置到500-560℃的馬弗爐中固溶處理5-8h，然后再冷卻至室溫。

步驟2)中的軋制處理為多道次熱軋制，其中，單道次熱軋制過程中軋制溫度均為400-450℃，單道次變形為35-45％，總變形量大于90％。