[發(fā)明專利]一種鋁-空氣電池用鋁合金陽極材料及制備方法

在審

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• 申請日: 2021-01-29
• 公開（公告）號: CN112952079A
• 公開（公告）日: 2021-06-11
• 發(fā)明（設計）人: 張海濤;吳子彬;楊東輝;趙浩;鄭玉倩;鄒晶;李越朗;秦克;班春燕;崔建忠
• 申請（專利權(quán)）人: 東北大學
• 主分類號: H01M4/46
• 分類號: H01M4/46;H01M4/62;H01M12/06;B22D25/04;C22C1/02;C22C21/06;C22F1/047
• 代理公司: 沈陽東大知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 21109
• 代理人: 徐笑陽

本發(fā)明提供一種鋁?空氣電池用鋁合金陽極材料及制備方法，按質(zhì)量百分比，所述鋁合金陽極材料成分為：0.1％～3.6％Mg；0.005％～2.0％Sn；0.05％～0.50％Mn；0.05％～1.0％Sc；0.025％～0.50％Zr；0～2.0％Ga；余量為Al。所述鋁合金陽極材料經(jīng)熔煉，除氣、扒渣，澆鑄，均勻化，軋制，熱處理工序而制得，本發(fā)明所述鋁合金陽極材料采用工業(yè)純鋁為原料，添加了可以改善陽極材料耐蝕性和活性的Mg、Sn合金元素，添加了可以消除雜質(zhì)Fe不利影響的Mn合金元素；此外，還添加了可以細化晶粒，并改善合金陽極組織均勻性的Sc和Zr合金元素，所述鋁合金陽極材料具有放電活性好，陽極利用效率高，使用壽命長，放電過程穩(wěn)定性好、制備簡單等優(yōu)勢。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及金屬空氣用陽極材料領(lǐng)域，具體而言，涉及一種鋁-空氣電池用鋁合金陽極材料及制備方法。

背景技術(shù)

如今，由于化石能源快速損耗和日益嚴重的環(huán)境問題，高效、可持續(xù)的能源存儲設備受到越來越多的重視。目前，鋰離子電池是最先進的最成熟的儲能設備，并具有長壽命和高能量密度的優(yōu)點。然而，鋰儲量的不足和固有的安全風險限制了其在大規(guī)模儲能中的使用。與傳統(tǒng)的電池相比，以Al、Zn、Mg等金屬為陽極材料的一次性并且可機械充電的金屬空氣電池具有低成本、環(huán)境友好型、高回收性、安全性和超高能量密度等優(yōu)點。

在這些金屬空氣電池中，鋁空氣電池被認為是最有前途的候選者，其原因如下：(1)成本較低，鋁儲量豐富，是地殼中含量最高的金屬元素；(2)鋁具有超高理論容量(2.98Ah g^-1)和能量密度(8100Wh kg^-1)；(3)安全性和可持續(xù)性，與鋰金屬相比，鋁作為陽極材料具有更好的環(huán)境穩(wěn)定性，并且放電產(chǎn)物(Al(OH)₃)可回收再利用。但是鋁或鋁合金作為陽極材料面臨以下幾個問題：(1)陽極鈍化，由于在鋁金屬表面上容易形成保護性氧化物和氫氧化物膜，抑制了鋁陽極的放電活性，使其實際電池電壓大大低于理論值；(2)自腐蝕反應，鋁陽極容易發(fā)生自腐蝕過程(析氫反應)，尤其在在堿性條件下，從而導致鋁陽極利用率低和壽命短；解決這些不利于鋁空氣電池實現(xiàn)商業(yè)化的問題至關(guān)重要。

近年來，科研工作者通過向純鋁中添加Mg、Zn、Ga、Zn、In、Hg、Pb等合金元素以改善鋁陽極表面活性和陽極效率。目前，已經(jīng)公開的有Al-In-Ga-Zn合金陽極(專利授權(quán)公開號：CN105140596B)、Al-Ga-Sn-Mg-Mn合金陽極(授權(quán)公告號：CN102820472B)、Al-Mg-Sn-Ga-RE合金陽極(專利授權(quán)公開號：CN106191571A)等一系列陽極材料，但在放電活性、陽極效率、使用壽命等方面仍然存在不理想因素。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有鋁合金陽極材料存在的問題，提出一種具有良好放電活性和高陽極效率的鋁-空氣電池用鋁合金陽極材料及制備方法。

本發(fā)明一方面提供一種鋁-空氣電池用鋁合金陽極材料，按質(zhì)量百分比,所述鋁合金陽極材料成分為：0.1％～3.6％Mg；0.005％～2.0％Sn；0.05％～0.50％Mn；0.05％～1.0％Sc；0.025％～0.50％Zr；0～2.0％Ga；余量為Al。

進一步地，按質(zhì)量百分比,所述鋁合金陽極材料成分為：0.1％～3.6％Mg；0.005％～2.0％Sn；0.05％～0.50％Mn；0.05％～1.0％Sc；0.025％～0.50％Zr；0.005％～2.0％Ga；余量為Al。

進一步地，所述鋁合金陽極材料在堿性電解液中的工作電壓為1.32～1.62V(Vs.SHE)，陽極效率達到78.3～98.2％，能量密度3780.1～4185.5Wh kg^-1。

進一步地，所述鋁合金陽極材料在在中性電解液中的工作電壓為1.13～1.42V(Vs.SHE)，陽極效率達到陽極效率達到76.5～97.8％，能量密度2940.8～4021.9Wh kg^-1。