一種鋁-空氣電池用八元鋁合金陽(yáng)極的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于冶金與材料加工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鋁-空氣電池用八元鋁合金陽(yáng)極的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前鋁空氣電池陽(yáng)極材料的研究主要分為鋁合金陽(yáng)極的制備，鋁合金陽(yáng)極的熱處理，鋁合金陽(yáng)極的冷變形加工三步進(jìn)行。三個(gè)步驟的目的都是為了提高鋁合金陽(yáng)極的電化學(xué)活性和抗腐蝕性。
[0003]到目前為止已經(jīng)有很多研究者研究了以鋁為主要成份的二元合金，三元合金，四元合金，五元合金甚至更高元的合金，2002年國(guó)外已經(jīng)研制出以Ga、In、Sn、T1、Cd、Pb及Fe為合金元素的活化能力很強(qiáng)的八元鋁陽(yáng)極合金材料。其中如A1-0.1Ζη、Α1-0.1Te、Al-0.0lGa、Al-0.0lIn 二元合金等已經(jīng)達(dá)不到鋁空電池的要求，所以現(xiàn)基本不再進(jìn)行二元合金的研究。通過(guò)查資料發(fā)現(xiàn)研究最多的三元合金主要有Al-Zn-1n、Al-Zn-1n、Al-Zn-Sn、A1-Zn-Hg> A1-Mg-Mn> A1-Ga-Mg> Al-1n-Mg等合金,這些合金的電流效率能由二元合金的50%提升至80%以上，甚至高達(dá)90%，其中Al-Zn-Hg合金的電流效率高達(dá)95%，但Hg是有毒物質(zhì)，不易推廣。最近三元合金的研究主要集中于Al-0.1Sn-0.05Ga和Al-0.1In-0.2Sn三元合金的研究,這兩種合金在50mA/cm2的恒電放電時(shí)，放電電壓接近其開路電位_1500mV (vs.SCE)。
[0004]對(duì)于四元合金，研究較多的材料主要是Al-0.2Ga/In-lMg-0.1Sn和Al-0.1Ga-0.5Β?-0.1Sn等合金。這兩種合金的開路電壓分別為-1.86和-1.86V(vsHg/HgO),而其自腐蝕電流密度〈10mA/cm2。在130mA/cm2的電流密度下,Al-0.1Ga-0.5B1-0.1Sn合金的電流效率可達(dá)94%，結(jié)果令人滿意。
[0005]對(duì)于四元以上的合金，目前研究較多的有:Al-Pb-1n-Ga-X系列在25% KOH +3.5% NaCl介質(zhì)中，電流密度為800mA/cm2時(shí)，開路電位可達(dá)-1.45V(vs Hg/HgO) ;50°C下，4mol/L NaOH 中，Al-0.1P-0.1In-0.2Ga_0.0lTl合金的腐蝕速度只有0.058mg/(cm2.min)，開路電壓為-1750mV ；Al-4In-lMg-0.022In_0.012Ga_0.04Ca合金，在海水中工作電位為-L 09V,電流效率達(dá)95.6%ο
[0006]由以上分析可以得出，四元以上的合金研究較多，工作效率各有差別，并且研究還很不成熟，存在陽(yáng)極鈍化影響了其電化學(xué)活性，鋁及其合金易發(fā)生嚴(yán)重的析氫自腐蝕導(dǎo)致其利用率較低等問題，所以有待于開發(fā)新型合金陽(yáng)極，盡可能地解決以上問題。另外對(duì)鋁合金陽(yáng)極進(jìn)行熱處理和冷變形加工可提高陽(yáng)極的抗腐蝕性，降低析氫速率，提高電流效率等性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種鋁-空氣電池用八元鋁合金陽(yáng)極的制備方法。
[0008]本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
一種鋁-空氣電池用八元鋁合金陽(yáng)極的制備方法，包括如下步驟:
步驟(1)，將純鋁錠放入坩堝中，然后在氬氣保護(hù)下，加熱到660~820°C下熔化成液態(tài)的鋁液；
步驟(2)，向經(jīng)步驟(I)處理后的鋁液中加入質(zhì)量不超過(guò)鋁液的0.1%的金屬鎵粒，保持溫度并攪拌使其合金化；
步驟(3)，向經(jīng)步驟(2)處理后的合金液中加入質(zhì)量不超過(guò)鋁液的0.1%的金屬錫粒，保持溫度并攪拌使其合金化；
步驟(4)，將經(jīng)步驟(3)處理后的合金液中加入質(zhì)量不超過(guò)鋁液的0.5%的金屬鉍粒，保持溫度并攪拌使其合金化；
步驟(5)，將經(jīng)步驟(4)處理后的合金液中加入鋁-鎂中間合金，使合金液中鎂的質(zhì)量百分含量不超過(guò)鋁液的1%，保持溫度并攪拌使其合金化；
步驟(6)，將經(jīng)步驟(5)處理后的合金液中加入鋁-錳中間合金，使合金液中錳的質(zhì)量百分含量不超過(guò)鋁液的0.5%，保持溫度并攪拌使其合金化；
步驟(7)，在氬氣保護(hù)下，將經(jīng)步驟(6)處理后的合金液中加入鋁-鋰中間合金，使合金液中鋰的質(zhì)量百分含量不超過(guò)鋁液的0.1%，保持溫度并攪拌使其合金化；
步驟(8)，將經(jīng)步驟(7)處理后的鋁-鋰-錳-鎵-銦-錫-鎂-鉍合金液取出澆鑄，并冷卻到常溫，然后脫模得到鋁-鋰-錳-鎵-銦-錫-鎂-鉍合金。
[0009]步驟(9 )，將經(jīng)步驟(8 )處理后的鋁-鋰-錳-鎵-銦-錫-鎂-鉍合金進(jìn)行軋制及熱處理，得到可作為鋁-空氣電池用的八元鋁合金陽(yáng)極。
[0010]進(jìn)一步，優(yōu)選的是所述的純鋁錠為純度為99.85%的純鋁錠，金屬鎵粒的純度為99.99%以上，金屬錫粒的純度為99.999%以上，金屬鉍粒的純度為99.99%以上。
[0011]上述技術(shù)方案中步驟(5)所述的鋁-鎂中間合金的制備方法，包括以下步驟: 步驟(1)，將純鋁錠放入坩堝中，然后在氬氣保護(hù)下，加熱到660~820°C下熔化成液態(tài)的鋁液；
步驟(2)，在氬氣保護(hù)下，向經(jīng)步驟(I)處理后的鋁液中加入質(zhì)量不超過(guò)鋁液的14.9%的99.99%以上的鎂粒，保持溫度并攪拌使其合金化；
步驟(3)，將經(jīng)步驟(2)處理后的合金化鋁-鎂合金液由爐子中取出澆鑄，并冷卻到常溫，然后脫模，得到鋁-鎂中間合金。
[0012]上述技術(shù)方案中步驟(6)所述的鋁-錳中間合金的制備方法，包括以下步驟: 步驟(1)，將純鋁錠放入坩堝中，加熱到660~820°C下熔化成液態(tài)的鋁液；
步驟(2)，向經(jīng)步驟(I)處理后的鋁液中加入質(zhì)量不超過(guò)鋁液的1.8%的99.99%以上的電解錳粒，保持溫度并攪拌使其合金化；
步驟(3)，將經(jīng)步驟(2)處理后的合金化鋁-錳合金液由爐子中取出澆鑄，并冷卻到常溫，然后脫模，得到鋁-錳中間合金。
[0013]上述技術(shù)方案中步驟(6)所述的鋁-鋰中間合金的制備方法，包括以下步驟: 步驟(1)，將純鋁錠放入坩堝中，然后在氬氣保護(hù)下，加熱到660~820°C下熔化成液態(tài)的鋁液；
步驟(2)，在氬氣保護(hù)下，向經(jīng)步驟(I)處理后的鋁液中加入質(zhì)量不超過(guò)鋁液的4.0%純度為99.9%以上的金屬鋰，保持溫度并攪拌使其合金化；
步驟(3)，將經(jīng)步驟(2)處理后的合金化鋁-鋰合金液由爐子中取出澆鑄，并冷卻到常溫，然后脫模，得到鋁-鋰中間合金。
[0014]本發(fā)明技術(shù)方案中，進(jìn)一步優(yōu)選的是所述的坩堝為石墨、碳化硅或剛玉坩堝。
[0015]本發(fā)明技術(shù)方案中，進(jìn)一步優(yōu)選的是所述的每次合金化時(shí)間為5~15分鐘。
[0016]本發(fā)明技術(shù)方案中，進(jìn)一步優(yōu)選的是澆鑄過(guò)程中，模具必須加熱以使?jié)茶T的溫度在 200~450°C之間。
[0017]本發(fā)明技術(shù)方案中，進(jìn)一步優(yōu)選的是所述的軋制及熱處理采用雙輥式輥軋機(jī)，所述的軋制為6~8次冷軋，所述的每次冷軋后的合金需進(jìn)行熱處理，合金的熱處理溫度為500~560°C，每次熱處理的時(shí)間為10~50分鐘。
[0018]上述技術(shù)方案中使用氬氣保護(hù)，是為了防止金屬鋁氧化損失。
[0019]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其有益效果為:
(O目前未見到鋁-空氣電池用鋁-鋰-錳-鎵-銦-錫-鎂-鉍八元鋁合金陽(yáng)極相關(guān)報(bào)導(dǎo)；
(2)本發(fā)明制備方法包括鋁-錳中間合金制備、鋁-鎂中間合金制備、鋁-鋰中間合金制備、鋁-鋰-錳-鎵-銦-錫-鎂-鉍合金的熔煉、澆鑄、冷變形加工和熱處理步驟，處理流程簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低，易于推廣應(yīng)用；
(3)本發(fā)明提高了鋁合金陽(yáng)極的性能，使其能量密度大于4000wh/kg；
(4)本發(fā)明八元鋁合金陽(yáng)極的制備方法通過(guò)添加細(xì)化晶粒，使合金成份均勻化，阻礙自腐蝕的元素，有效降低了陽(yáng)極的析氫速率。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
[0021]本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)理解，下列實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明，而不應(yīng)視為限定本發(fā)明的范圍。實(shí)施例中未注明具體技術(shù)或條件者，按照本領(lǐng)域內(nèi)的文獻(xiàn)所描述的技術(shù)或條件或者按照產(chǎn)品說(shuō)明書進(jìn)行。所用試劑或儀器未注明生產(chǎn)廠商者，均為可以通過(guò)購(gòu)買獲得的常規(guī)產(chǎn)品。
[0022]本發(fā)明制備鋁-錳中間合金時(shí)采用井式爐。
[0023]實(shí)施例1
一種鋁-空氣電池用八元鋁合金陽(yáng)極的制備方法，包括如下步驟:
步驟(1)，將純鋁錠放入石墨坩堝中，然后在氬氣保護(hù)下，加熱到760°C下熔化成液態(tài)的鋁液；
步驟(2)，向經(jīng)步驟(I)處理后的鋁液中加入質(zhì)量為鋁液的0.1%純度為99.99%以上的金屬鎵粒，保持溫度并攪拌使其合金化；
步驟(3)，向經(jīng)步驟(2)處理后的合金液中加入質(zhì)量為鋁液的0.1%純度為99.999%以上的金屬錫粒，保持溫度并攪拌使其合金化；
步驟(4)，將經(jīng)步驟(3)處理后的合金液中加入質(zhì)量為鋁液的0.5%純度為99.99%以上的金屬鉍粒，保持溫度并攪拌使其合金化；
步驟(5)，將經(jīng)步驟(4)處理后的合金液中加入鋁-鎂中間合金，使合金液中鎂的質(zhì)量百分含量為鋁液的1%，保持溫度并攪拌使其合金化；
步驟(6)，將經(jīng)步驟(5)處理后的合金液中加入鋁-錳中間合金，使合金液中錳的質(zhì)量百分含量為鋁液的0.5%，保持溫度并攪拌使其合金化；
步驟(7)，在氬氣保護(hù)下，將經(jīng)步驟(6)處理后的合金液中加入鋁-鋰中間合金，使合金液中鋰的質(zhì)量百分含量為鋁液的0.1%，保持溫度