[发明专利]一种稀土改性铝合金阳极片及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于金属材料制备技术领域，具体涉及一种稀土改性铝合金阳极片及其制备方法。

背景技术

金属铝是一种高强度的能量载体，其电化学当量为2.98Ah/g，体积当量为8.04Ah/cm³。而其它电极材料锂、镁、锌的电化学当量分别为3.86、2.20、0.82Ah/g，体积当量分别为2.06、3.83、5.85Ah/cm³。此外，金属铝电极电位较负(-1.66V vs.SHE)、来源广泛、储量丰富、价格低廉、易于加工成型、没有环境污染，是开发电池的理想电极材料。利用碱性海水作电解质，空气中氧或氧化银作阴极活性材料，金属铝合金作阳极，组成的碱性铝电池不仅具有能量密度高，放电性能好的电化学优势，还具有铝资源丰富、原料充足的低成本优势，并且电池运行过程中无毒无污染、无噪音，环境友好。因此，高性能碱性铝电池的研究一直备受诸多发达国家能源、交通、电信、国防等部门的高度重视。

作为碱性铝电池的关键材料，铝合金阳极材料的研究和开发也一直备受材料科学工作者的关注。但由于金属铝是一种较活泼的两性金属材料，尤其在碱性电解液中自腐蚀速率较大，并会产生大量氢气，增大了电池内部压力，给电池密封性能带来严重影响，甚至会造成电池漏液，使电池不能充分发挥高能量电源的优势。此外，在大电流密度工作条件下，铝合金阳极极化严重，稳定工作电位较正，不能满足动力电源的电性能工程技术要求，严重阻碍了碱性铝电池在实际工业生产中的应用。近年来，为使铝阳极材料在碱性铝电池工作过程中具有较低的自腐蚀速率，通常会加入Pb、Hg、Cd等高析氢过电位元素。所添加的合金元素相对于铝基体为阴极相，由于阴极析氢反应在合金元素上的析氢过电位很高，从而阻碍了基体金属铝阳极的溶解，降低了铝合金阳极在溶液中的析氢腐蚀速度，但Pb、Hg作为有毒元素，近年来限制了其在铝合金中的应用；另一方面，为使铝阳极在工作过程中具有较高的电化学活性，还会在铝合金中加入Ga、Bi、In等低共熔体合金元素。加入该类元素后，所形成的低共熔体混合物在合金固化时能形成低共熔晶体，其熔点较低，在电极工作温度下(60-100℃)处于熔融状态，可以破坏氧化膜与基体间的附着，促使铝阳极在电解液中进一步溶解，从而提高铝合金阳极的电化学活性，但该类元素由于熔点低且比重大，因此极易在铝基体中形成偏析，从而造成阳极腐蚀不均匀，自腐蚀速率过高。

因此如何开发环保、高性能的新型铝合金阳极材料，是碱性铝电池开发应用急需解决的关键问题。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种稀土改性铝合金阳极片及其制备方法，该阳极片在大电流密度放电时，自腐蚀速率小，电化学活性高，满足碱性铝电池运动过程中电流效率高、放电平稳、以及析氢量小的性能要求，并且便于制备。

为达到上述目的，本发明所述的稀土改性铝合金阳极片由铝块、镁块、铋粒、锡粒、镓粒、铟粒、镧粒及铈粒为原材料制作而成，其中，铝块、镁块、铋粒、锡粒、镓粒、铟粒、镧粒及铈粒的质量比为(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)。

本发明所述的稀土改性铝合金阳极片的制备方法包括以下步骤：

1)称取一定量的铝块、镁块、铋粒、锡粒、镓粒、铟粒、镧粒及铈粒，其中，铝块、镁块、铋粒、锡粒、镓粒、铟粒、镧粒及铈粒的质量比为(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)，将铝块预热后加热到750-800℃进行熔化，再将铋粒、锡粒、镓粒、铟粒、镧粒及铈粒加入到熔化后的铝液中，形成合金熔体，将形成的合金熔体静置后随炉冷却至650-700℃，再去除合金熔体液面的浮渣，然后将合金熔体浇铸到水冷钢模中浇铸成型，得坯体；

2)将步骤1)得到的坯体依次进行固溶热处理及轧制处理，得稀土改性铝合金阳极片。

步骤1)中铝块预热的过程为：将铝块放置到100-150℃的马弗炉中保温30-40min。

步骤1)中静置的时间为5-10min。

步骤2)中固溶热处理的具体操作为，先将步骤1)得到的坯体放置到500-560℃的马弗炉中固溶处理5-8h，然后再冷却至室温。

步骤2)中的轧制处理为多道次热轧制，其中，单道次热轧制过程中轧制温度均为400-450℃，单道次变形为35-45％，总变形量大于90％。