[发明专利]一种海水电池用铝合金阳极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电池阳极材料技术领域，特别是涉及一种海水电池用铝合金阳极材料及其制备方法。

背景技术

铝合金作为电池的阳极材料技术：铝合金作为电池的阳极材料主要优势在于：(1)电化当量高，为2980A～·h·kg^-1；(2)电极电位较负，其标准电极电位为-2.35V；(3)铝资源丰富，价格低廉；(4)可广泛应用于碱性电池、中性电池和有机电池。作为电池材料，必须具有高的电压和低的腐蚀析氢速度。由于铝是一种活泼的两性金属，在碱性电解液中自腐蚀严重，副反应产生大量的氢气，并且自身极化严重，电流效率不高。改善铝合金阳极材料性能的途径主要有：(1)向铝中加入微量合金元素，提高铝合金电极电化学活性，减少自腐蚀速率，提高电流效率；(2)向电解液中加入锡酸纳、氢氧化铟等缓蚀剂，减少阳极自腐蚀，抑制铝合金阳极在碱性电解液中的副反应。

目前，铝合金阳极材料主要采用合金化方法制成，主要含有镁、镓、锡、铟、铋、铅、铊等合金元素的三元、四元或五元铝合金。中国专利申请涉及电池用铝合金阳极材料，以纯度≥99.996％的铝为原料，添加合金元素镁、镓、锡和铋，所添加元素的质量百分比为：Mg：0.5～1.5％、Bi：0.01～0.2％、Sn：0.01～0.4％、Ga：0.01～0.3％；杂质质量含量≤0.01％。该电池用铝合金阳极材料虽然可以有效地活化铝电极并增强其抗腐蚀性能，但是其开路电位、工作电位、实际电容量、电流效率和表面溶解状况等性能方面仍存在不理想的因素。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种海水电池用铝合金阳极材料及其制备方法。

本发明的目的是针对现有的电池用铝合金阳极材料存在的缺陷，提供一种八元电池用铝合金阳极材料，该铝合金阳极材料无论在大电流密度放电条件下还是小电流密度放电条件下均具有优良的电化学性能。

本发明电池用铝合金阳极材料，该铝合金阳极材料的成分及其质量百分比为Mg：0.4～1.2％、Ga：0.01～0.2％、Sn：0.01～0.3％、Bi：0.01～0.1％、In：0.01～0.1％、Pb：0.01～0.1％、Ce：0.01～0.5％；

本发明采用八种合金元素进行微合金化。

合金元素Mg可以使得铝合金中阴极相的面积和数量减少，来改善铝阳极的电化学等性能，在使电位负移的同时降低电极表面微观腐蚀原电池的驱动力。

合金元素Ga元素的熔点低，在电极工作温度(60-100℃)下，具有良好的流动性，在电极溶解时，容易穿过金属/氧化膜界面，形成活性点，随着Ga的堆积，可以减薄这些活性点的氧化膜厚度，最终破坏氧化膜，促进Al基体溶解。并且由于Ga在Al中有一定的固溶度，随着Ga含量的增大铝阳极的电位负移，当Ga增加到一定的量之后同时会使铝的自腐蚀速率增大。

合金元素In具有很强的活化能力，在溶解初期促使Al基体大量溶解。随着铝阳极的溶解，溶液里的In³⁺离子会被Al置换沉积在Al表面，从而继续活化铝合金阳极。此外，In的析氢过电位较高，能有效抑制Al阳极的的析氢腐蚀反应，并能部分抑制Al阳极中Fe、Si等杂质带来的不利影响。

合金元素Sn能与铝形成固溶体，当氧化膜表面的A1³⁺被高价Sn⁴⁺取代，会产生一个附加空穴，使铝表面钝化膜产生孔隙，使得阳极表面的电阻降低。并且Sn的析氢过电位较高，同时还可以细化阳极合金的晶粒，减少晶间的偏析相数量，改善腐蚀状况。并能与其它合金元素(如Ga、In等)形成低共熔混合物，破坏铝表面的钝化膜。

合金元素Bi和Pb能使铝阳极的电极电位负移是因为它们的电极电位比A1正，在电解液中与Al耦合形成腐蚀微电池，从而破坏钝化膜的致密性，使铝基体溶解。但添加过高Bi、Pb时，它们容易在晶界处形成聚集的第二相，导致晶间腐蚀严重，从而增加铝阳极的自腐蚀倾向。

合金元素Ce使铝合金的晶粒细化，作用在稀土Ce加入量不大于0.5％时较明显；稀土Ce能抑制析氢腐蚀，提高阳极利用率。热处理可改善含稀土铝合金阳极的表面溶解的均匀性，且不会降低阳极效率，有利于该类阳极的实际应用。