CN109321766A - 一种铝空气电池阳极材料及其制备方法 - Google Patents
一种铝空气电池阳极材料及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109321766A CN109321766A CN201811230263.6A CN201811230263A CN109321766A CN 109321766 A CN109321766 A CN 109321766A CN 201811230263 A CN201811230263 A CN 201811230263A CN 109321766 A CN109321766 A CN 109321766A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- aluminium
- anode material
- air cell
- cell anode
- rolling
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000010405 anode material Substances 0.000 title claims abstract description 39
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 17
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 65
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 57
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 claims abstract description 40
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 claims abstract description 40
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 claims abstract description 25
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 16
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 14
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 13
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N bismuth atom Chemical compound [Bi] JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims abstract description 7
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims abstract description 7
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 claims abstract description 6
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 22
- 239000005030 aluminium foil Substances 0.000 claims description 22
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims description 22
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims description 22
- 229910052745 lead Inorganic materials 0.000 claims description 17
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 13
- 238000004321 preservation Methods 0.000 claims description 12
- WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M Potassium chloride Chemical compound [Cl-].[K+] WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 10
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 10
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 10
- 239000012943 hotmelt Substances 0.000 claims description 8
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 8
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 claims description 6
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 claims description 6
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims description 6
- 239000001103 potassium chloride Substances 0.000 claims description 5
- 235000011164 potassium chloride Nutrition 0.000 claims description 5
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 claims description 5
- 238000010792 warming Methods 0.000 claims description 5
- 238000005303 weighing Methods 0.000 claims description 5
- 239000012300 argon atmosphere Substances 0.000 claims description 4
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000007373 indentation Methods 0.000 claims 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 abstract description 7
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 abstract description 5
- 238000013461 design Methods 0.000 abstract description 2
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 abstract description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 5
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 5
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 5
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 5
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 4
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000007499 fusion processing Methods 0.000 description 4
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 4
- 238000011160 research Methods 0.000 description 4
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 3
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 2
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 238000010926 purge Methods 0.000 description 2
- 238000010791 quenching Methods 0.000 description 2
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- 229910000807 Ga alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000978 Pb alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M Potassium hydroxide Chemical compound [OH-].[K+] KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000003411 electrode reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 1
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 1
- NUJOXMJBOLGQSY-UHFFFAOYSA-N manganese dioxide Inorganic materials O=[Mn]=O NUJOXMJBOLGQSY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 230000010534 mechanism of action Effects 0.000 description 1
- 238000006263 metalation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 238000002161 passivation Methods 0.000 description 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 1
- 230000002195 synergetic effect Effects 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C1/00—Making non-ferrous alloys
- C22C1/02—Making non-ferrous alloys by melting
- C22C1/026—Alloys based on aluminium
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21B—ROLLING OF METAL
- B21B37/00—Control devices or methods specially adapted for metal-rolling mills or the work produced thereby
- B21B37/16—Control of thickness, width, diameter or other transverse dimensions
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C1/00—Making non-ferrous alloys
- C22C1/06—Making non-ferrous alloys with the use of special agents for refining or deoxidising
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C21/00—Alloys based on aluminium
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
- C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
- C22F1/02—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working in inert or controlled atmosphere or vacuum
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
- C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
- C22F1/04—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of aluminium or alloys based thereon
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M12/00—Hybrid cells; Manufacture thereof
- H01M12/04—Hybrid cells; Manufacture thereof composed of a half-cell of the fuel-cell type and of a half-cell of the primary-cell type
- H01M12/06—Hybrid cells; Manufacture thereof composed of a half-cell of the fuel-cell type and of a half-cell of the primary-cell type with one metallic and one gaseous electrode
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/38—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
- H01M4/46—Alloys based on magnesium or aluminium
- H01M4/463—Aluminium based
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Prevention Of Electric Corrosion (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Abstract
本发明公开一种铝空气电池阳极材料及其制备方法，铝空气电池阳极材料的组成和质量百分比含量为：铋0.10～0.15%，铅0.10～0.15%，镓0.015～0.035%，余量为铝；该阳极材料采用配料、熔炼、轧制、热处理的加工工艺制备得到；本发明阳极材料的组成设计合理、成本较低、产品性能优良，制备工艺简单，适用于大规模工业化生产。
Description
技术领域
本发明涉及一种铝空气电池阳极材料及其制备方法，属于大功率化学电源新型阳极材料开发制备技术领域。
背景技术
铝空气电池具有高比能、长循环寿命、安全可靠、环境友好等一系列优点，然而铝基体表面的钝化膜降低了阳极活化能力、同时铝阳极的自腐蚀速率很高，这两大缺陷直接影响到铝空电池的长足发展和商业化。铝本身是一种极其活泼的金属当其暴露在空气中时，表面会形成一层致密的氧化膜。铝在电极极化过程中，表面也会生成一层氧化膜，这层氧化膜在电极反应中会阻碍铝基体与电解质的接触，发生钝化现象。因此需要对铝阳极进行活化处理，铝阳极的活化即打破这层氧化膜的阻碍，使铝基体暴露在电解液中。合理选择阳极材料以及加工工艺对提高铝空气的电化学性能至关重要。而随着电子产业以及新能源产业的高速发展，对铝空气电池的放电性能和寿命提出了更高的要求，导致目前对铝空气电池的研究状况难以满足新能源电池动力条件下的要求。潜在铝空气电池阳极材料中，多元合金的阳极材料引起了学者们的广泛关注。目前的科研工作者对多元合金阳极材料的组成元素以及作用机理开展了大量的研究，但尚未对多组元元素的协同作用做一个系统的探讨。马景灵对 Al-Zn-In-Mg-Ti阳极合金进行了一系列的研究，提高了电流效率，但开路电压和工作电位均出现了正移。Maria 等人对 3 种不同成分的 Al-Mg-Sn-Ga 合金进行了一系列的研究，发现在873k 保温 2h 淬火后，恒流放电电位略有负移，而抗腐蚀性却呈现出不同的变化。Nisancioglu等人对一系列二元、多元以及商业铝合金做过大量的研究，发现Al-Pb 合金600℃保温 60min 淬火后，电极电位负移，在 0.1m A/cm2的电流密度放电时，Al-0.003Pb 合金热处理后的电位负移达 300mV，这主要是因为高温热处理后，Pb 会熔析、扩散富集到金属和氧化膜的界面中，使氧化膜松散，从而活化阳极，但是铝合金牺牲阳极的效率还没有得到有效提高。归结起来，现有的铝合金牺牲阳极普遍存在成分结构复杂，电容量不高，价格不合理，电化学性能差等缺点。
发明内容
本发明解决的技术问题在于提供一种自腐速率低、电化学性能高的铝空气电池阳极材料，其组成和质量百分比含量为：铋（Bi）0.10～0.15wt%，铅（Pb）0.10～0.15wt%，镓（Ga）0.015～0.035wt%，余量为铝（Al）。
本申请还提供了所述铝空气电池阳极材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）配料：按照材料组分称取Bi、Pb、Ga、Al，称量操作在低于10℃的真空手套箱中完成，将称量好的材料用纯度为99.99%的铝箔包裹后保存在真空干燥箱内；
（2）熔炼：在保护气氛下，将石墨坩埚预热到180～230℃，加入铝锭，加热至720～760℃铝熔化后保温45～60分钟，添加铝锭质量2～8%的覆盖剂，保温15～30分钟之后同时加入铝箔包裹好的Bi和Pb，由于Bi和Pb的密度较低需要用石墨棒压入熔液内部，搅拌2～5分钟，搅拌过程中加入铝锭质量2～5%的覆盖剂，保温20～30分钟加入铝箔包裹好的Ga，由于Ga的密度较低需要用石墨棒压入熔液内部，搅拌2～5分钟，搅拌过程中加入铝锭质量1～3%的覆盖剂，保温15～30分钟，然后将热熔体倒进预热到180～230℃的石墨模具中，冷却至室温；
（3）轧制：将步骤（2）冷却后的锭坯在室温下进行轧制处理，轧制后的厚度形变量为80～90%，轧制完成的样品用铝箔包裹好放入真空干燥箱保存；
（4）热处理：将步骤（3）轧制好的样品放入马弗炉中，在保护气氛下，升温至350～550℃，升温时间为30～50分钟，保温4～10小时，随炉冷却，得到铝空气电池阳极材料。
步骤（1）铋（Bi）、铅（Pb）、镓（Ga）、铝（Al）原料的纯度均为99.99%。
步骤（2）覆盖剂为氯化钠和氯化钾按照质量比1：4～6混合得到，适量的覆盖剂以降低铝锭在熔化过程中的烧损率。
步骤（3）轧制分四次进行，首次轧制的厚度形变量为30～40%，第二次轧制的厚度形变量为15～25%，第三次轧制的厚度形变量为15～25%，第四次轧制的厚度形变量为5～15%，厚度形变量均是相对于最初厚度。
步骤（1）和步骤（3）真空干燥箱的真空度大于50Pa，温度为-5～0℃。
步骤（2）和步骤（4）保护气氛为氮气气氛或氩气气氛。
本发明相比现有技术具有如下优点：
本发明通过熔炼、热处理、轧制等加工工艺获得一种电化学性能优异、自腐蚀速率低、阳极利用率高的铝空气电池阳极材料-铝合金板材；本发明合金组分设计合理、成本较低、产品性能优良，制备工艺简单，适用于大规模工业化生产。
附图说明
图1为实施例1-3铝空气电池阳极材料和纯铝的开路电位图；
图2为实施例1-3铝空气电池阳极材料和纯铝的自腐蚀速率图；
图3为实施例1-3铝空气电池阳极材料和纯铝配合空气正极的放电电位图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
实施例1
一种铝空气电池阳极材料，其组成和质量百分比含量为：铋（Bi）0.10wt%，铅（Pb）0.15wt%，镓（Ga）0.02wt%，余量为Al。
本实施例铝空气电池阳极材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）配料：按照材料组分称取Bi、Pb、Ga、Al，称量操作在5℃的真空手套箱中完成，将称量好的材料用纯度为99.99%的铝箔包裹后保存在真空干燥箱内，真空干燥箱的真空度为60Pa，温度为-5℃，Bi、Pb、Ga、Al原料的纯度均为99.99%，铝箔的重量包含在铝的总重量中；
（2）熔炼：在氮气气氛下，将石墨坩埚预热到200℃，加入铝锭，继续加热至740℃铝熔化后保温45分钟，添加铝锭质量2%的覆盖剂，保温15分钟之后同时加入铝箔包裹好的Bi和Pb，由于Bi和Pb的密度较低需要用石墨棒压入熔液内部，搅拌2分钟，搅拌过程中加入铝锭质量2%的覆盖剂，保温20分钟加入铝箔包裹好的Ga，由于Ga的密度较低需要用石墨棒压入熔液内部，搅拌2分钟，搅拌过程中加入铝锭质量1%的覆盖剂，保温15分钟，然后将热熔体倒进预热到230℃的石墨模具中，冷却至室温，使用的覆盖剂为氯化钠和氯化钾按照质量比1：5混合得到，适量的覆盖剂以降低铝锭在熔化过程中的烧损率，覆盖剂覆盖在热熔体表面，在热熔体倒进石墨模具时，覆盖剂被滤出，步骤（2）整个过程均在氮气保护下进行；
（3）轧制处理：将步骤（2）冷却后的锭坯在室温下进行轧制处理，轧制后的厚度形变量为90%，轧制完成的样品用铝箔包裹好放入真空干燥箱保存，真空干燥箱的真空度为60Pa，温度为-5℃，轧制分四次进行，首次轧制的厚度形变量为40%，第二次轧制的厚度形变量为20%，第三次轧制的厚度形变量为20%，第四次轧制的厚度形变量为10%，厚度形变量均是相对于最初厚度；
（4）热处理：将步骤（3）轧制好的样品放入马弗炉，氮气气氛下，升温至350℃，升温时间为30分钟，保温10小时，持续通氮气的条件下随炉冷却，得到铝空气电池阳极材料。
实施例2
一种铝空气电池阳极材料，其组成和质量百分比含量为：铋（Bi）0.15wt%，铅（Pb）0.10wt%，镓（Ga）0.035wt%，余量为Al。
本实施例铝空气电池阳极材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）配料：按照材料组分称取Bi、Pb、Ga、Al，称量操作在6℃的真空手套箱中完成，将称量好的材料用纯度为99.99%的铝箔包裹后保存在真空干燥箱内，真空干燥箱的真空度为70Pa，温度为0℃，Bi、Pb、Ga、Al原料的纯度均为99.99%，铝箔的重量包含在铝的总重量中；
（2）熔炼：在氮气气氛下，将石墨坩埚预热到180℃，加入铝锭，继续加热至720℃铝熔化后保温50分钟，添加铝锭质量8%的覆盖剂，保温20分钟之后同时加入铝箔包裹好的Bi和Pb，由于Bi和Pb的密度较低需要用石墨棒压入熔液内部，搅拌5分钟，搅拌过程中加入铝锭质量3%的覆盖剂，保温25分钟加入铝箔包裹好的Ga，由于Ga的密度较低需要用石墨棒压入熔液内部，搅拌5分钟，搅拌过程中加入铝锭质量2%的覆盖剂，保30分钟，然后将热熔体倒进预热到180℃的石墨模具中，冷却至室温，使用的覆盖剂为氯化钠和氯化钾按照质量比1：4混合得到，适量的覆盖剂以降低铝锭在熔化过程中的烧损率，覆盖剂覆盖在热熔体表面，在热熔体倒进石墨模具时，覆盖剂被滤出，步骤（2）整个过程均在氮气保护下进行；
（3）轧制处理：将步骤（2）冷却后的锭坯在室温下进行轧制处理，轧制后的厚度形变量为80%，轧制完成的样品用铝箔包裹好放入真空干燥箱保存，真空干燥箱的真空度为70Pa，温度为0℃，轧制分四次进行，首次轧制的厚度形变量为35%，第二次轧制的厚度形变量为15%，第三次轧制的厚度形变量为25%，第四次轧制的厚度形变量为5%，厚度形变量均是相对于最初厚度；
（4）热处理：将步骤（3）轧制好的样品放入马弗炉，氮气气氛下，升温至500℃，升温时间为45分钟，保温6小时，持续通氮气的条件下随炉冷却，得到铝空气电池阳极材料。
实施例3
一种铝空气电池阳极材料，其组成和质量百分比含量为：铋（Bi）0.12wt%，铅（Pb）0.12wt%，镓（Ga）0.015wt%，余量为Al。
本实施例铝空气电池阳极材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）配料：按照材料组分称取Bi、Pb、Ga、Al，称量操作在8℃的真空手套箱中完成，将称量好的材料用纯度为99.99%的铝箔包裹后保存在真空干燥箱内，真空干燥箱的真空度为55Pa，温度为-2℃，Bi、Pb、Ga、Al原料的纯度均为99.99%，铝箔的重量包含在铝的总重量中；
（2）熔炼：在氩气气氛下，将石墨坩埚预热到230℃，加入铝锭，继续加热至760℃铝熔化后保温60分钟，添加铝锭质量5%的覆盖剂，保温30分钟之后同时加入铝箔包裹好的Bi和Pb，由于Bi和Pb的密度较低需要用石墨棒压入熔液内部，搅拌3分钟，搅拌过程中加入铝锭质量5%的覆盖剂，保温30分钟加入铝箔包裹好的Ga，由于Ga的密度较低需要用石墨棒压入熔液内部，搅拌3分钟，搅拌过程中加入铝锭质量3%的覆盖剂，保温20分钟，然后将热熔体倒进预热到200℃的石墨模具中，冷却至室温，使用的覆盖剂为氯化钠和氯化钾按照质量比1：6混合得到，适量的覆盖剂以降低铝锭在熔化过程中的烧损率，覆盖剂覆盖在热熔体表面，在热熔体倒进石墨模具时，覆盖剂被滤出，步骤（2）整个过程均在氩气保护下进行；
（3）轧制处理：将步骤（2）冷却后的锭坯在室温下进行轧制处理，轧制后的厚度形变量为85%，轧制完成的样品用铝箔包裹好放入真空干燥箱保存，真空干燥箱的真空度为55Pa，温度为-3℃，轧制分四次进行，首次轧制的厚度形变量为30%，第二次轧制的厚度形变量为25%，第三次轧制的厚度形变量为15%，第四次轧制的厚度形变量为15%，厚度形变量均是相对于最初厚度；
（4）热处理：将步骤（3）轧制好的样品放入马弗炉，氩气气氛下，升温至550℃，升温时间为50分钟，保温4小时，持续通氩气的条件下随炉冷却，得到铝空气电池阳极材料。
图1为实施例1、2、3铝空气电池阳极材料和纯铝的开路电位图，电化学工作站的开路电位电压范围设置为-0.8～-2.4，扫描频率为105Hz，从图中可以看出实施例1、2、3得到的阳极材料的开路电位较纯铝明显变负，实施例1的负移量为0.151V，实施例2的负移量为0.157V，实施例3的负移量为0.201V。
图2为实施例1、2、3铝空气电池阳极材料和纯铝的自腐蚀速率图，采用排水法析氢装置，将实施例1、2、3铝空气电池阳极材料和纯铝浸泡在浓度为4mol/L氢氧化钾溶液中，每隔十分钟测试排水体积，进而测出析氢速率，从图中可以看出实施例1、2、3铝空气电池阳极材料的析氢速率较纯铝大幅度降低。
图3为实施例1、2、3铝空气电池阳极材料和纯铝配合空气正极的放电电位图，以实施例1、2、3铝空气电池阳极材料和纯铝为阳极，MnO2为催化剂，空气为阴极，当放电电流密度为120mA/cm2时，实施例1的工作电压达1098.4mV，实施例2的的工作电压达1109.7mV，实施例3的工作电压达1119.1mV，三个实施例的放电曲线均较平缓，工作电位较高。
Claims (7)
1.一种铝空气电池阳极材料，其特征在于，其组成和质量百分比含量为：铋0.10～0.15%，铅0.10～0.15%，镓0.015～0.035%，余量为铝。
2.权利要求1所述铝空气电池阳极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）配料：称取Bi、Pb、Ga、Al，称量操作在低于10℃的真空条件下完成，将称量好的材料用铝箔包裹后保存在真空干燥箱内；
（2）熔炼：在保护气氛下，将铝锭加热至720～760℃熔化后保温45～60分钟，添加铝锭质量2～8%的覆盖剂，保温15～30分钟之后同时加入铝箔包裹好的Bi和Pb，并用石墨棒压入熔液内部，搅拌2～5分钟，搅拌过程中加入铝锭质量2～5%的覆盖剂，保温20～30分钟加入铝箔包裹好的Ga，并用石墨棒压入熔液内部，搅拌2～5分钟，搅拌过程中加入铝锭质量1～3%的覆盖剂，保温15～30分钟，然后将热熔体倒进预热到180～230℃的石墨模具中，冷却至室温；
（3）轧制：将步骤（2）冷却后的锭坯在室温下进行轧制处理，轧制后的厚度形变量为80～90%，轧制完成的样品用铝箔包裹好放入真空干燥箱保存；
（4）热处理：将步骤（3）轧制好的样品在保护气氛下，升温至350～550℃，升温时间为30～50分钟，保温4～10小时，随炉冷却，得到铝空气电池阳极材料。
3.根据权利要求2所述铝空气电池阳极材料的制备方法，其特征在于，步骤（1）铋、铅、镓、铝原料的纯度均为99.99%。
4.根据权利要求2所述铝空气电池阳极材料的制备方法，其特征在于，步骤（2）覆盖剂为氯化钠和氯化钾按照质量比1：4～6混合得到。
5.根据权利要求2所述铝空气电池阳极材料的制备方法，其特征在于，步骤（3）轧制分四次进行，首次轧制的厚度形变量为30～40%，第二次轧制的厚度形变量为15～25%，第三次轧制的厚度形变量为15～25%，第四次轧制的厚度形变量为5～15%。
6.根据权利要求2所述铝空气电池阳极材料的制备方法，其特征在于，步骤（1）和步骤（3）真空干燥箱的真空度大于50Pa，温度为-5～0℃。
7.根据权利要求2所述铝空气电池阳极材料的制备方法，其特征在于，步骤（2）和步骤（4）保护气氛为氮气气氛或氩气气氛。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811230263.6A CN109321766B (zh) | 2018-10-22 | 2018-10-22 | 一种铝空气电池阳极材料及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811230263.6A CN109321766B (zh) | 2018-10-22 | 2018-10-22 | 一种铝空气电池阳极材料及其制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109321766A true CN109321766A (zh) | 2019-02-12 |
| CN109321766B CN109321766B (zh) | 2021-02-05 |
Family
ID=65261246
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201811230263.6A Active CN109321766B (zh) | 2018-10-22 | 2018-10-22 | 一种铝空气电池阳极材料及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109321766B (zh) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110010885A (zh) * | 2019-04-08 | 2019-07-12 | 上海交通大学 | 铝空气电池阳极材料及其制备方法 |
| CN110042278A (zh) * | 2019-05-14 | 2019-07-23 | 上海汉行科技有限公司 | 一种铝空气电池阳极材料及其制备方法 |
| CN110911671A (zh) * | 2019-12-09 | 2020-03-24 | 王新跃 | 铝空气电池铝极板材料、铝空气电池铝极板及制备方法 |
| CN110931812A (zh) * | 2019-12-27 | 2020-03-27 | 广东省材料与加工研究所 | 铝空气电池用合金阳极材料及其制备方法以及铝空气电池 |
| CN113584351A (zh) * | 2021-06-08 | 2021-11-02 | 昆明理工大学 | 一种无稀土铝合金及其制备方法和应用 |
| CN114976037A (zh) * | 2022-06-23 | 2022-08-30 | 华星先进科学技术应用研究(天津)有限公司 | 一种锂离子电池用铝基负极极片及锂离子二次电池 |
| CN115149005A (zh) * | 2022-06-14 | 2022-10-04 | 昆明理工大学 | 一种铝空气电池含金属氧化物的阳极材料及其制备方法 |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4950560A (en) * | 1988-08-01 | 1990-08-21 | Aluminum Company Of America | Aluminum alloy and associated anode and battery |
| KR20060014921A (ko) * | 2004-08-12 | 2006-02-16 | 신양금속공업 주식회사 | 알루미늄 압출물의 열처리 방법과 그 열처리 방법으로제조된 알루미늄 압출물 |
| CN101901893A (zh) * | 2010-08-06 | 2010-12-01 | 浙江巨科铝业有限公司 | 电池用铝合金阳极材料及其制造方法 |
| CN105244489A (zh) * | 2015-08-31 | 2016-01-13 | 无锡市嘉邦电力管道厂 | 电池用铝合金阳极材料及其制造方法 |
| CN106340612A (zh) * | 2016-08-31 | 2017-01-18 | 云南冶金集团创能铝空气电池股份有限公司 | 盐水铝空气电池用铝合金负极及其制备方法 |
| CN106676343A (zh) * | 2016-11-29 | 2017-05-17 | 中国电子科技集团公司第十八研究所 | 一种海水电池用铝合金阳极材料及其制备方法 |
| CN106917010A (zh) * | 2017-04-25 | 2017-07-04 | 哈尔滨工业大学 | 一种铝合金阳极材料及其铸造方法与应用 |
| CN108642327A (zh) * | 2018-04-26 | 2018-10-12 | 广东省材料与加工研究所 | 一种铝空气电池用阳极材料及其制备方法 |
| CN111560542A (zh) * | 2020-05-11 | 2020-08-21 | 东北大学 | 一种碱性铝-空气电池用含钙铝合金阳极材料及制备方法 |
-
2018
- 2018-10-22 CN CN201811230263.6A patent/CN109321766B/zh active Active
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4950560A (en) * | 1988-08-01 | 1990-08-21 | Aluminum Company Of America | Aluminum alloy and associated anode and battery |
| KR20060014921A (ko) * | 2004-08-12 | 2006-02-16 | 신양금속공업 주식회사 | 알루미늄 압출물의 열처리 방법과 그 열처리 방법으로제조된 알루미늄 압출물 |
| CN101901893A (zh) * | 2010-08-06 | 2010-12-01 | 浙江巨科铝业有限公司 | 电池用铝合金阳极材料及其制造方法 |
| CN105244489A (zh) * | 2015-08-31 | 2016-01-13 | 无锡市嘉邦电力管道厂 | 电池用铝合金阳极材料及其制造方法 |
| CN106340612A (zh) * | 2016-08-31 | 2017-01-18 | 云南冶金集团创能铝空气电池股份有限公司 | 盐水铝空气电池用铝合金负极及其制备方法 |
| CN106676343A (zh) * | 2016-11-29 | 2017-05-17 | 中国电子科技集团公司第十八研究所 | 一种海水电池用铝合金阳极材料及其制备方法 |
| CN106917010A (zh) * | 2017-04-25 | 2017-07-04 | 哈尔滨工业大学 | 一种铝合金阳极材料及其铸造方法与应用 |
| CN108642327A (zh) * | 2018-04-26 | 2018-10-12 | 广东省材料与加工研究所 | 一种铝空气电池用阳极材料及其制备方法 |
| CN111560542A (zh) * | 2020-05-11 | 2020-08-21 | 东北大学 | 一种碱性铝-空气电池用含钙铝合金阳极材料及制备方法 |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110010885A (zh) * | 2019-04-08 | 2019-07-12 | 上海交通大学 | 铝空气电池阳极材料及其制备方法 |
| CN110042278A (zh) * | 2019-05-14 | 2019-07-23 | 上海汉行科技有限公司 | 一种铝空气电池阳极材料及其制备方法 |
| CN110911671A (zh) * | 2019-12-09 | 2020-03-24 | 王新跃 | 铝空气电池铝极板材料、铝空气电池铝极板及制备方法 |
| CN110931812A (zh) * | 2019-12-27 | 2020-03-27 | 广东省材料与加工研究所 | 铝空气电池用合金阳极材料及其制备方法以及铝空气电池 |
| CN110931812B (zh) * | 2019-12-27 | 2021-03-26 | 广东省材料与加工研究所 | 铝空气电池用合金阳极材料及其制备方法以及铝空气电池 |
| CN113584351A (zh) * | 2021-06-08 | 2021-11-02 | 昆明理工大学 | 一种无稀土铝合金及其制备方法和应用 |
| CN113584351B (zh) * | 2021-06-08 | 2022-06-24 | 昆明理工大学 | 一种无稀土铝合金及其制备方法和应用 |
| CN115149005A (zh) * | 2022-06-14 | 2022-10-04 | 昆明理工大学 | 一种铝空气电池含金属氧化物的阳极材料及其制备方法 |
| CN114976037A (zh) * | 2022-06-23 | 2022-08-30 | 华星先进科学技术应用研究(天津)有限公司 | 一种锂离子电池用铝基负极极片及锂离子二次电池 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN109321766B (zh) | 2021-02-05 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109321766A (zh) | 一种铝空气电池阳极材料及其制备方法 | |
| CN105177354B (zh) | 一种免维护铅酸蓄电池用正极板栅合金 | |
| Slavkov et al. | Effect of Sn and Ca doping on the corrosion of Pb anodes in lead acid batteries | |
| WO2024055747A1 (zh) | 一种复合屏蔽钇基合金材料及其制备方法与应用 | |
| JPH0433265A (ja) | 溶融炭酸塩型燃料電池用電極の製造方法 | |
| CN111755662A (zh) | 一种多元复合合金负极材料及其制备方法 | |
| CN110010885A (zh) | 铝空气电池阳极材料及其制备方法 | |
| CN103280565A (zh) | 一种铝合金阳极材料及其制备方法 | |
| US3981743A (en) | Method of preparing a lithium-aluminum electrode | |
| CN106906491A (zh) | 一种镍铁基抗氧化及耐腐蚀合金惰性阳极材料 | |
| CN111705337B (zh) | 一种熔盐原电池法制备铅钙母合金的方法 | |
| CN113540409A (zh) | 一种可调控的无锂负极及其制备方法 | |
| CN109396426A (zh) | 一种铝空气电池阳极材料的制备方法 | |
| CN107287470B (zh) | 一种包含纳米碳化钨材料的铅蓄电池板栅合金及制备方法 | |
| CN110042278A (zh) | 一种铝空气电池阳极材料及其制备方法 | |
| Khan et al. | Preparation of U-Nb alloy from oxide precursors by direct oxide electrochemical reduction method | |
| CN108808010A (zh) | 一种电动助力车铅蓄电池正极板栅合金及其制备方法 | |
| CN111560544B (zh) | 一种空气电池用阳极铝合金的制备方法和空气电池 | |
| CN114335549A (zh) | 提升高镍正极材料的热稳定性的包覆方法 | |
| CN104962954B (zh) | 一种熔盐电解制备稀土‑铝‑铜中间合金的方法及其合金 | |
| CN106784772B (zh) | 一种电池用铝合金负极材料及其制备方法 | |
| CN111411277A (zh) | 一种提高镁抗氧化能力的方法及镁钙合金 | |
| US11814705B1 (en) | Inconel 625 alloy with high aluminum content and preparation method thereof | |
| CN116093420B (zh) | 一种硒代硫化物固体电解质材料及其制备方法 | |
| CN113957305B (zh) | 一种新能源电池动力用含Sc的高活性铝合金阳极材料及其制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| OL01 | Intention to license declared | ||
| OL01 | Intention to license declared |