本发明属于铝空气电池技术领域，具体是涉及一种铝空气电池阳极材料及其制 备方法。
背景技术：
随着人类社会的快速发展和人类对于地球资源的开发和利用，地球的环境受到 了巨大的威胁，为了保护环境以及由于化石燃料的枯竭，人类迫切的需要新型能源 来满足我们的生产活动。金属-空气电池具有高效、清洁等特点，已经作为新能源 的储存装置被重视。金属-空气电池是以金属为负极、空气中的氧气为正极，并采 用一定的电解液为介质，在催化剂的作用下发生化学反应而产生电能。
目前，世界范围内金属-空气电池的研究方向主要包括：锌-空气电池、铝-空气 电池、锂-空气电池等，但是目前能够实现产业化的只有锌-空气电池，但是金属铝 相比于金属锌更活泼，具有更高的电化学活性。因此，铝-空气电池应具有更广阔 的发展前景。
铝是金属-空气电池中最完美的金属材料，因为(1)铝是地壳中含量最多的金 属，资源丰富，相比于金属锂的价格具有很大的优势；(2)铝的电化学当量为 2980Ah/kg，仅次于锂；(3)铝的电极电位较负，在中性溶液中其标准电极电位为- 1.66V(vs.SHE)，在碱性溶液中其标准电极电位为-2.35V(vs.SHE)。
铝-空气电池的工作环境一般为中性、碱性电解液，其中在碱性电解液中能得 到更高的性能，工作电压更高、更稳定。由于铝和氧在空气中能够形成一层致密的 氧化铝薄膜，使得铝在中性电解液中，电位达不到理论工作电位；同时由于纯铝在 碱性电解液中析氢腐蚀速率很高，造成铝的利用率降低，且放电时有电压滞后现 象。
通过大量的实验，我们发现通过微合金化开发出新型铝阳极材料，可减小铝的 自腐蚀速率，大幅度提高铝的电化学性能。目前已存在很多专利和其他文献报道， 通过向纯铝中添加Ga、Sn、Mg、Zn、In、Hg、Pb等合金元素能够破坏氧化膜或 降低铝的自腐蚀速率的高析氢电位，并以此改善铝阳极电化学性能。但是由于原料 铝一般采用99.99％的高纯铝，以及添加的贵金属都使得电池成本提高；同时由于 Ga、Sn、Hg、Pb等元素的密度较大且在铝中固溶度较低在铝中容易偏析，使添加 的元素不能完全的发挥自己的作用，导致铝的析氢腐蚀仍然很严重。所以寻找一类 合金元素添加比例合适的铝合金阳极材料，就显得尤为重要；同时，寻求一种合 适、简单的生产工艺，减小添加合金元素的偏析也尤为重要。
技术实现要素：
本发明是为了提供一种铝空气电池阳极材料及其制备方法，具有高电化学活 性、低自腐蚀速率。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种铝空气电池用铝阳极材料，其特征在于，由以下质量百分比的组分组成： 锑：0.2～0.4％，锰：0.3～0.6％，锆：0.1～0.3％，铅：0.01～0.05％，锡：0.01～ 0.05％，余量为铝。
本发明还具有如下技术特征：
1、如上所述的铝为99.99％的高纯铝，按质量百分比的组分组成：铝：99.99％，
铜：0.004％，硅：0.003％，铁：0.003％。
2、如上所述的一种铝空气电池用铝阳极材料，由以下质量百分比的组分组成：
锑：0.20％，锰：0.30％，锆：0.10％，铅：0.01％，锡：0.01％，余量为铝。
3、如上所述的一种铝空气电池用铝阳极材料，由以下质量百分比的组分组成：
锑：0.25％，锰：0.40％，锆：0.15％，铅：0.02％，锡：0.02％，余量为铝。
4、如上所述的一种铝空气电池用铝阳极材料，由以下质量百分比的组分组成：
锑：0.35％，锰：0.60％，锆：0.25％，铅：0.04％，锡：0.04％，余量为铝。
5、如上所述的一种铝空气电池用铝阳极材料，由以下质量百分比的组分组成：
锑：040.％，锰：0.60％，锆：0.30％，铅：0.05％，锡：0.05％，余量为铝。
6、如上所述的铝空气电池用铝阳极材料的制备方法，包含以下步骤：
步骤1，配料：采用高纯度铝、锑、铅、锡、铝锰中间合金和铝锆中间合金， 按照要求的比例进行配比；
步骤2，熔炼：将配比好的铝锭、铝锰中间合金和铝锆中间合金分多次加入进 行熔融，这样能够使得添加的合金元素分布均匀；待完全熔融后，加入金属锑、 金属铅和金属锡；加入六氯乙烷和二氧化钛混合物，除废渣，倒入模具，自然冷 却；
步骤3，轧制铝片：将步骤2中铸造的铝板进行轧制，并进行切割得到所需规 格铝片；
步骤4，热处理：将步骤3中轧制得到的铝片进行热处理，然后冷却，得到铝 空气电池用铝阳极材料。
7、如上所述的铝空气电池用铝阳极材料的制备方法，包含以下步骤：
步骤1，配料：本发明以纯度≥99.99％的铝锭，纯度≥99.99％的金属锑，纯度 ≥99.99％金属铅，纯度≥99.99％的金属锡，铝锰中间合金和铝锆中间合金为原料；并 按照要求的比例进行配比；
步骤2，熔炼：将配比好的铝锭、铝锰中间合金和铝锆中间合金分多次放入预 处理过的石墨坩埚里加热到750℃进行熔融；待完全熔融后，加入金属锑、金属铅 和金属锡并搅拌均匀；加入六氯乙烷和二氧化钛混合物，除去熔融液中的废渣，保 温20min，然后将熔融液倒入保温200-300℃的模具中，自然冷却；
步骤3，轧制铝片：将步骤2中铸造的铝板，先进行表面预处理，然后在200- 300℃下进行轧制，最后得到厚度为1.7±0.1mm的铝片；并进行切割得到所需规格 铝片；
步骤4，热处理：将步骤3中轧制得到的铝片放在井式炉中温度为500℃，时 间1h，然后随炉冷却，得到铝空气电池用铝阳极材料。
8、如上所述的铝空气电池用铝阳极材料的制备方法，步骤2中，加入的六氯乙烷 和二氧化钛混合物，其中六氯乙烷：二氧化钛的质量比＝2:1，总体的添加量为总熔 融液质量的0.5％-0.7％，并且分两次加入。
9、如上所述的铝空气电池用铝阳极材料的制备方法，步骤3中，将铝板加热到 200-300℃，然后进行辊压，首次轧制的形变量为剩余厚度的30％，第二次轧制的 形变量为剩余厚度的30％，第三次轧制的形变量为剩余厚度的20％，然后采用淬 火的方法消除应力，第四次轧制的形变量为剩余厚度的40％，第五次轧制的形变 量为剩余厚度的40％，第六次轧制的形变量为剩余厚度的40％。
11、上述制备方法中，步骤(2)中，预处理的石墨坩埚是指，新加工或长时间未使 用过的石墨坩埚，需要进行预处理。处理方法为：将石墨坩埚在900℃下，恒温 12h，然后随炉冷却。
12、上述制备方法中，步骤(2)中，向熔融液中添加金属锑、金属铅和金属锡时， 应用高纯铝箔将金属包裹，然后用石墨棒送至熔融液中下部，并沿一个方向匀速搅 拌2-3min，使得添加的合金元素分布均匀
13、上述制备方法中，步骤(2)中，添加六氯乙烷是为了精炼，带出废渣，加入二 氧化钛的作用是减缓精炼时的反应速度，延长精炼时间。六氯乙烷与二氧化钛的质 量比为2:1，总体的添加量为总熔融液质量的0.5％-0.7％。精炼时，一般分2-3次 加入，方法是用高纯铝箔包裹六氯乙烷和二氧化钛的混合物，用石墨棒送至石墨坩 埚的中下部，并进行搅拌。
14、上述制备方法中，步骤(3)中，铝板的轧制采用的是热轧的方法，将铝板加热 到200-300℃，然后进行辊压，首次轧制的形变量为剩余厚度的30％，第二次轧制 的形变量为剩余厚度的30％，第三次轧制的形变量为剩余厚度的20％，然后采用 淬火的方法消除应力，第四次轧制的形变量为剩余厚度的40％，第五次轧制的形 变量为剩余厚度的40％，第六次轧制的形变量为剩余厚度的40％。最终得到厚度 为1.7±0.1mm的铝片。
本发明提供的铝空气电池用铝阳极材料，向99.99％高纯铝中添加了锑、锰、 锆、铅和锡五种微量元素。其中，添加锑是由于锑对高纯铝中的硅具有积极的变质 作用，经细化后的共晶硅的晶粒呈薄层状，再经固溶处理后，共晶硅分断成粒状， 提高了合金的力学性能；添加锰是由于锰在铝合金中形成MnAl6的弥散质点，阻 止再结晶的粗大化，提高再结晶温度，有效地细化再结晶晶粒，并且能与高纯铝中 的杂质Fe形成Al3(Fe、Mn)等化合物，使铁的化合物形态从针状变成块状，能在 一定程度上改善韧性，即能溶解杂质Fe，减少Fe的有害作用，最后锰还可以使铝 的电极电位变小，提高铝阳极的耐腐蚀性；添加Zr是由于Zr可以和Al形成 Al3Zr，成为α固溶体的外来异质结晶核心，使结晶晶粒细化，同时Zr能与熔融合 金液中的氢反应，生成ZrH，溶于合金液起除气作用，减少针孔、输送等缺陷；添 加铅是由于铅是高析氢过电位元素，其能够有效的抑制析氢腐蚀，提高铝阳极的耐 腐蚀性和利用率；添加锡是由于其能够有效的抑制铝阳极氧化膜的生长，同时， Sn也是高析氢过电位元素，也能够抑制析氢腐蚀，提高铝阳极利用率。
本发明具有以下优点及有益效果：本发明通过配料、熔炼、轧制、热处理步 骤，得到了高电化学活性，自腐蚀析氢速率更低的铝空气电池用铝阳极材料。在 4mol/L的NaOH电解液中的开路电压为-1.85～-1.93V(vs.Hg/HgO)；自腐蚀析氢速 率大大降低，铝阳极利用率达到90％以上。同时，本发明提供的铸造方法，其工 艺简化，操作简单，能够实现大批量加工铝阳极，并且在一定程度上降低了炼制的 成本。
具体实施方法
下面结合实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。
实施例1：
一种铝空气电池用铝阳极材料，其组成质量百分比为：锑(Sb)0.20wt％，锰 (Mn)0.30wt％，锆(Zr)0.10wt％，铅(Pb)0.01wt％，锡(Sn)0.01wt％，余量为铝(Al)。 所述的铝为99.99％的高纯铝，按质量百分比的组分组成：铝：99.99％，铜： 0.004％，硅：0.003％，铁：0.003％。
本实施例铝空气电池用铝阳极材料的制备方法，步骤如下：
(1)配料：按照上述组分称取Sb、Pb、Sn、铝锰中间合金和铝锆中间合金，将成量 好的Sb、Pb和Sn用高纯铝箔包裹。Al、Sb、Pb和Sn的纯度≥99.99％。
(2)熔炼：分2-3次，将配比好的铝锭、铝锰中间合金和铝锆中间合金放在预处理过 得加热到750℃石墨坩埚里进行熔融；完全熔融后，用石墨棒将高纯铝箔包裹好 的锑(Sb)、铅(Pb)和锡(Sn)分别送入熔融液中下部，每次添加金属时搅拌1- 2min，并且保温10min。然后，分两次加入六氯乙烷和二氧化钛的混合物，进 行扒渣，其中m(六氯乙烷):m(二氧化钛)＝2:1，总体的添加量为总熔融液质量的 0.5％-0.7％。之后，再保温20min。最后，将熔融液倒入保温200-300℃的模具 中，自然冷却。
(3)轧制铝片：将(2)中铸造的铝板，先进行表面预处理，然后进行热轧，将铝板加 热到200-300℃，然后进行辊压，首次轧制的形变量为剩余厚度的30％，第二次 轧制的形变量为剩余厚度的30％，第三次轧制的形变量为剩余厚度的20％，然 后采用淬火的方法消除应力，第四次轧制的形变量为剩余厚度的40％，第五次 轧制的形变量为剩余厚度的40％，第六次轧制的形变量为剩余厚度的40％。最 终得到厚度为1.7±0.1mm的铝片，并进行切割得到所需尺寸的铝片。
(4)热处理：将(3)中轧制得到的铝片放在井式炉中温度为500℃，时间1h，然后随 炉冷却，得到铝空气电池用铝阳极材料。
实施例2：
一种铝空气电池用铝阳极材料，其组成质量百分比为：锑(Sb)0.25wt％，锰 (Mn)0.40wt％，锆(Zr)0.15wt％，铅(Pb)0.02wt％，锡(Sn)0.02wt％，余量为铝(Al)。 所述的铝为99.99％的高纯铝，按质量百分比的组分组成：铝：99.99％，铜： 0.004％，硅：0.003％，铁：0.003％。
本实施例铝空气电池用铝阳极材料的制备方法，步骤如下：
(1)配料：按照上述组分称取Sb、Pb、Sn、铝锰中间合金和铝锆中间合金，将成量 好的Sb、Pb和Sn用高纯铝箔包裹。Al、Sb、Pb和Sn的纯度≥99.99％。
(2)熔炼：分2-3次，将配比好的铝锭、铝锰中间合金和铝锆中间合金放在预处理过 得加热到750℃石墨坩埚里进行熔融；完全熔融后，用石墨棒将高纯铝箔包裹好 的锑(Sb)、铅(Pb)和锡(Sn)分别送入熔融液中下部，每次添加金属时搅拌1- 2min，并且保温10min。然后，分两次加入六氯乙烷和二氧化钛的混合物，进 行扒渣，其中m(六氯乙烷):m(二氧化钛)＝2:1，总体的添加量为总熔融液质量的 0.5％-0.7％。之后，再保温20min。最后，将熔融液倒入保温200-300℃的模具 中，自然冷却。
(3)轧制铝片：将(2)中铸造的铝板，先进行表面预处理，然后进行热轧，将铝板加 热到200-300℃，然后进行辊压，首次轧制的形变量为剩余厚度的30％，第二次 轧制的形变量为剩余厚度的30％，第三次轧制的形变量为剩余厚度的20％，然 后采用淬火的方法消除应力，第四次轧制的形变量为剩余厚度的40％，第五次 轧制的形变量为剩余厚度的40％，第六次轧制的形变量为剩余厚度的40％。最 终得到厚度为1.7±0.1mm的铝片，并进行切割得到所需尺寸的铝片。
(4)热处理：将(3)中轧制得到的铝片放在井式炉中温度为500℃，时间1h，然后随 炉冷却，得到铝空气电池用铝阳极材料。
实施例3：
一种铝空气电池用铝阳极材料，其组成质量百分比为：锑(Sb)0.30wt％，锰 (Mn)0.50wt％，锆(Zr)0.20wt％，铅(Pb)0.03wt％，锡(Sn)0.03wt％，余量为铝(Al)。 所述的铝为99.99％的高纯铝，按质量百分比的组分组成：铝：99.99％，铜： 0.004％，硅：0.003％，铁：0.003％。
本实施例铝空气电池用铝阳极材料的制备方法，步骤如下：
(1)配料：按照上述组分称取Sb、Pb、Sn、铝锰中间合金和铝锆中间合金，将成量 好的Sb、Pb和Sn用高纯铝箔包裹。Al、Sb、Pb和Sn的纯度≥99.99％。
(2)熔炼：分2-3次，将配比好的铝锭、铝锰中间合金和铝锆中间合金放在预处理过 得加热到750℃石墨坩埚里进行熔融；完全熔融后，用石墨棒将高纯铝箔包裹好 的锑(Sb)、铅(Pb)和锡(Sn)分别送入熔融液中下部，每次添加金属时搅拌1- 2min，并且保温10min。然后，分两次加入六氯乙烷和二氧化钛的混合物，进 行扒渣，其中m(六氯乙烷):m(二氧化钛)＝2:1，总体的添加量为总熔融液质量的 0.5％-0.7％。之后，再保温20min。最后，将熔融液倒入保温200-300℃的模具 中，自然冷却。
(3)轧制铝片：将(2)中铸造的铝板，先进行表面预处理，然后进行热轧，将铝板加 热到200-300℃，然后进行辊压，首次轧制的形变量为剩余厚度的30％，第二次 轧制的形变量为剩余厚度的30％，第三次轧制的形变量为剩余厚度的20％，然 后采用淬火的方法消除应力，第四次轧制的形变量为剩余厚度的40％，第五次 轧制的形变量为剩余厚度的40％，第六次轧制的形变量为剩余厚度的40％。最 终得到厚度为1.7±0.1mm的铝片，并进行切割得到所需尺寸的铝片。
(4)热处理：将(3)中轧制得到的铝片放在井式炉中温度为500℃，时间1h，然后随 炉冷却，得到铝空气电池用铝阳极材料。
实施例4：
一种铝空气电池用铝阳极材料，其组成质量百分比为：锑(Sb)0.35wt％，锰 (Mn)0.60wt％，锆(Zr)0.25wt％，铅(Pb)0.04wt％，锡(Sn)0.04wt％，余量为铝(Al)。 所述的铝为99.99％的高纯铝，按质量百分比的组分组成：铝：99.99％，铜： 0.004％，硅：0.003％，铁：0.003％。
本实施例铝空气电池用铝阳极材料的制备方法，步骤如下：
(1)配料：按照上述组分称取Sb、Pb、Sn、铝锰中间合金和铝锆中间合金，将成量 好的Sb、Pb和Sn用高纯铝箔包裹。Al、Sb、Pb和Sn的纯度≥99.99％。
(2)熔炼：分2-3次，将配比好的铝锭、铝锰中间合金和铝锆中间合金放在预处理过 得加热到750℃石墨坩埚里进行熔融；完全熔融后，用石墨棒将高纯铝箔包裹好 的锑(Sb)、铅(Pb)和锡(Sn)分别送入熔融液中下部，每次添加金属时搅拌1- 2min，并且保温10min。然后，分两次加入六氯乙烷和二氧化钛的混合物，进 行扒渣，其中m(六氯乙烷):m(二氧化钛)＝2:1，总体的添加量为总熔融液质量的 0.5％-0.7％。之后，再保温20min。最后，将熔融液倒入保温200-300℃的模具 中，自然冷却。
(3)轧制铝片：将(2)中铸造的铝板，先进行表面预处理，然后进行热轧，将铝板加 热到200-300℃，然后进行辊压，首次轧制的形变量为剩余厚度的30％，第二次 轧制的形变量为剩余厚度的30％，第三次轧制的形变量为剩余厚度的20％，然 后采用淬火的方法消除应力，第四次轧制的形变量为剩余厚度的40％，第五次 轧制的形变量为剩余厚度的40％，第六次轧制的形变量为剩余厚度的40％。最 终得到厚度为1.7±0.1mm的铝片，并进行切割得到所需尺寸的铝片。
(4)热处理：将(3)中轧制得到的铝片放在井式炉中温度为500℃，时间1h，然后随 炉冷却，得到铝空气电池用铝阳极材料。
实施例5：
一种铝空气电池用铝阳极材料，其组成质量百分比为：锑(Sb)0.40wt％，锰 (Mn)0.60wt％，锆(Zr)0.30wt％，铅(Pb)0.05wt％，锡(Sn)0.05wt％，余量为铝(Al)。 所述的铝为99.99％的高纯铝，按质量百分比的组分组成：铝：99.99％，铜： 0.004％，硅：0.003％，铁：0.003％。
本实施例铝空气电池用铝阳极材料的制备方法，步骤如下：
(1)配料：按照上述组分称取Sb、Pb、Sn、铝锰中间合金和铝锆中间合金，将成量 好的Sb、Pb和Sn用高纯铝箔包裹。Al、Sb、Pb和Sn的纯度≥99.99％。
(2)熔炼：分2-3次，将配比好的铝锭、铝锰中间合金和铝锆中间合金放在预处理过 得加热到750℃石墨坩埚里进行熔融；完全熔融后，用石墨棒将高纯铝箔包裹好 的锑(Sb)、铅(Pb)和锡(Sn)分别送入熔融液中下部，每次添加金属时搅拌1- 2min，并且保温10min。然后，分两次加入六氯乙烷和二氧化钛的混合物，进 行扒渣，其中m(六氯乙烷):m(二氧化钛)＝2:1，总体的添加量为总熔融液质量的 0.5％-0.7％。之后，再保温20min。最后，将熔融液倒入保温200-300℃的模具 中，自然冷却。
(3)轧制铝片：将(2)中铸造的铝板，先进行表面预处理，然后进行热轧，将铝板加 热到200-300℃，然后进行辊压，首次轧制的形变量为剩余厚度的30％，第二次 轧制的形变量为剩余厚度的30％，第三次轧制的形变量为剩余厚度的20％，然 后采用淬火的方法消除应力，第四次轧制的形变量为剩余厚度的40％，第五次 轧制的形变量为剩余厚度的40％，第六次轧制的形变量为剩余厚度的40％。最 终得到厚度为1.7±0.1mm的铝片，并进行切割得到所需尺寸的铝片。
(4)热处理：将(3)中轧制得到的铝片放在井式炉中温度为500℃，时间1h，然后随 炉冷却，得到铝空气电池用铝阳极材料。