盐/碱电解液兼用的铝阳极材料及其制备方法和应用与流程

本申请涉及铝空气电池，具体涉及一种盐/碱电解液兼用的铝阳极材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、铝空气电池因比能量高、隐身性好等优势，可广泛应用于军用电源及边海防铝光柴储应急供电系统、地方通信备用电源及应急电源等方面。

2、铝空气电池的电解液主要有碱液和盐液两种。碱液通常为koh或naoh溶液，而盐液通常为nacl溶液；在碱性电解液中，铝阳极的金属铝转变为铝离子，同时铝阳极表面还发生了产生氢气的寄生反应，使铝空气电池的电性能降低。适用于碱性电解液的铝阳极，在盐液中时，铝阳极在空气和盐溶液的作用下，表面会自发形成保护氧化膜；保护氧化膜的存在，使铝阳极的腐蚀电位向正方向移动(约-0.8vvs.nhe)，导致铝阳极在盐液系统中反应迟钝，铝的活性溶解受到很大阻碍，导致铝阳极利用率低，产生显著的有效能量损失。通过提高铝阳极在盐液中的活性，使其在盐液中的铝阳极率利用提高，然而当该铝阳极用于碱性电解液时，寄生反应剧烈，反应容易失控，导致两种电解液体系的铝阳极无法兼容通用。

3、碱性电解液常用的koh和naoh为危化品，存在腐蚀性和安全性问题，且携带不便。使用过程中，当出现出现碱性电解液泄露或缺失而无法及时补充时，铝空气电池将无法工作。由于铝阳极不能兼容通用，此时无法通过加入易于补充的nacl溶液，使铝空气电池恢复工作。迫切需要能够在盐/碱电解液中兼用的铝阳极。

技术实现思路

1、本申请通过设计特定成份的铝合金，并对铝合金进行精炼、加工和热处理，制备了盐/碱电解液兼用的铝阳极材料。本申请的盐/碱电解液兼用的铝阳极材料和盐/碱电解液兼用的铝阳极，在电解液为碱液的铝空气电池或电解液为盐液的铝空气电池中均能使用，具有良好的兼容性；解决了现有的铝阳极无法在盐/碱电解液中兼用的问题。

2、为了达到上述目的，本申请采用以下技术方案予以实现。

3、本申请提供一种盐/碱电解液兼用的铝阳极材料，所述铝阳极材料按照质量百分比，包括：

4、mg 0.4-1.2％、sn 0.05-0.1％，ga 0.05-0.1％，余量为al。

5、本申请另一方面，提供上述盐/碱电解液兼用的铝阳极材料的制备方法，包括：

6、1)配料：按配比计算原料用量；

7、2)熔炼：加热al原料，在al原料开始熔化时加入覆盖剂；再升温至680-700℃，加入mg、sn、ga原料，搅拌、除渣，得到铝合金熔液；

8、3)精炼：将铝合金熔液升温至700-740℃，加入精炼剂，反应后静置、除渣，浇铸得到铸锭；精炼剂的用量为铝合金熔液重量的0.2-0.4wt％；

9、4)轧压：对铸锭进行轧制，轧制的压缩量为40％；

10、5)热处理：将轧制后的铸锭进行固溶处理，再依次进行回火、再结晶退火，得到盐/碱电解液兼用的铝阳极材料。

11、在一些实施方案中，所述精炼剂包括六氯乙烷、dsg铝合金除渣除气剂和铝精炼剂zs-aj01c；

12、所述六氯乙烷附载在氟硅酸钠或二氧化钛上。

13、在一些实施方案中，所述覆盖剂包括氯化钠、氯化钾、萤石和冰晶石。

14、在一些实施方案中，所述固溶处理的温度为535-545℃，时间为6-10h。

15、在一些实施方案中，所述回火的温度为140～160℃，时间为3～5h。

16、在一些实施方案中，所述再结晶退火的温度为80℃。

17、本申请的第三方面，提供上述盐/碱电解液兼用的铝阳极材料或上述制备方法制备的盐/碱电解液兼用的铝阳极材料在铝空气电池中的应用。

18、本申请的第四方面，提供一种盐/碱电解液兼用的铝阳极，所述盐/碱电解液兼用的铝阳极由上述铝阳极材料或上述制备方法制备的铝阳极材料制备。

19、本申请的第五方面，提供一种盐/碱电解液兼用的铝空气电池，所述盐/碱电解液兼用的铝空气电池包含上述盐/碱电解液兼用的铝阳极。

20、与现有技术相比，本申请的有益效果为：

21、本申请的盐/碱电解液兼用的铝阳极材料，通过mg、ga、sn和al元素的相互作用，在中性电解液和碱性电解溶液中都具有较好的电化学活性。铝阳极材料中，ga改变了纯铝晶粒在溶解过程中的各向异性，使铝电压负移，电化学活性提高，sn与ga形成低共熔混合物，破坏铝表面钝化膜，使铝表面钝化膜产生孔隙，从而产生大量的缺陷，促进四元合金的活性溶解；在四元合金溶解时，sn首先还原沉积在铝表面，ga又在沉积的sn的表面欠电位沉积，四元铝合金表面不断形成新的活性点，使铝阳极的电化学性能得到较大的改善。mg的化合物具有比铝基体更负的电极电位，在电化学反应过程中作为阳极先溶解，有利于提高铝阳极的电化学性能；mg与sn、ga等少量形成mg5ga2和mg2sn，并分布于弥散的第二相中，有利于改善腐蚀均匀性及减弱晶间腐蚀，析氢及自腐蚀速率降低，进一步改善铝阳极的电化学性能。本申请的铝阳极材料，在4mol/l氢氧化钠溶液中阳极利用率平均达到80％，析氢速率为64-67.2ml/min/120cm2；在15％氯化钠溶液中阳极利用率平均达到73.3％，析氢速率为37-42ml/min/120cm2，且生产工艺简单，易于大规模生产。

22、本申请的盐/碱电解液兼用的铝阳极材料的制备方法，通过固溶处理和回火处理，提升了铝阳极材料在盐液中的电化学性能。其中，固溶处理使铝合金阳极的电化学活性得到显著提高，但自腐蚀速率加快；通过回火处理，使自腐蚀速率降低，最终使铝阳极材料的电化学活性得到显著提高，而自腐蚀速率低。通过轧制，使铝合金由典型位错组织向动态再结晶组织转变，优化了铝合金的微观组织，使铝阳极电位负移，析氢速率降低，综合性能提高。

技术特征：

1.一种盐/碱电解液兼用的铝阳极材料，其特征在于，所述铝阳极材料按照质量百分比，包括：

2.一种根据权利要求1所述的盐/碱电解液兼用的铝阳极材料的制备方法，其特征在于，包括：

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述精炼剂包括六氯乙烷、dsg铝合金除渣除气剂和铝精炼剂zs-aj01c；

4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述覆盖剂包括氯化钠、氯化钾、萤石和冰晶石。

5.根据权利要求2或3所述的制备方法，其特征在于，所述固溶处理的温度为535-545℃，时间为6-10h。

6.根据权利要求2或3所述的制备方法，其特征在于，所述回火的温度为140～160℃，时间为3～5h。

7.根据权利要求2或3所述的制备方法，其特征在于，所述再结晶退火的温度为80℃。

8.权利要求1所述的铝阳极材料或权利要求2-7任一项所述的制备方法制备的铝阳极材料在铝空气电池中的应用。

9.一种盐/碱电解液兼用的铝阳极，其特征在于，由权利要求1所述的铝阳极材料或权利要求2-7任一项所述的制备方法制备的铝阳极材料制备。

10.一种盐/碱电解液兼用的铝空气电池，其特征在于，所述铝空气电池包含权利要求9所述的盐/碱电解液兼用的铝阳极。

技术总结
本申请涉及铝空气电池技术领域，公开了一种盐/碱电解液兼用的铝阳极材料及其制备方法和应用。盐/碱电解液兼用的铝阳极材料按照质量百分比，包括：Mg 0.4‑1.2％、Sn 0.05‑0.1％，Ga 0.05‑0.1％，余量为Al。其制备方法包括：按配比计算原料用量；加热Al原料，在Al原料开始熔化时加入覆盖剂；再加入Mg、Sn、Ga原料，得到铝合金熔液；将铝合金熔液升温至700‑740℃，加入精炼剂精炼，浇铸得到铸锭；对铸锭进行轧制；将轧制后的铸锭进行固溶处理，再依次进行回火、再结晶退火，得到盐/碱电解液兼用的铝阳极材料；再轧制合适厚度、矫直、切割得到铝阳极。本申请的铝阳极材料，在电解液为碱液的铝空气电池或电解液为盐液的铝空气电池中均能使用，且利用率高，析氢自腐蚀量小。

技术研发人员：董正豪,靳东晓,龙江涛
受保护的技术使用者：星铝新能源科技（徐州）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15