一种不同电解液体系阳极材料及其制备方法与流程

本发明涉及阳极材料，具体为一种不同电解液体系阳极材料及其制备方法。

背景技术：

1、金属空气电池特别是铝空气电池和镁空气电池等只对外放电无需充电类型的一次电池。金属空气电池是一种纯金属或合金作为阳极或负极，空气电极作为阴极或正极，正负极之间填充电解液；金属或合金与电解液发生化学反应，金属或合金失去电子后，在空气电极侧与氧气结合形成的发电单元。具有绿色环保、安全、成本低、无燃烧爆炸风险等优势，在备用电源、孤岛、民用产品等领域得到广泛管制和开发。

2、金属空气电池的阳极材料多采用含有不同金属成分的金属铝，因此金属铝具有电极电位较负，理论能量密度高，电化当量小，资源丰富，价格便宜等方面的优点，目前金属铝已经逐渐成为电化学电池中常用的优良活性材料。

3、当前针对金属阳极材料的开发多集中在不同电解液体系对应不同金属成分的铝阳极材料，特别是镁空气电池，由于其镁的活性较高在碱性电解液体系下其自腐蚀速率较大，产热大造成无法正常使用，因此镁空气电池多为中性氯化钠电解液体系。而铝空气电池即可在中性氯化钠体系下使用，也可在碱性电解液体系下放电，但针对不同电解液体系需要更换不同铝阳极材料。

4、铝阳极材料是一种新型能源材料，添加的主要元素为ga、in、bi、zn、sn、mg、pb和混合稀土re等，以制备成三元、四元或多元铝合金阳极，如通过添加ga、in、sn、pb、mg、sc等元素形成的7元合金，制备含sc的高活性铝合金阳极材料，在80℃4mol氢氧化钠电解液体系下电化学性能达到1.58-1.69v，其放电性能和放电平台较高，但是测试所使用电解液温度已经达到80℃，该温度条件在实际产品中使用会存在一定危险性和不安全性，不具备商业化使用条件，且合金元素种类的增多以及高价格稀土元素的使用会提高原材料的成本，造成材料在应用端使用成本增高。

5、当然除合金元素的使用能够有效提高材料性能外，材料的加工工艺也能有效提升材料性能，如通过对合金元素进行氮气保护真空熔炼保温2h，并在nacl溶液中进行放电测试，结果显示在2mol/l电解液下达到稳定开路电压最短时间所对应的合金元素主要为ga-in-sn；而自腐蚀速率最小的合金配比为ga-in-sn-bi，说明现有阳极材料成分的优化并未实现电压稳定快和低自腐蚀的双重效果，且现有的阳极材料的合金的添加成分跨度范围较大，调控比例并不稳定，重要地，加工过程中需要一定的保温时间增加了材料加工和制造成本。

6、综上所述，目前铝阳极材料存在的问题主要包括：

7、1)一种铝阳极材料在不同电解液体系(碱性电解和nacl电解液)下需要开发不同合金体系，无法满足一种铝阳极材料在两种电解液的分别使用的需求；

8、2)高价值合金元素的添加、多元素、高含量合金元素等的使用，会造成的材料成本增加；

9、3)材料加工工艺过程中除熔炼外，还要进行保温、热处理等复杂工艺，使得加工成本增高。

10、因此，现在急需一种不同电解液体系阳极材料及其制备方法，能满足一种铝阳极材料在两种电解液的分别使用的需求，降低材料成本和加工成本，以优化现有的铝阳极材料及其制备工艺。

技术实现思路

1、本发明的目的之一在于提供一种不同电解液体系阳极材料，能满足一种铝阳极材料在两种电解液的分别使用的需求，降低材料成本和加工成本，以优化现有的铝阳极材料及其制备工艺。

2、本发明提供的基础方案一：一种不同电解液体系阳极材料，成分为：

3、sn：0.05％-0.3wt％；

4、bi：0.05％-0.3wt％；

5、ga：0.02％-0.07wt％；

6、in：0.02％-0.07wt％；

7、fe：<0.01wt％；

8、si：<0.01wt％；

9、余量为al。

10、进一步，所述sn的质量含量为0.145％；

11、所述bi的质量含量为0.135％；

12、所述ga的质量含量为0.045％；

13、所述in的质量含量为0.0285％；

14、所述fe的质量含量为≤0.008％；

15、所述si的质量含量为≤0.005％。

16、本发明的目的之二在于提供一种不同电解液体系阳极材料制备方法。

17、本发明提供基础方案二：一种不同电解液体系阳极材料制备方法，包括如下内容：

18、依次进行不同金属颗粒配比、熔炼、热轧、铣面、冷轧、矫直和裁切。

19、进一步，所述熔炼的温度为700-750℃，所需熔炼设备为中频感应炉。

20、进一步，所述热轧的温度为400-550℃，热轧厚度为10-15mm。

21、进一步，所述铣面的厚度为1-3mm。

22、进一步，所述冷轧的厚度为2-5mm。

23、进一步，所述矫直的平整度为小于0.2mm。

24、有益效果：阳极材料中添加bi、ga、in等元素具有较低的熔点，较高的密度，它们可以与al元素形成低共熔体。在电极工作温度下，低共熔体具有良好的流动性，能够破坏氧化膜，从而活化阳极；添加sn元素掺入到铝基体中，可以提高铝合金整体的析氢过电位，从而抑制析氢腐蚀反应，此外sn等能形成一些化合物或阳离子嵌入氧化膜，降低膜的致密性，从而起到活化作用，提升放电性能。

25、相对于传统的铝阳极材料，本方案减少了对高价值合金元素的添加，如pb、mg、sc等，从而降低合金元素的使用量，以降低成本；并且本方案还降低了部分元素的比例，如ga，在新制备方向下，该配比下ga的最优匹配没有超过0.07，从而也降低高价值合金元素的使用量，以降低成本；此外还减少了合金的添加成分跨度范围，调控比例更稳定；

26、同时本方案中阳极材料进行制备时，相对于传统的制备流程，还要进行保温、热处理等复杂工艺，本方案，使得加工成本增高，本方案减少中间加工流程，降低加工成本。

27、重要的是，本方案虽然减少了对高价值合金元素的添加和中间加工流程，但是加工出来的阳极材料，不仅能达到传统的阳极材料的放电性能，还实现电压稳定快和低自腐蚀的双重效果，特别是本方案所制备的阳极材料能够实现不同电解液的使用，如：nacl电解液和koh碱性电解液，在不同电解液体系下能保持高放电性能和低自腐蚀速率。

技术特征：

1.一种不同电解液体系阳极材料，其特征在于，成分为：

2.根据权利要求1所述的不同电解液体系阳极材料，其特征在于，所述sn的质量含量为0.145％；

3.一种不同电解液体系阳极材料制备方法，其特征在于，包括如下内容：

4.根据权利要求3所述的不同电解液体系阳极材料制备方法，其特征在于，所述熔炼的温度为700-750℃，所需熔炼设备为中频感应炉。

5.根据权利要求3所述的不同电解液体系阳极材料制备方法，其特征在于，所述热轧的温度为400-550℃，热轧厚度为10-15mm。

6.根据权利要求3所述的不同电解液体系阳极材料制备方法，其特征在于，所述铣面的厚度为1-3mm。

7.根据权利要求3所述的不同电解液体系阳极材料制备方法，其特征在于，所述冷轧的厚度为2-5mm。

8.根据权利要求3所述的不同电解液体系阳极材料制备方法，其特征在于：所述矫直的平整度为小于0.2mm。

技术总结
本发明涉及阳极材料技术领域，具体为一种不同电解液体系阳极材料及其制备方法，其成分为：Sn：0.05％‑0.3wt％；Bi：0.05％‑0.3wt％；Ga：0.02％‑0.07wt％；In：0.02％‑0.07wt％；Fe：<0.01wt％；Si：<0.01wt％；余量为Al，制备依次进行不同金属颗粒配比、熔炼、热轧、铣面、冷轧、矫直和裁切。本方案能满足一种铝阳极材料在两种电解液的分别使用的需求，降低材料成本和加工成本，以优化现有的铝阳极材料及其制备工艺。

技术研发人员：张战胜,汪云华,胡广来,周燕,孙黎明,李响,刘旺,马吉燕
受保护的技术使用者：重庆国创轻合金研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/5/8