[发明专利]一种稀土铝合金电极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种稀土铝合金电极材料的制备方法，属于高性能电池用铝合金电极材料的制备技术领域。

背景技术

铝的电化当量高，为2980A·h·kg^-1，电极电位也较负，在碱性介质中可达-1.4V(vs.Hg/HgO)。因此，金属铝是一种理想的电极材料。由于铝在电解液中的腐蚀速度太快，产生大量的氢气，导致阳极的法拉第效率极低；同时铝表面所覆盖的氧化膜，致使铝阳极过电位升高，降低了阳极的电压效率，所以往往需要加入其它的元素进行改性。通常在铝合金加入能降低氧化膜电阻，形成低共熔体合金，并且具有高氢超电位的金属元素。稀土元素可以有效地细化铝合金晶粒，缩小铸锭中的柱状晶，改善共晶的片状和针状组织的组成物形态，而形成骨骼状组织，改善了铝合金中许多动态力学性能和工艺加工性能，稀土元素在铝合金中的强化作用和它在铝合金晶体中与位错有关，因为稀土元素在晶界和相界面的偏聚，不仅可以减少界面缺陷，改善铝合金的表面质量，更重要的是可以通过位错的交互作用来强化界面。La和Ce是稀土铝合金中最常用的添加元素。La加入铝中可以形成La₃Al、LaAl、LaAl₂、LaAl_x、LaAl₃、α-La₃Al₁₁和La₃Al₁₁等二元化合物；Ce加入铝中也可以形成α-Ce₃Al、β-Ce₃Al、CeAl、CeAl₂、CeAl₃、α-Ce₃Al₁₁、β--Ce₃Al₁₁等二元化合物。镓、铟也是可提高铝合金电化学性能的元素，而铅、铋、锡、锌、镁、镉等也可提高材料综合性能，锰可以与铁形成FeMnAl₆，从而抑制Fe对铝阳极库仑效率的降低。以Al-Ga、Al-In、Al-Ga-In合金为基质，再辅以铅、铋、锡、锌、镁、镉、铁等元素可以制成系列阳极材料。加拿大铝业公司ELTECH已研制了几种不同成分的具有高功率密度和高能量产出的铝合金。此外，铝阳极的形状对电池性能也有一定影响，适宜的电极形状可以减小铝电极的腐蚀率，增大电池功率和放电密度。当前铝合金阳极已经发展到三元甚至更多元合金，而且所应用的范围也越来越广。目前研究的合金体系比较多，但效果并不理想，对稀土掺杂铝合金阳极的研究也很少。有关磁场中铝合金凝固研究主要涉及铝合金结构材料，作为电极材料的研究还未见相关报道。

发明内容

本发明的目的是可克服现有技术的不足而提供一种性能优良的电池用稀土铝合金电极材料的制备方法。

本发明的目的是通过下述方式实现的。

一种稀土铝合金电极材料的制备方法：根据合金成分设计将计量好的铝置于刚玉坩埚中，使用电阻炉熔化，除渣除气，将合金元素用铝箔包好依次投入，完全熔化后，除渣，在熔液冷却过程中施加磁场处理直至凝固，磁场强度范围为0.001T-5T。

所述的稀土铝合金电极材料中铝的质量含量为50-99％，铝的纯度≥99.9％。

稀土铝合金电极材料中所用的合金元素包括：锌、铟、锡、锰、镓、铷、铋、铅、稀土中一种或几种；纯度均为99.999％。所述添加的稀土元素包括：镧、铈、镨、钕、镝、钇中一种或几种。

所述的添加的合金元素及占稀土铝合金电极材料质量百分比分别为：Zn：0.05～49％；Ga：0.05～0.15％；In：0.05～0.2％；Pb：0.01～0.10％；Sn：0.05～0.30％；Mn：0.05～0.30％；Re：0.05～0.50％；杂质质量含量≤0.01％。

所述的磁场为直流磁场、交流磁场或脉冲磁场。

本发明首次将外加磁场凝固处理稀土铝合金电极材料，细化结晶组织，降低铝合金腐蚀速率，减少表面钝化膜，提高电压效率及电流效率。从磁场带的波动效应来看：磁感应强度越大，电磁压力越大，波动越激烈，晶粒细化效果越显著；但磁场强度增大时，感应电流也相应成比例增加，而感应电流会在凝固体系内产生增大的热效应，从而使过冷度减少，进而使形核率下降，所以磁场强度过大时，反而会引起晶粒粗化。所以合适的磁场强度范围是比较重要的。