[发明专利]一种电池用铝合金负极材料、碱性电解液缓蚀剂、制备方法及应用

说明书

本发明属于铝氧化银电池技术领域，具体涉及一种电池用铝合金负极材料、碱性电解液缓蚀剂、制备方法及应用。电池用铝合金负极材料由组分组成：0.3％‑0.6％的Mg，0.03％‑0.05％的Ga，0.05％‑0.08％的Sn，0.05％‑0.08％的Hg，0.05‑0.08％的Bi，0.005％‑0.01％的Pb，0.03％‑0.06％的稀土Re、Er、Ce或Pr，其余为铝。碱性电解液缓蚀剂由以下组分组成：10g/L‑30g/L的锡酸钠或锡酸钾，0.02g/L‑0.08g/L的氢氧化铅，0.02g/L‑0.1g/L的氧化锌或硫酸锌。使得铝合金负极材料在保持高的电极电位的同时，具有较低的腐蚀速率。

技术领域

本发明属于铝氧化银电池技术领域，具体涉及一种电池用铝合金负极材料、碱性电解液缓蚀剂、制备方法及应用。

背景技术

铝氧化银电池作为目前电动力鱼雷的主要动力电源，其以铝合金为负极，氧化银为正极，以碱性溶液为电解质组成。铝作为铝氧化银电池的负极具有以下优点：首先铝的电化学当量高，为2.98Ah/g，仅次于锂的3.86Ah/g，远大于锌的0.82Ah/g；其次其电极电位较负，质量轻，能量密度大，在碱性溶液中的电极电位为-2.4V(vs。SCE)，理论比能量高达8100Wh/kg。然而，铝负极在碱性电解液中会发生严重的析氢腐蚀导致负极利用率下降，产生的过量氢气还存在一定的安全隐患，另外铝在碱性溶液中表面会形成氧化铝钝化膜，从而降低铝的活性，增加铝的极化，使得电池不能充分发挥高能电源的优势。另外，铝电极在反应过程中会产生铝酸盐，电解液的电导率会随着铝酸盐浓度的增加而降低，使得电池的电压降低。

目前，提高铝合金电极性能的途径主要有两种。一是采用合金化的方法，破坏铝表面的氧化铝钝化膜，提高铝的活性，同时提高铝负极的析氢过电势，降低铝的析氢腐蚀，提高材料利用率。已经研究的与铝形成合金的元素主要有Mg、Ga、Sn、Bi、Pb、Zn、In等。Ga能够改变纯铝晶粒在溶解过程中存在的各向异性，从而使铝负极腐蚀均匀，随着Ga含量的增加，铝负极的电位变负，但添加量过高，将明显降低电流效率。另一种途径是可以在电解液中加入缓蚀剂来降低铝负极的自腐蚀速率，同时保证铝负极具有一定的电化学活性。目前铝氧化银电池所用的电解液主要由氢氧化钠和锡酸盐组成，锡酸根离子可以与铝发生反应，在铝的表面沉积一层Sn，抑制铝的析氢腐蚀。

专利(公开号：CN101901893A)提出一种Al-Mg-Ga-Bi-Sn-In-Ca的七元铝合金的制备方法，该合金在3.5％NaCl+25％NaOH的电解液中具有良好的性能。但并没有测试其在铝氧化银电池所用氢氧化钠和锡酸钠电解液中的性能，另外，其合金元素以直接添加的形式添加，很难保证成分分布的均匀性和批次的稳定性，因此该材料并不一定适用于铝氧化银电池。

专利(申请号：202010254642.X)提出一种铝空气电池的碱性电解液缓蚀剂，由乙醇和锡酸钠组成，所用铝板为1060铝板，其成分主要为99.6％、0.25％Si、0.03％Mg，该成分铝板无法真正应用于铝氧化银电池上，另外从测试结果看，该缓蚀剂对铝合金工作电位的提升和自腐蚀速率的降低并不明显。而且乙二醇作为有机溶剂，添加到电解液中，易降低电解液的电导率，造成放电电压的降低。

综上所述，目前对于铝合金性能的提升，主要是单方面的研究铝合金成分或者调整电解液缓蚀剂的种类，而并没有有效地将两者结合起来，以此提升铝合金电极的性能。另外，根据文献报道可知，提升铝合金中Ga的含量能够明显的提升铝合金的电极电位，但也会导致铝合金的腐蚀速率增大、电流效率降低，而目前铝氧化银电池所用的缓蚀剂锡酸钠已无法起到有效缓蚀的目的。

发明内容

本专利针对现有铝合金负极材料存在缺陷，为进一步提升现有铝合金产品的性能，提出了一种八元的高电位铝合金负极材料，并针对该材料存在的析氢速率大的问题，研制了一种有效的电解液缓蚀剂，使得铝合金负极材料在保持高的电极电位的同时，具有较低的腐蚀速率。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：