一種空氣電池用陽極材料及制備方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于金屬材料領(lǐng)域，具體涉及一種空氣電池用陽極材料及制備方法。本發(fā)明提供一種空氣電池用陽極材料，該合金材料的開路電壓負(fù)、自腐蝕速率低；本發(fā)明還提供一種空氣電池用陽極材料制備方法，該制備方法工藝簡單，生產(chǎn)成本低，適于工業(yè)化生產(chǎn)。本發(fā)明空氣電池用陽極材料，各成分的重量百分含量為：Zr0.5-0.8%，Sm0.01-0.04%，Cd0.5-0.7%，Be0.5-0.7%，F(xiàn)e0.05-0.07%，Os0.04-0.06%，Zn6-9%，其余為Mg。
【專利說明】一種空氣電池用陽極材料及制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于金屬材料領(lǐng)域，具體涉及一種空氣電池用陽極材料及制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]CN201210281070.X發(fā)明公開了一種空氣電池用含錳鋁合金陽極材料及其制備方法和應(yīng)用，空氣電池包括含錳鋁合金陽極，空氣陰極和中性電解液。陽極材料由以下重量百分比的元素組成:Mg:0.05~2.5% ；Sn:0.05~1.5% ；Ga:0.05~2.5% ；Mn:0.1~1% ;余量為 Al,采用惰性氣體保護(hù)感應(yīng)熔煉法制備。鋁基合金氧化鋁的存在導(dǎo)致自腐蝕速率低偏低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的就是針對(duì)上述技術(shù)缺陷，提供一種空氣電池用陽極材料，該合金材料的開路電壓負(fù)、自腐蝕速率低。
[0004]本發(fā)明的另一目的是提供一種空氣電池用陽極材料制備方法，該制備方法工藝簡單，生產(chǎn)成本低，適于工業(yè)化生產(chǎn)。
[0005]本發(fā)明技術(shù)方案如下:
一種空氣電池用陽極材料，其特征在于，各成分的重量百分含量為:Zr 0.5-0.8%，Sm0.01-0.04%, Cd 0.5-0.7%, Be 0.5-0.7%, Fe 0.05-0.07%, Os 0.04-0.06%, Zn 6-9%,其余為Mg。
[0006]一種空氣電池用陽極材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟:
1)首先按照上述成分進(jìn)行配料，原料Zr、Sm、Cd、Be、Fe、Os、Zn、Mg以純物質(zhì)形式加入，純度均大于99.9% ；
2)采用坩堝電阻爐熔煉合金原料，先將坩堝加熱至400~500°C，然后在坩堝壁及底部均勻地撒上占合金原料重量1-3%的鎂熔劑；然后將合金原料放入坩堝中，再在合金原料上撒上占合金原料重量2-3%的鎂熔劑，然后加熱坩堝，待坩堝中合金原料全部熔化后，撥去液面上的爐渣，撒入占合金原料重量3-5%的鎂熔劑，再將坩堝升溫至720-740°C，保溫
4-8min后，將熔融液態(tài)合金澆入鑄型中；
3)澆注前鑄型先放入充滿液氮的容器，停留20-30分鐘后取出，取出后在3-5分鐘內(nèi)將步驟2)熔融液態(tài)合金澆入鑄型的型腔，得到合金塊；澆注完成10-20分鐘后，將合金塊從鑄型中取出放入箱式電阻爐中加熱，加熱至110-120°C，保溫20-30分鐘，隨爐冷卻至室溫，SP得到空氣電池用陽極材料。
[0007]步驟2)中鎂熔劑的重量百分比含量為:KCl 24-28%, CaF2 10-12%，NaCl 4-7%,CaCl2 2-4%, MgO 0.5-0.7%, ZnCl2 0.9-1.3%, LiCl 0.5-0.8%，其余為 MgCl2。
[0008]步驟3)中鑄型通過以下方法制作:各成份按重量百分比蒙脫石5-7%，高嶺石1-2%，水3-6%，硼酸1_2%，其余為莫來石進(jìn)行配料；通過人工撞實(shí)方法將鑄型做好后，置于120-130°C爐中硬化20-30分鐘取出，冷卻至室溫。
[0009]所述蒙脫石的化學(xué)式為(Al, Mg) 2 [Si4O10] (OH) 2.ηΗ20,高嶺石的化學(xué)式為Al4[Si4O10].(OH)8，莫來石的化學(xué)式為3A1203.2Si02，蒙脫石、高嶺石為粉狀，粉粒尺寸為3-5微米，莫來石為砂粒，粒尺寸為200-250微米。
[0010]步驟3)中合金塊的長、寬、厚尺寸為150-200mm，80-100 mm, 15_20mm。
[0011]本發(fā)明的有益效果:
本發(fā)明在純鎂中加入合金元素Zr和Cd，電位穩(wěn)定負(fù)移，加入合金元素Zn后，極化曲線變化平緩，表明合金元素與鎂具有良好的電化學(xué)相容性。Mg和Fe元素可以形成共晶組織。加入合金元素Sm后，材料組織細(xì)化，開路電位負(fù)移，且變化趨勢(shì)較細(xì)化前平緩，Be元素作用可降低鎂合金的氧化性。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:材料工作電位負(fù)、自腐蝕速率低。試樣經(jīng)激冷鑄造并有低溫均勻化處理后，陽極材料組織更加均勻，具有較負(fù)的自腐蝕電位和工作電位，較好的陽極極化性能，表明均勻化處理后，陽極材料電化學(xué)性能能夠得到提高。
[0013]本發(fā)明制備中，沒有大量使用稀貴元素，所取原料成本降低；另外合金經(jīng)過較為快速冷卻，保證了合金成分、組織和性能的均勻性，因此也就保證了合金的質(zhì)量。該合金制備工藝簡便，過程簡單，生產(chǎn)的合金具有良好的性能，非常便于工業(yè)化生產(chǎn)。本發(fā)明將熔融合金澆入鑄型的型腔，采用快速冷卻、熱處理和合金化結(jié)合的方式，既有效降低合金中的相尺寸，保證化學(xué)成分的均勻分布， 保證了合金的電池性能，也保證了合金的力學(xué)性能。本發(fā)明合金材料可以應(yīng)用于電池行業(yè)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明實(shí)施例一制備的材料組織圖。
[0015]由圖1可見，本發(fā)明制備的組織均勻致密。
【具體實(shí)施方式】
[0016]以下各實(shí)施例中所用原料如下:
蒙脫石的化學(xué)式為(Al，Mg) JSi4O1J (OH)2.ηΗ20，蒙脫石為粉狀，粉粒尺寸為3-5微米。
[0017]高嶺石的化學(xué)式為Al4[Si4O1J.(OH)8，高嶺石為粉狀，粉粒尺寸為3-5微米。
[0018]莫來石的化學(xué)式為3Α1203.2Si02，莫來石為砂粒，粒尺寸為200-250微米。
[0019]實(shí)施例一:
本發(fā)明空氣電池用陽極材料，各成分的重量百分含量為:Zr 0.5%，Sm 0.01%, Cd 0.5%，Be 0.5%, Fe 0.05%, Os 0.04%, Zn 6%，其余為 Mg。
[0020]本發(fā)明空氣電池用陽極材料的制備方法，包括以下步驟:
1)首先按照上述成分進(jìn)行配料，原料Zr、Sm、Cd、Be、Fe、Os、Zn、Mg以純物質(zhì)形式加入，純度均大于99.9% ；
2)采用坩堝電阻爐熔煉合金原料，先將坩堝加熱至400°C，然后在坩堝壁及底部均勻地撒上占合金原料重量1%的鎂熔劑；然后將合金原料放入坩堝中，再在合金原料上撒上占合金原料重量2%的鎂熔劑，然后加熱坩堝，待坩堝中合金原料全部熔化后，撥去液面上的爐洛，撒入占合金原料重量3%的鎂熔劑，再將坩堝升溫至720V，保溫4min，目的是使合金均勻化，然后將熔融液態(tài)合金澆入鑄型中；所述鎂熔劑的重量百分比含量為=KCl 24%，CaF210%, NaCl 4%, CaCl2 2%, MgO 0.5%, ZnCl2 0.9%, LiCl 0.5%，其余為 MgCl2 ;所述鑄型通過以下方法制作:各成份按重量百分比蒙脫石5%，高嶺石1%，水3%，硼酸1%，其余為莫來石進(jìn)行配料，通過人工撞實(shí)方法將鑄型做好后，置于120°C爐中硬化20分鐘取出，冷卻至室溫；
3)澆注前鑄型先放入充滿液氮的容器，停留20分鐘后取出，取出后在3分鐘內(nèi)將步驟2)熔融液態(tài)合金澆入鑄型的型腔，得到合金塊，合金塊的長、寬、厚尺寸為150mm，80 mm,15mm ;澆注時(shí)型腔內(nèi)的溫度為-175~_185°C，澆注完成10分鐘后，將合金塊從鑄型中取出放入箱式電阻爐中加熱，加熱至110°C，保溫20分鐘，隨爐冷卻至室溫，即得到空氣電池用陽極材料。
[0021]實(shí)施例二:
本發(fā)明空氣電池用陽極材料，各成分的重量百分含量為:Zr 0.8%，Sm 0.04%, Cd 0.7%，Be 0.7%, Fe 0.07%, Os 0.06%, Zn 9%，其余為 Mg。
[0022]本發(fā)明空氣電池用陽極材料的制備方法，包括以下步驟:
1)首先按照上述成分進(jìn)行配料，原料Zr、Sm、Cd、Be、Fe、Os、Zn、Mg以純物質(zhì)形式加入，純度均大于99.9% ；
2)采用坩堝電阻爐熔煉合金原料，先將坩堝加熱至500°C，然后在坩堝壁及底部均勻地撒上占合金原料重量3%的鎂熔劑；然后將合金原料放入坩堝中，再在合金原料上撒上占合金原料重量3%的鎂熔劑，然后加熱坩堝，待坩堝中合金原料全部熔化后，撥去液面上的爐渣，撒入占合金原料重量5%的鎂熔劑，再將坩堝升溫至740V，保溫8min，目的是使合金均勻化，然后將熔融液態(tài)合金澆入鑄型中；所述鎂熔劑的重量百分比含量為=KCl 28%，CaF212%, NaCl 7%, CaCl2 4%, MgO 0.7%, ZnCl2 1.3%, LiCl 0.8%，其余為 MgCl2 ;所述鑄型通過以下方法制作:各成份按重量百分比蒙脫石7%，高嶺石2%，水6%，硼酸2%，其余為莫來石進(jìn)行配料，通過人工撞實(shí)方法將鑄型做好后，置于130°C爐中硬化30分鐘取出，冷卻至室溫；
3)澆注前鑄型先放入充滿液氮的容器，停留30分鐘后取出，取出后在5分鐘內(nèi)將步驟
`2)熔融液態(tài)合金澆入鑄型的型腔，`得到合金塊，合金塊的長、寬、厚尺寸為200mm，100 mm,20mm ;澆注時(shí)型腔內(nèi)的溫度為-175~_185°C，澆注完成20分鐘后，將合金塊從鑄型中取出放入箱式電阻爐中加熱，加熱至120°C，保溫30分鐘，隨爐冷卻至室溫，即得到空氣電池用陽極材料。
[0023]實(shí)施例三:
本發(fā)明空氣電池用陽極材料，各成分的重量百分含量為:Zr 0.7%，Sm 0.02%, Cd 0.6%，Be 0.6%，F(xiàn)e 0.06%, Os 0.045%，Zn8%，其余為 Mg。
[0024]本發(fā)明空氣電池用陽極材料的制備方法，包括以下步驟:
1)首先按照上述成分進(jìn)行配料，原料Zr、Sm、Cd、Be、Fe、Os、Zn、Mg以純物質(zhì)形式加入，純度均大于99.9% ；
2)采用坩堝電阻爐熔煉合金原料，先將坩堝加熱至450°C，然后在坩堝壁及底部均勻地撒上占合金原料重量2%的鎂熔劑；然后將合金原料放入坩堝中，再在合金原料上撒上占合金原料重量2.5%的鎂熔劑，然后加熱坩堝，待坩堝中合金原料全部熔化后，撥去液面上的爐渣，撒入占合金原料重量4%的鎂熔劑，再將坩堝升溫至730°C，保溫6min，目的是使合金均勻化，然后將熔融液態(tài)合金澆入鑄型中；所述鎂熔劑的重量百分比含量為=KCl 26%，CaF211%, NaCl 6%, CaCl2 3%, MgO 0.6%, ZnCl2 1.1%, LiCl 0.7%，其余為 MgCl2 ;所述鑄型通過以下方法制作:各成份按重量百分比蒙脫石6%，高嶺石1.5%，水4%，硼酸1.5%，其余為莫來石進(jìn)行配料，通過人工撞實(shí)方法將鑄型做好后，置于125°C爐中硬化25分鐘取出，冷卻至室溫；
3)澆注前鑄型先放入充滿液氮的容器，停留25分鐘后取出，取出后在4分鐘內(nèi)將步驟2)熔融液態(tài)合金澆入鑄型的型腔，得到合金塊，合金塊的長、寬、厚尺寸為175mm，90 mm,17mm ;澆注時(shí)型腔內(nèi)的溫度為-175~_185°C，澆注完成15分鐘后，將合金塊從鑄型中取出放入箱式電阻爐中加熱，加熱至115°C，保溫25分鐘，隨爐冷卻至室溫，即得到空氣電池用陽極材料。
[0025]實(shí)施例四:(成份配比不在本發(fā)明設(shè)計(jì)方案內(nèi))
本發(fā)明空氣電池用陽極材料，各成分的重量百分含量為:Zr 0.4%，Sm 0.007%, Cd
0.3%, Be 0.4%，F(xiàn)e 0.04%, Os 0.03%, Zn 5%，其余為 Mg。
[0026]本發(fā)明空氣電池用陽極材料的制備步驟同實(shí)施例一。
[0027]實(shí)施例五:(成份配比不在本發(fā)明設(shè)計(jì)方案內(nèi))
本發(fā)明空氣電池用陽極材料，各成分的重量百分含量為:Zr 0.9%，Sm 0.05%, Cd 0.8%，Be 0.9%，F(xiàn)e 0.09%, Os 0.07%, Zn 11%，其余為 Mg。
[0028]本發(fā)明空氣電池用陽極材料的制備步驟同實(shí)施例一。
[0029]表一:
【權(quán)利要求】
1.一種空氣電池用陽極材料，其特征是:各成分的重量百分含量為:Zr 0.5-0.8%，Sm0.01-0.04%, Cd 0.5-0.7%, Be 0.5-0.7%, Fe 0.05-0.07%, Os 0.04-0.06%, Zn 6-9%,其余為Mg。
2.權(quán)利要求1所述空氣電池用陽極材料的制備方法，其特征是:包括以下步驟: 1)首先按照上述成分進(jìn)行配料，原料Zr、Sm、Cd、Be、Fe、Os、Zn、Mg以純物質(zhì)形式加入，純度均大于99.9%； 2)采用坩堝電阻爐熔煉合金原料，先將坩堝加熱至400~500°C，然后在坩堝壁及底部均勻地撒上占合金原料重量1-3%的鎂熔劑；然后將合金原料放入坩堝中，再在合金原料上撒上占合金原料重量2-3%的鎂熔劑，然后加熱坩堝，待坩堝中合金原料全部熔化后，撥去液面上的爐渣，撒入占合金原料重量3-5%的鎂熔劑，再將坩堝升溫至720-740°C，保溫4-8min后，將熔融液態(tài)合金澆入鑄型中； 3)澆注前鑄型先放入充滿液氮的容器，停留20-30分鐘后取出，取出后在3-5分鐘內(nèi)將步驟2)熔融液態(tài)合金澆入鑄型的型腔，得到合金塊；澆注完成10-20分鐘后，將合金塊從鑄型中取出放入箱式電阻爐中加熱，加熱至110-120°C，保溫20-30分鐘，隨爐冷卻至室溫，SP得到空氣電池用陽極材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述空氣電池用陽極材料的制備方法，其特征是:步驟2)中鎂熔劑的重量百分比含量為:KC1 24-28%, CaF2 10-12%，NaCl 4-7%, CaCl2 2-4%, MgO 0.5-0.7%,ZnCl2 0.9-1.3%, LiCl 0.5-0.8%，其余為 MgCl2。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述高陽極利用率電池材料的制備方法，其特征是:步驟3)中鑄型通過以下方法制作:各成份按重量百分比蒙脫石5-7%,聞嶺石1-2%,水3-6%,硼酸1-2%,其余為莫來石進(jìn)行配料；通過人工撞實(shí)方法將鑄型做好后，置于120-130°C爐中硬化20-30分鐘取出，冷卻至室溫。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述空氣電池`用陽極材料的制備方法，其特征是:所述蒙脫石的化學(xué)式為(Al, Mg) JSi4O10] (OH)2.ηΗ20，高嶺石的化學(xué)式為Al4[Si401Q].(OH)8，莫來石的化學(xué)式為3Α1203.2Si02，蒙脫石、高嶺石為粉狀，粉粒尺寸為3-5微米，莫來石為砂粒，粒尺寸為200-250 微米。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述空氣電池用陽極材料的制備方法，其特征是:步驟3)中合金塊的長、寬、厚尺寸為 150-200臟，80-100 mm，15_20mm。
【文檔編號(hào)】C22C1/06GK103774018SQ201410076172
【公開日】2014年5月7日 申請(qǐng)日期:2014年3月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月4日
【發(fā)明者】趙浩峰, 王玲, 陶詔靈, 潘子云, 謝艷春, 龔國慶, 鄭澤昌, 王賀強(qiáng), 陸陽平, 何曉蕾, 徐小雪, 趙佳玉, 王冰, 邱奕婷, 宋超 申請(qǐng)人:南京信息工程大學(xué)