一种铝空气电池铝合金阳极金属板的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种铝空气电池铝合金阳极的制备方法，属于铝空气电池电极领域。本发明专利技术采用工业铝加工产生的铝屑为原料，经过排水除油、粉碎、与锌粉混合、压实成型、热处理、热喷涂后得到铝合金阳极金属板。本发明专利技术利用金属切削加工形成的铝屑作为原材料，解决了废铝回收的问题，省去了铝屑再次电解加工的工艺，降低金属电极的制作成本；由铝屑压制成型的铝屑板表面具有孔隙，与电解质的比接触面积大，增强了电极放电反应；加入了镓、锡、铋元素且所需量小，能有效提高电极活性。

Method for preparing aluminium alloy anode metal plate of aluminium air battery

The invention discloses a method for preparing an aluminum alloy anode of an aluminum air battery, belonging to the aluminum air cell electrode field. The invention uses aluminum scraps produced from industrial aluminum as raw materials and obtains aluminum alloy anode metal plates after drainage, oil removal, crushing, mixing with zinc powder, compaction molding, heat treatment and thermal spraying. The invention uses metal cutting forming aluminum powder as raw materials, to solve the problem of aluminum recycling, eliminating the process of aluminum electrolysis processing chip again, reduce the cost of production of metal electrode; scrap aluminum plate surface by pressing the aluminum scraps with pore, the electrolyte and the ratio of contact area, enhances the electrode discharge reaction; joined gallium, tin, bismuth and the required amount is small, can effectively improve the electrode activity.

【技术实现步骤摘要】
一种铝空气电池铝合金阳极金属板的制备方法
本专利技术涉及一种铝空气电池铝合金阳极金属板的制备方法，属于铝空气电池电极领域。
技术介绍
铝金属电极是铝空气电池的重要组成部分。现有铝空气电池主要采用纯铝或铝合金作为金属电极负极。无论是纯铝还是铝合金，都需要使用高纯度的铝金属。工业制铝主要采用电解氧化铝的方法，电解一吨铝所需成本在16000元以上，成本高，这是限制铝空气电池商业化的一个方面。纯铝与氧气接触极易生成致密的氧化膜，用作电极时需要先消耗掉表面的氧化膜，降低电极活性，使电极钝化。同时，纯铝在强碱电解质中容易自腐蚀，引起电极极化，降低开路电压，并减少电池的容量。为此，可在纯铝中加入合金元素，使电极氧化膜形成缺陷，加快电极反应，并提高电极抗腐蚀性。目前应用较多的有Al与Zn、Bi、Te、In、Ga、Tl等二元合金系、Al-Ga-Mg和Al-In-Mg等三元合金系、Al-Ga-Bi-Pb、Al-Ga-Sn-Bi等四元合金系以及其他五元、六元合金系列。合金元素越多，电极的活性和抗腐蚀性越强，但多元合金系中包含的Bi、Te、In、Ga等元素价格高，致使多元合金阳极的成本高。即使是二元合金系中，也只有锌的价格较低。但二元合金效果远低于多元合金，而且如锌这样的合金元素只能增强电极活性，对抗腐蚀性的提高并不明显。铝空气电池的电流效率跟电解质与金属电极板之间的比接触面积有关，增大金属电极与电解质的比接触面积可以增大电极放电强度。而现有铝空气电池阳极，电极表面光滑，金属电极与电解质之间的比接触面积为一定值，放电强度无法改变。
技术实现思路
本专利技术针对铝空气电池金属电极制作成本高昂，金属电极表面、电解质比接触面积不高、制备周期长等问题，提供一种利用工业铝加工得到的切屑作为原料、与电解质比接触面积大的铝合金阳极金属板的制备方法。本专利技术提供的一种铝空气电池铝合金阳极金属板的制备方法，采用工业铝加工产生的铝屑为原料，经过排水除油、粉碎、与锌粉混合、压实成型、热处理、热喷涂后得到铝合金阳极金属板。所述的铝空气电池铝合金阳极金属板的制备方法，包括以下步骤：(1)排水除油：将工业加工产生的铝屑回收后，进行除油、去杂质、甩干；(2)粉碎：经排水除油后的铝屑放入内置直径20～30mm合金钢钢球的球磨机内球磨2～3小时，将其粉碎均匀，得到铝屑颗粒；由于铝屑表面本身具有一层氧化膜，降低了电极活性，若将铝屑粉碎得很细，会进一步增大氧化膜面积，故球磨时间不宜太长，得到的铝屑颗粒直径应为2～4mm；(3)与锌粉混合：将颗粒直径为100～120μm的锌粉加入到铝屑颗粒中，混合搅拌均匀，铝、锌混合颗粒中锌粉的质量分数为0.09％～0.11％；(4)压实成型：将步骤(3)所得的混合颗粒原料放在压力机的矩形模腔内，在170～200MPa下压制成型，制成截面为矩形、厚度为5～6mm、密度为2500～2600kg/m3的锌-铝屑板；(5)热处理：锌-铝屑板在490～510℃的温度下进行5小时的退火热处理；(6)热喷涂：在喷枪储料装置中设有铝、镓、锡、铋混合金属颗粒作为热喷涂喷枪的喷料，将其均匀地在锌-铝屑板表面上进行热喷涂。所述热喷涂过程中，以铝(99.16wt％～99.30wt％)、镓(0.1wt％～0.12wt％)、锡(0.1wt％～0.12wt％)、铋(0.5wt％～0.6wt％)混合金属颗粒为喷料，颗粒平均直径1～1.2mm，选用口径为0.8～2.0mm喷枪，加热混合物颗粒至1000℃～1200℃使其熔融后喷出，均匀地落在锌-铝屑板的大表面上，完整地在该表面上覆盖一层厚度为0.01～0.03mm的涂层。对于一个阳极对应一个空气电极的电池组，也可以只喷涂两个大表面上的其中一个，并在安装时将该表面正对空气电极，从而保证作为阳极的铝屑板电极反应表面活性最高。一次喷涂过程中，所用混合金属颗粒喷料的质量为50～60g。对于批量生产，所述热喷涂过程中所加的铝、镓、锡、铋混合金属颗粒喷料应尽可能加满整个喷枪储料装置，以满足连续工作的需要，喷涂完一块锌-铝屑阳极板后再继续进行下一块阳极板的喷涂。引出电极，即得到可作为铝空气电池阳极的金属极板。上述方法制得的铝合金阳极金属板也可先用稀盐酸溶液洗刷或浸泡1～2次，以减小铝屑上氧化膜的厚度，提高电极放电性能。本专利技术的有益效果：1.利用金属切削加工形成的铝屑作为原材料，解决了废铝回收的问题，省去了铝屑再次电解加工的工艺，降低金属电极的制作成本。2.由铝屑压制成型的铝屑板表面具有孔隙，与电解质的比接触面积大，增强了电极放电反应。3.加入的合金元素锌价格低廉，而镓、锡、铋只需覆盖在电极表面，所需量小，且能有效提高电极活性。4.由于铝屑成本低，故可忽略腐蚀对电池容量的影响。具体实施方式以下通过具体实施例对本专利技术作进一步的详细说明，但不应将此理解为本专利技术的范围仅限于以下实施例。在不脱离本专利技术上述方法思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换和变更，均应包含在本专利技术的范围内。实施例1：铝空气电池铝合金阳极金属板的制备方法具备包括以下步骤：1)将铝屑放入20％质量分数的碳酸氢钠溶液中浸泡30分钟，除去油渍，再用高压水枪喷水清洗铝屑杂质，在甩干机里甩干。2)将铝屑放入直径30mm合金钢钢球的球磨机内球磨2小时，得到平均直径为4mm的均匀铝屑颗粒。3)将149.865g铝屑颗粒与0.135g锌粉混合，锌粉占混合料的质量分数为0.09％，在搅拌机内混合搅拌15分钟，使其搅拌均匀。4)将锌-铝屑混合物颗粒放至压力机的100mm×100mm×6mm正方形截面模腔内，在170MPa下压成厚度为6mm、密度为2500～2600kg/m3的锌-铝屑板。5)对锌-铝屑板进行5小进的退火热处理，退火温度490℃。6)用口径为0.8mm的火焰喷枪将平均颗粒直径为1mm、质量分数分别为99.3％、0.1％、0.1％、0.5％的铝、镓、锡、铋的混合金属粉粒加热至1000℃使其熔化后喷涂到锌-铝屑板的两个尺寸为100mm×100mm的其中一个面上，覆盖完全，厚度为0.01mm；混合粉粒的总质量为50g。该阳极能用于一个阳极对应一个空气电极的电池组，且在安装时需将经热喷涂的表面正对于空气电极。实施例2：铝空气电池铝合金阳极金属板的制备方法具备包括以下步骤：1)用质量分数为30％碳酸氢钠溶洗刷铝屑3次，去除油渍，再用高压水枪喷水清洗铝屑杂质，在干燥的室内静置2天，晾干。2)将铝屑放入直径25mm合金钢钢球的球磨机内球磨2.5小时，得到平均直径为3mm的均匀铝屑颗粒。3)将149.85g铝屑颗粒与0.15g锌粉混合，锌粉占混合料的质量分数为0.1％，在搅拌机内混合搅拌15分钟，使其搅拌均匀。4)将锌-铝屑混合物颗粒放至压力机的100mm×120mm×5.5mm矩形截面模腔内，在180MPa下压成厚度为5.5mm、密度为2530～2600kg/m3的锌-铝屑板。5)对锌-铝屑板进行5小时的退火热处理，退火温度500℃。6)用浓度为25％的稀盐酸洗刷铝屑板1次，减少铝屑板上铝屑的表面氧化膜厚度。7)用口径为1.0mm的等离子喷枪将平均颗粒直径为1.1mm、质量分数分别为99.2％、0.1％、0.1％、0.6％的铝、镓、锡、铋的混合金属粉粒加热本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铝空气电池铝合金阳极金属板的制备方法，其特征在于：采用工业铝加工产生的铝屑为原料，经过排水除油、粉碎、与锌粉混合、压实成型、热处理、热喷涂后得到铝合金阳极金属板。

【技术特征摘要】
1.一种铝空气电池铝合金阳极金属板的制备方法，其特征在于：采用工业铝加工产生的铝屑为原料，经过排水除油、粉碎、与锌粉混合、压实成型、热处理、热喷涂后得到铝合金阳极金属板。2.根据权利要求1所述的铝空气电池铝合金阳极金属板的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)排水除油：将工业加工产生的铝屑进行除油、去杂质、甩干；(2)粉碎：经排水除油后的铝屑放入内置合金钢钢球的球磨机内，将其粉碎均匀，得到铝屑颗粒；(3)与锌粉混合：将铝屑颗粒与锌粉混合，铝、锌混合颗粒中锌粉的质量分数为0.09％～0.11％；(4)压实成型：将步骤(3)所得的混合颗粒原料放在压力机的矩形模腔内，在170～200MPa下压制成型，得到锌-铝屑板；(5)热处理：锌-铝屑板在490～510℃的温度下进行5小时的退火热处理；(6)热喷涂：在喷枪储料装置中设有铝、镓、锡、铋混合金属颗粒为热喷涂喷枪的喷料，将其均匀地在锌-铝屑板表上进行热喷涂，制得铝合金阳极金属板。3.根据权利要求2所述的铝空气电池铝合金阳极金属板的制备方法，其特征在于：所述粉碎过程为：用内置合金钢钢球的球磨机磨2～3小时，将其粉碎均匀，得到颗粒直径为2～4mm的铝屑颗粒。4.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：李春花，
申请(专利权)人：青岛祥智电子技术有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37