本發(fā)明涉及一種鋁空氣電池鋁合金陽極金屬板的制備方法，屬于鋁空氣電池電極領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

鋁金屬電極是鋁空氣電池的重要組成部分?，F(xiàn)有鋁空氣電池主要采用純鋁或鋁合金作為金屬電極負極。無論是純鋁還是鋁合金，都需要使用高純度的鋁金屬。工業(yè)制鋁主要采用電解氧化鋁的方法，電解一噸鋁所需成本在16000元以上，成本高，這是限制鋁空氣電池商業(yè)化的一個方面。

純鋁與氧氣接觸極易生成致密的氧化膜，用作電極時需要先消耗掉表面的氧化膜，降低電極活性，使電極鈍化。同時，純鋁在強堿電解質(zhì)中容易自腐蝕，引起電極極化，降低開路電壓，并減少電池的容量。為此，可在純鋁中加入合金元素，使電極氧化膜形成缺陷，加快電極反應(yīng)，并提高電極抗腐蝕性。

目前應(yīng)用較多的有Al與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，電極的活性和抗腐蝕性越強，但多元合金系中包含的Bi、Te、In、Ga等元素價格高，致使多元合金陽極的成本高。即使是二元合金系中，也只有鋅的價格較低。但二元合金效果遠低于多元合金，而且如鋅這樣的合金元素只能增強電極活性，對抗腐蝕性的提高并不明顯。

鋁空氣電池的電流效率跟電解質(zhì)與金屬電極板之間的比接觸面積有關(guān)，增大金屬電極與電解質(zhì)的比接觸面積可以增大電極放電強度。而現(xiàn)有鋁空氣電池陽極，電極表面光滑，金屬電極與電解質(zhì)之間的比接觸面積為一定值，放電強度無法改變。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對鋁空氣電池金屬電極制作成本高昂，金屬電極表面、電解質(zhì)比接觸面積不高、制備周期長等問題，提供一種利用工業(yè)鋁加工得到的切屑作為原料、與電解質(zhì)比接觸面積大的鋁合金陽極金屬板的制備方法。

本發(fā)明提供的一種鋁空氣電池鋁合金陽極金屬板的制備方法，采用工業(yè)鋁加工產(chǎn)生的鋁屑為原料，經(jīng)過排水除油、粉碎、與鋅粉混合、壓實成型、熱處理、熱噴涂后得到鋁合金陽極金屬板。

所述的鋁空氣電池鋁合金陽極金屬板的制備方法，包括以下步驟：

(1)排水除油：

將工業(yè)加工產(chǎn)生的鋁屑回收后，進行除油、去雜質(zhì)、甩干；

(2)粉碎：

經(jīng)排水除油后的鋁屑放入內(nèi)置直徑20～30mm合金鋼鋼球的球磨機內(nèi)球磨2～3小時，將其粉碎均勻，得到鋁屑顆粒；由于鋁屑表面本身具有一層氧化膜，降低了電極活性，若將鋁屑粉碎得很細，會進一步增大氧化膜面積，故球磨時間不宜太長，得到的鋁屑顆粒直徑應(yīng)為2～4mm；

(3)與鋅粉混合：

將顆粒直徑為100～120μm的鋅粉加入到鋁屑顆粒中，混合攪拌均勻，鋁、鋅混合顆粒中鋅粉的質(zhì)量分數(shù)為0.09％～0.11％；

(4)壓實成型：

將步驟(3)所得的混合顆粒原料放在壓力機的矩形模腔內(nèi)，在170～200MPa下壓制成型，制成截面為矩形、厚度為5～6mm、密度為2500～2600kg/m 3的鋅-鋁屑板；

(5)熱處理：

鋅-鋁屑板在490～510℃的溫度下進行5小時的退火熱處理；

(6)熱噴涂：

在噴槍儲料裝置中設(shè)有鋁、鎵、錫、鉍混合金屬顆粒作為熱噴涂噴槍的噴料，將其均勻地在鋅-鋁屑板表面上進行熱噴涂。

所述熱噴涂過程中，以鋁(99.16wt％～99.30wt％)、鎵(0.1wt％～0.12wt％)、錫(0.1wt％～0.12wt％)、鉍(0.5wt％～0.6wt％)混合金屬顆粒為噴料，顆粒平均直徑1～1.2mm，選用口徑為0.8～2.0mm噴槍，加熱混合物顆粒至1000℃～1200℃使其熔融后噴出，均勻地落在鋅-鋁屑板的大表面上，完整地在該表面上覆蓋一層厚度為0.01～0.03mm的涂層。

對于一個陽極對應(yīng)一個空氣電極的電池組，也可以只噴涂兩個大表面上的其中一個，并在安裝時將該表面正對空氣電極，從而保證作為陽極的鋁屑板電極反應(yīng)表面活性最高。

一次噴涂過程中，所用混合金屬顆粒噴料的質(zhì)量為50～60g。對于批量生產(chǎn)，所述熱噴涂過程中所加的鋁、鎵、錫、鉍混合金屬顆粒噴料應(yīng)盡可能加滿整個噴槍儲料裝置，以滿足連續(xù)工作的需要，噴涂完一塊鋅-鋁屑陽極板后再繼續(xù)進行下一塊陽極板的噴涂。

引出電極，即得到可作為鋁空氣電池陽極的金屬極板。

上述方法制得的鋁合金陽極金屬板也可先用稀鹽酸溶液洗刷或浸泡1～2次，以減小鋁屑上氧化膜的厚度，提高電極放電性能。

本發(fā)明的有益效果：

1.利用金屬切削加工形成的鋁屑作為原材料，解決了廢鋁回收的問題，省去了鋁屑再次電解加工的工藝，降低金屬電極的制作成本。

2.由鋁屑壓制成型的鋁屑板表面具有孔隙，與電解質(zhì)的比接觸面積大，增強了電極放電反應(yīng)。

3.加入的合金元素鋅價格低廉，而鎵、錫、鉍只需覆蓋在電極表面，所需量小，且能有效提高電極活性。

4.由于鋁屑成本低，故可忽略腐蝕對電池容量的影響。

具體實施方式

以下通過具體實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明，但不應(yīng)將此理解為本發(fā)明的范圍僅限于以下實施例。在不脫離本發(fā)明上述方法思想的情況下，根據(jù)本領(lǐng)域普通技術(shù)知識和慣用手段做出的各種替換和變更，均應(yīng)包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)。

實施例1：鋁空氣電池鋁合金陽極金屬板的制備方法

具備包括以下步驟：

1)將鋁屑放入20％質(zhì)量分數(shù)的碳酸氫鈉溶液中浸泡30分鐘，除去油漬，再用高壓水槍噴水清洗鋁屑雜質(zhì)，在甩干機里甩干。

2)將鋁屑放入直徑30mm合金鋼鋼球的球磨機內(nèi)球磨2小時，得到平均直徑為4mm的均勻鋁屑顆粒。

3)將149.865g鋁屑顆粒與0.135g鋅粉混合，鋅粉占混合料的質(zhì)量分數(shù)為0.09％，在攪拌機內(nèi)混合攪拌15分鐘，使其攪拌均勻。

4)將鋅-鋁屑混合物顆粒放至壓力機的100mm×100mm×6mm正方形截面模腔內(nèi)，在170MPa下壓成厚度為6mm、密度為2500～2600kg/m 3的鋅-鋁屑板。

5)對鋅-鋁屑板進行5小進的退火熱處理，退火溫度490℃。

6)用口徑為0.8mm的火焰噴槍將平均顆粒直徑為1mm、質(zhì)量分數(shù)分別為99.3％、0.1％、0.1％、0.5％的鋁、鎵、錫、鉍的混合金屬粉粒加熱至1000℃使其熔化后噴涂到鋅-鋁屑板的兩個尺寸為100mm×100mm的其中一個面上，覆蓋完全，厚度為0.01mm；混合粉粒的總質(zhì)量為50g。

該陽極能用于一個陽極對應(yīng)一個空氣電極的電池組，且在安裝時需將經(jīng)熱噴涂的表面正對于空氣電極。

實施例2：鋁空氣電池鋁合金陽極金屬板的制備方法

具備包括以下步驟：

1)用質(zhì)量分數(shù)為30％碳酸氫鈉溶洗刷鋁屑3次，去除油漬，再用高壓水槍噴水清洗鋁屑雜質(zhì)，在干燥的室內(nèi)靜置2天，晾干。

2)將鋁屑放入直徑25mm合金鋼鋼球的球磨機內(nèi)球磨2.5小時，得到平均直徑為3mm的均勻鋁屑顆粒。

3)將149.85g鋁屑顆粒與0.15g鋅粉混合，鋅粉占混合料的質(zhì)量分數(shù)為0.1％，在攪拌機內(nèi)混合攪 拌15分鐘，使其攪拌均勻。

4)將鋅-鋁屑混合物顆粒放至壓力機的100mm×120mm×5.5mm矩形截面模腔內(nèi)，在180MPa下壓成厚度為5.5mm、密度為2530～2600kg/m 3的鋅-鋁屑板。

5)對鋅-鋁屑板進行5小時的退火熱處理，退火溫度500℃。

6)用濃度為25％的稀鹽酸洗刷鋁屑板1次，減少鋁屑板上鋁屑的表面氧化膜厚度。

7)用口徑為1.0mm的等離子噴槍將平均顆粒直徑為1.1mm、質(zhì)量分數(shù)分別為99.2％、0.1％、0.1％、0.6％的鋁、鎵、錫、鉍的混合金屬粉粒加熱至1100℃使其熔化后噴涂到鋅-鋁屑板的兩個尺寸為100mm×120mm的表面上，覆蓋完全，厚度為0.02mm；混合粉粒的總質(zhì)量為55g。

該陽極對應(yīng)兩個空氣電極，兩個大表面分別正對一個空氣電極；也能用于一個陽極對應(yīng)一個空氣電極的情況，此時兩個大表面可以隨意選一個用于正對空氣電極。

實施例3：鋁空氣電池鋁合金陽極金屬板的制備方法

具備包括以下步驟：

1)用質(zhì)量分數(shù)為15％碳酸氫鈉溶浸泡鋁屑1小時，去除油漬，再用高壓水槍噴水清洗鋁屑雜質(zhì)，在干燥的室內(nèi)靜置2天，晾干。

2)鋁屑放入合金鋼鋼球的球磨機內(nèi)球磨3小時，得到平均直徑為2mm的較均勻鋁屑顆粒。

3)用濃度為25％的稀鹽酸洗刷鋁屑板1次，減少鋁屑板上鋁屑的表面氧化膜厚度。

4)將149.835g鋁屑顆粒與0.165g鋅粉混合，鋅粉占混合料的質(zhì)量分數(shù)為0.11％，在攪拌機內(nèi)混合均勻攪拌15分鐘。

5)將鋅-鋁屑混合物顆粒放至壓力機的100mm×100mm×5mm正方形截面模腔內(nèi)，在200MPa下壓成厚度為5mm、密度為2580～2600kg/m 3的鋅-鋁屑板。

6)對鋅-鋁屑板進行5小時的退火熱處理，退火溫度510℃。

7)用口徑1.5mm的電弧噴槍將平均顆粒直徑為1.2mm、質(zhì)量分數(shù)分別為99.16％、0.12％、0.12％、0.6％的鋁、鎵、錫、鉍的混合金屬粉粒加熱至1200℃使其熔化后噴涂到鋅-鋁屑板的兩個尺寸為100mm×100mm的表面上，覆蓋完全，厚度為0.01mm；混合粉粒的總質(zhì)量為58g。