一种高阳极利用率电池材料及制备方法技术

本发明专利技术属于金属材料领域，涉及一种高阳极利用率电池材料及制备方法。本发明专利技术提供一种高阳极利用率电池材料，该合金材料的工作电位负，阳极利用率高；本发明专利技术还提供一种高阳极利用率电池材料及制备方法，该制备方法工艺简单，生产成本低，适于工业化生产。本发明专利技术高阳极利用率电池材料，各成分的重量百分含量为：Si0.1-0.4%，Pr0.01-0.03%，Ba0.01-0.04%，Fe0.02-0.04%，Li0.01-0.03%，Os0.01-0.03%，Cu0.5-0.9%，Al4-8%，其余为Mg。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于金属材料领域，具体涉及一种高阳极利用率电池材料及制备方法。
技术介绍
CN200810143524.0开了一种电池用铝合金阳极材料，以纯度≥99.99%的铝为原料，添加元素镁(Mg)、锡(Sn)、镓(Ga)和铋(Bi)，所添加元素的质量百分比为：Mg：0.5~1.5%；Bi：0.01~0.2%；Sn：0.01~0.4%；Ga：0.01~0.3%；杂质质量含量≤0.01%。但是阳极利用率偏低。
技术实现思路
本专利技术的目的就是针对上述技术缺陷，提供一种高阳极利用率电池材料，该合金材料的工作电位负，阳极利用率高。本专利技术的另一目的是提供一种高阳极利用率电池材料及制备方法，该制备方法工艺简单，生产成本低，适于工业化生产。本专利技术技术方案如下：一种高阳极利用率电池材料，其特征在于，各成分的重量百分含量为：Si 0.1-0.4%，Pr 0.01-0.03%，Ba 0.01-0.04%，Fe 0.02-0.04%，Li 0.01-0.03%，Os 0.01-0.03%，Cu 0.5-0.9%，Al 4-8%，其余为Mg。一种高阳极利用率电池材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1）首先按照上述成分进行配料，原料Si、Pr、Ba、Fe、Li、Os、Cu、Al、Mg以纯物质形式加入，纯度均大于99.9%；2）采用坩埚电阻炉熔炼合金原料，先将坩埚加热至400～500℃，然后在坩埚壁及底部均匀地撒上占合金原料重量2-4%的镁熔剂；然后将合金原料放入坩埚中，再在合金原料上撒上占合金原料重量1-2%的镁熔剂，然后加热坩埚，待坩埚中合金原料全部熔化后，拨去液面上的炉渣，撒入占合金原料重量3-5%的镁熔剂，再将坩埚升温至720-740℃，保温4-8min后将熔融液态合金浇入铸型中；3）浇注前铸型先放入充满液氮的容器，停留20-30分钟后取出，取出后在3-8分钟内将步骤2）熔融液态合金浇入铸型的型腔，得到合金棒；浇注完成10-20分钟后，将合金棒从铸型中取出放入箱式电阻炉中加热，加热至130-140℃，保温20-30分钟，随炉冷却至室温，即得到高阳极利用率电池材料。 步骤2）中镁熔剂中各成份的重量百分比为：KCl 20-26%，MgCl2 53-58%，NaCl 2-4%，CaCl2 3-4%，MgO 0.5-1%，AgCl 0.5-1%，LiCl 0.8-1.3%，其余为CaF2。步骤3）中铸型通过以下方法制作：各成份按重量百分比高岭石 6-8%，水6-8%，硫磺1-3%，刚玉砂1-2%，其余为石英砂进行配料；通过人工撞实方法将铸型做好后，置于120-130℃炉中硬化20-30分钟取出，冷却至室温。所述高岭石的化学式为Al4[Si4O10]·(OH)8，刚玉砂成分的重量百分含量为 SiO2 2-4%，其余为Al2O3；石英砂成分的重量百分含量为Al2O3 1-3%，Fe2O3 0.2-0.5%，其余为SiO2；高岭石为粉状，粉粒尺寸为3-5微米；刚玉砂和石英砂为粒状，尺寸为200-250微米。步骤3）中合金棒的直径为10-20mm；合金棒的长度为50-200mm。本专利技术的有益效果：本专利技术Mg和 Fe元素可以形成共晶组织。加入合金元素Pr后，材料组织细化，开路电位负移。在纯镁中加入合金元素 Ba 和Li，电位明显负移，而且比较稳定，电位负移值与 Mg元素含量相关。加入合金元素Al和Cu后， 极化曲线变化平缓，表明合金元素与铝镁基合金具有良好的电化学相容性。Os和Si元素作用可降低合金的氧化性。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：材料工作电位负、阳极利用率高。该合金制备工艺简便，过程简单，生产的合金具有良好的性能，非常便于工业化生产。试样经激冷铸造并有低温均匀化处理后，阳极材料组织更加均匀，具有较负的电位和较好的阳极极化性能，表明均匀化处理后，阳极材料电化学性能能够得到提高。本专利技术将熔融合金浇入铸型的型腔，采用快速冷却和合金化结合的方式，既有效降低合金中的相尺寸，保证化学成分的均匀分布，保证了合金的电极性能，也保证了合金的力学性能。本专利技术合金材料可以应用于电池行业。本专利技术制备中，没有大量使用稀贵元素，所取原料成本降低；另外合金经过较为快速冷却，保证了合金成分、组织和性能的均匀性，因此也就保证了合金的质量。附图说明:图1为本专利技术实施例一制备的材料组织图。由图1可见，本专利技术制备的组织均匀致密。具体实施方式：以下各实施例中所用原料如下：高岭石的化学式为Al4[Si4O10]·(OH)8，高岭石为粉状，粉粒尺寸为3-5微米。刚玉砂成分的重量百分含量为 SiO2 2-4%，其余为Al2O3；刚玉砂为粒状，尺寸为200-250微米。石英砂成分的重量百分含量为Al2O3 1-3%，Fe2O3 0.2-0.5%，其余为SiO2；石英砂为粒状，尺寸为200-250微米。实施例一：本专利技术高阳极利用率电池材料，各成分的重量百分含量为：Si 0.1%，Pr 0.01%，Ba 0.01%，Fe 0.02%，Li 0.01%，Os 0.01%，Cu 0.5%，Al 4%，其余为Mg。本专利技术高阳极利用率电池材料的制备方法，包括以下步骤：1）首先按照上述成分进行配料，原料Si、Pr、Ba、Fe、Li、Os、Cu、Al、Mg以纯物质形式加入，纯度均大于99.9%；2）采用坩埚电阻炉熔炼合金原料，先将坩埚加热至400℃，然后在坩埚壁及底部均匀地撒上占合金原料重量2%的镁熔剂；然后将合金原料放入坩埚中，再在合金原料上撒上占合金原料重量1%的镁熔剂，然后加热坩埚，待坩埚中合金原料全部熔化后，拨去液面上的炉渣，撒入占合金原料重量3%的镁熔剂，再将坩埚升温至720℃，保温4min，目的是使合金均匀化，然后将熔融液态合金浇入铸型中；所述镁熔剂中各成份的重量百分比为：KCl 20%，MgCl2 53%，NaCl 2%，CaCl2 3%，MgO 0.5%，AgCl 0.5%，LiCl 0.8%，其余为CaF2；铸型通过以下方法制作：各成份按重量百分比高岭石 6%，水6%，硫磺1%，刚玉砂1%，其余为石英砂进行配料，通过人工撞实方法将铸型做好后，置于120℃炉中硬化20分钟取出，冷却至室温；3）浇注前铸型先放入充满液氮的容器，停留20分钟后取出，取出后在3分钟内将步骤2）熔融液态合金浇入铸型的型腔，得到合金棒，合金棒的直径为10mm，合金棒的长度为50mm；浇注时型腔内的温度为-165～-175℃，浇注完成10分钟后，将合金棒从铸型中取出放入箱式电阻炉中加热，加热至130℃，保温20分钟，随炉冷却至室温，即得到高阳极利用率电池材料。  实施例二：本专利技术高阳极利用率电池材料，各成分的重量百分含量为：Si 0.4%，Pr 0.03%，Ba 0.04%，Fe 0.04%，Li 0.03%，Os 0.03%，Cu 0.9%，Al 8%，其余为Mg。本专利技术高阳极利用率电池材料的制备方法，包括以下步骤：本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高阳极利用率电池材料，其特征是：各成分的重量百分含量为：Si 0.1-0.4%，Pr 0.01-0.03%，Ba 0.01-0.04%，Fe 0.02-0.04%，Li 0.01-0.03%，Os 0.01-0.03%，Cu 0.5-0.9%，Al 4-8%，其余为Mg。
2.权利要求1所述高阳极利用率电池材料的制备方法，其特征是：包括以下步骤：
1）首先按照上述成分进行配料，原料Si、Pr、Ba、Fe、Li、Os、Cu、Al、Mg以纯物质形式加入，纯度均大于99.9%；
2）采用坩埚电阻炉熔炼合金原料，先将坩埚加热至400～500℃，然后在坩埚壁及底部均匀地撒上占合金原料重量2-4%的镁熔剂；然后将合金原料放入坩埚中，再在合金原料上撒上占合金原料重量1-2%的镁熔剂，然后加热坩埚，待坩埚中合金原料全部熔化后，拨去液面上的炉渣，撒入占合金原料重量3-5%的镁熔剂，再将坩埚升温至720-740℃，保温4-8min后将熔融液态合金浇入铸型中；
3）浇注前铸型先放入充满液氮的容器，停留20-30分钟后取出，取出后在3-8分钟内将步骤2）熔融液态合金浇入铸型的型腔，得到合金棒；浇注完成10-20分钟后，将合金棒从铸型中取出放入箱式电阻炉中加热，加热至130-140℃，保温20-30分钟，随炉冷却至室...

【专利技术属性】
技术研发人员：张群，王玲，赵浩峰，潘子云，谢艳春，龚国庆，徐小雪，何晓蕾，王冰，郑泽昌，陆阳平，赵圣哲，张仕昭，宋超，邱奕婷，赵佳玉，王易秋，熊俊，王贺强，
申请(专利权)人：南京信息工程大学，
类型：发明
国别省市：