【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及铝空气电池的，尤其涉及一种多元合金铝空气电池阳极及其制备方法。
技术介绍
1、铝空气电池作为一种新型的能源存储系统，因其高能量密度和环境友好性而备受关注，适用于从便携式电子设备到大规模储能系统的广泛应用。不过，尽管具有这些优势，铝空气电池的商业化进程仍受到一些关键技术瓶颈的制约。
2、在现有技术中，阳极材料的性能是制约铝空气电池性能的主要因素之一。传统制备方法通常包括基本的熔炼和热处理步骤，这些步骤往往无法充分优化材料的微观结构和电化学活性。例如，晶粒粗大会导致电池在放电过程中的不均匀反应，析氢反应的加剧则会降低电池的能量效率和功率输出。此外，现有技术的合金元素添加策略未能充分发挥合金化对电化学性能的积极作用，导致电池在长期运行中的稳定性和耐久性不足。
3、为了克服这些限制，研究人员一直在探索新的合金设计和制备技术。本专利技术正是基于这样的背景，提出了一种创新的多元合金铝空气电池阳极材料及其制备方法。该方法通过精确控制合金元素的配比和采用先进的热处理及成型工艺，不仅实现了对材料微观结构的均匀化和晶粒尺寸的有效调控，还显著提升了材料的电化学活性和耐腐蚀性能。通过这些创新，本专利技术有望显著提高铝空气电池的性能，推动其向更广泛的商业应用迈进。
技术实现思路
1、鉴于以上现有技术的不足之处，本专利技术提供了一种多元合金铝空气电池阳极材料的制备方法，以解决传统的铝空气电池阳极材料中存在的析氢严重、电化学性能不足以及晶粒尺寸不均匀等不足问题。本专利技术通
2、为达到以上目的，本专利技术采用的技术方案为：
3、一种多元合金铝空气电池阳极材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
4、s1配料：按以下质量配比称取原料进行配料：0.05～0.15wt％sn，0.01～0.05wt％ga，0.01～0.05wt％in，0.1～0.5wt％mg，0.1～0.5wt％mn，0.5～1.0wt％zn，0.5～0.8wt％pb，余量为铝，称量好后备用；
5、s2熔炼：在控制气氛下，将铝锭加热至熔化，并在预定温度下保温一定时间，然后按特定顺序加入步骤s1准备好的合金元素原料和精炼剂，完成合金的熔炼过程。
6、s3均匀化热处理：将步骤s2熔炼后的合金样品进行热处理，以实现材料的微观结构均匀化，热处理温度和时间根据合金的具体组成进行调整；
7、s4大变形量成型：对步骤s3均匀化热处理后的合金样品以大变形量方式进行成型，通过控制合金样品的厚度形变量，达到所需的微观结构和性能；
8、s5固溶淬火：将步骤s4成型后的合金样品进行固溶处理，以形成过饱和固溶体，然后迅速进行水淬操作；
9、s6多级时效热处理：对步骤s5固溶淬火后的合金样品进行多级时效热处理，优化合金的微观结构和电化学性能，最终得到所述多元合金铝空气电池阳极材料。
10、本专利技术通过精心选择和添加多种稀有元素，显著提高了电池的性能和使用寿命。具体来说，微量的in(铟)元素破坏了表面氧化膜，提高了析氢电位，直接抑制了析氢现象。与此同时，pb(铅)与al(铝)形成固溶体，活化了合金，可间接改善了电池的电化学性能。ga(镓)的添加改善了合金的各向异性，有助于减少局部腐蚀。mg(镁)降低了氧化膜电阻，zn(锌)提高了析氢电位，两者共同作用提高了电池的充放电效率并抑制了析氢。mn(锰)的固溶作用提高了开路电位，有利于提供合金的耐腐蚀性。sn(锡)作为晶界第二相存在，同样降低了氧化膜电阻，对提高电池效率和抑制析氢有积极作用。这些元素的综合应用，不仅直接提高了析氢电位以抑制析氢，还通过改善合金的微观结构和电化学性能，间接地解决了自腐蚀问题。本专利技术的技术方案通过这种多元素协同作用，全面提升了铝空气电池阳极材料的性能，有效延长了电池的使用寿命。
11、进一步地，本专利技术通过一系列创新的热处理和成型工艺步骤，有效解决了现有铝空气电池阳极材料制备中的多项技术难题。首先，本专利技术引入了均匀化热处理步骤，确保合金元素在材料中均匀分布，避免微观偏析，从而提升材料的整体一致性和性能。其次，本专利技术采用了固溶处理和水淬，不仅增加了再结晶晶粒的占比，而且显著提高了材料的机械和电化学性能。此外，为解决晶粒过大影响性能的问题，本专利技术利用大变形量成型技术，如轧制、挤压成型或多道次扭折成型，细化晶粒，提高材料的致密度和机械强度。同时，针对现有技术中因单级时效或自然时效导致的晶界第二相连续析出和自腐蚀问题，本专利技术采用了多级时效热处理，有效调控第二相析出，防止自腐蚀，同时优化微观结构，进一步提高材料的致密度和机械性能，增强电化学性能。
12、作为优选的技术方案，所述步骤s1中，按以下质量配比称取原料进行配料：0.08～0.12wt％sn，0.02～0.04wt％ga，0.02～0.04wt％in，0.1～0.3wt％mg，0.2～0.3wt％mn，0.7～0.9wt％zn，0.6～0.7wt％pb，余量为铝。
13、作为优选的技术方案，所述步骤s1中，按以下质量配比称取原料进行配料：0.10wt％sn，0.03wt％ga，0.03wt％in，0.2wt％mg，0.25wt％mn，0.8wt％zn，0.65wt％pb，余量为铝。
14、作为优选的技术方案，所述步骤s2中，铝锭在氮气气氛下加热至760℃并保温45～60分钟，然后再按特定顺序加入步骤s1准备好的合金元素原料和精炼剂，完成合金的熔炼过程。
15、作为优选的技术方案，具体合金元素添加顺序依次为：zn、ga、sn、in、mg、mn、pb，继续保温30～40分钟后，倒入冷却模具，完成合金的熔炼过程，以形成均匀的合金熔体。
16、作为优选的技术方案，所述精炼剂为一种或多种金属或非金属元素的组合，所述精炼剂包括但不限于钛(ti)、锆(zr)、硼(b)、碳(c)或氮(n)，其添加量为合金元素总重量的0.01～0.1wt％，用于净化合金熔体，提高合金的微观结构均匀性，减少气体和夹杂物的含量，从而提高最终产品的电化学性能。
17、作为优选的技术方案，所述步骤s3中，合金样品在200～600℃的温度范围内进行2～10小时的热处理，以实现材料微观结构的均匀化。
18、作为优选的技术方案，所述步骤s4中，合金样品进行大变形量成型，具体成型方式可选择大变形量轧制成型或者大变形量挤压成型，亦或者多道次扭折成型；并控制合金样品的厚度形变量达到90％以上，以细化晶粒并改善材料的机械性能。
19、作为优选的技术方案，所述步骤s5中，合金样品在200～400℃的温度范围内进行5～8小时的固溶处理后迅速水淬。
20、作为优选的技术方案，所述步骤s6中，采用双级时效热处理时，先在40～60℃下时效20～40分钟后，再在110～130℃下进行4～12小时的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种多元合金铝空气电池阳极材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
2.如权利要求1所述多元合金铝空气电池阳极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，按以下质量配比称取原料进行配料：0.08～0.12wt％Sn，0.02～0.04wt％Ga，0.02～0.04wt％In，0.1～0.3wt％Mg，0.2～0.3wt％Mn，0.7～0.9wt％Zn，0.6～0.7wt％Pb，余量为铝。
3.如权利要求1所述多元合金铝空气电池阳极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，按以下质量配比称取原料进行配料：0.10wt％Sn，0.03wt％Ga，0.03wt％In，0.2wt％Mg，0.25wt％Mn，0.8wt％Zn，0.65wt％Pb，余量为铝。
4.如权利要求1所述多元合金铝空气电池阳极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，铝锭在氮气气氛下加热至760℃并保温45～60分钟，然后再按特定顺序加入步骤S1准备好的合金元素原料和精炼剂，完成合金的熔炼过程，以形成均匀的合金熔体。
5.如权利要求1所述多元合金铝
6.如权利要求1所述多元合金铝空气电池阳极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中，合金样品在200～600℃的温度范围内进行2～10小时的均匀化热处理。
7.如权利要求1所述多元合金铝空气电池阳极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S4中，合金样品进行大变形量成型，具体成型方式可选择大变形量轧制成型或者大变形量挤压成型，亦或者多道次扭折成型；并控制合金样品的厚度形变量达到90％以上。
8.如权利要求1所述多元合金铝空气电池阳极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S5中，合金样品在200～400℃的温度范围内进行5～8小时的固溶处理后迅速水淬。
9.如权利要求1所述多元合金铝空气电池阳极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S6中，合金样品采用双级时效热处理时，先在40～60℃下时效20～40分钟后，再在110～130℃下进行4～12小时的时效处理。
10.一种多元合金铝空气电池阳极材料，其特征在于，所述阳极材料采用如权利要求1～9任一项所述多元合金铝空气电池阳极材料的制备方法制备得到。
...【技术特征摘要】
1.一种多元合金铝空气电池阳极材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
2.如权利要求1所述多元合金铝空气电池阳极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤s1中，按以下质量配比称取原料进行配料：0.08～0.12wt％sn，0.02～0.04wt％ga，0.02～0.04wt％in，0.1～0.3wt％mg，0.2～0.3wt％mn，0.7～0.9wt％zn，0.6～0.7wt％pb，余量为铝。
3.如权利要求1所述多元合金铝空气电池阳极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤s1中，按以下质量配比称取原料进行配料：0.10wt％sn，0.03wt％ga，0.03wt％in，0.2wt％mg，0.25wt％mn，0.8wt％zn，0.65wt％pb，余量为铝。
4.如权利要求1所述多元合金铝空气电池阳极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤s2中，铝锭在氮气气氛下加热至760℃并保温45～60分钟，然后再按特定顺序加入步骤s1准备好的合金元素原料和精炼剂，完成合金的熔炼过程，以形成均匀的合金熔体。
5.如权利要求1所述多元合金铝空气电池阳极材料的制备方法，其特征在于，所述精炼剂为一种或多种金属或非金属...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨闯，翟军伟，王志文，奚春鹏，郑雪山，王宇凯，梁爽，黄俊钧，郑登行，
申请(专利权)人：宁波烯铝新能源有限公司，
类型：发明
国别省市：
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