專利名稱：一種動力用鉛酸蓄電池板柵合金的制作方法
技術領域：
本發明涉及鉛酸蓄電池領域，尤其涉及一種動力用鉛酸蓄電池板柵合金。
背景技術：
鉛酸蓄電池是1859年由法國人普蘭特(Plante)發明的，至今已有一百多年的歷 史，在鉛酸蓄電池理論研究、產品種類及品種、產品電氣性能等方面都取得了長足的進步。鉛酸蓄電池自發明后，由于其價格低廉、原材料易于獲得，使用上有充分的可靠 性，適用于大電流放電及廣泛的環境溫度范圍等優點，在化學電源中一直占有絕對優勢，不 論是在交通、通信、電力、軍事還是在航海、航空各個領域，鉛酸蓄電池都起到了不可缺少的 重要作用。動力用鉛酸蓄電池的主要組成部件為正極板、負極板、玻璃纖維隔板、蓄電池槽、 蓄電池蓋、電解液(稀硫酸)、引出端子和安全閥等。最初的鉛酸蓄電池，使用兩塊鉛板在硫酸溶液中通過反復多次的充放電循環變為 正負極，無所謂板柵而言。1880年，Faure提出了涂膏式極板，即將鉛膏涂在薄鉛板上，鉛板 作為集流體。1881年，Swan首先提出板柵概念，取代以前所用的鉛板。這之后，Sellon發 明了鉛銻合金板柵，其他各種各樣的板柵也相繼出現。正極板和負極板中的板柵是動力用鉛酸蓄電池的主要組成部分，在電池中支撐活 性物質，充當活性物質的載體，傳導和匯集電流，使電流均勻分布在活性物質上，以提高活 性物質的利用率。板柵常被活性物質所覆蓋，與電解液接觸面積較小，因此，它參加電化學 反應的能力遠遠低于活性物質，但導電能力卻遠遠高于活性物質，導電性能良好的板柵可 以使電流沿著筋條均勻分布，從而提高活性物質的利用率。申請號為201110106277.9的中國發明專利公開了一種鉛酸蓄電池正板柵 合金，由鉛、鈣、錫和稀土元素組成，其中稀土元素為釤或鋱，各組分重量百分比為鈣 0. 03-0. 18%，錫0. 1-2%，稀土元素0.005-0. 2%和余量鉛。該合金提高了板柵合金耐腐 性，減少板柵筋條的斷裂，提高了電池的浮充壽命，另外，提高了電池的充電接受能力，防止 電池充放電過程中的容量衰減，延長了電池的循環壽命。現在所生產的動力用鉛酸蓄電池板柵在使用過程中容易受到因硫酸濃度分層，而 使濃差極化擴大，從而產生極化阻抗，降低了活性物質的利用率，在深放電條件下，由于板 柵和活性物質的結合能力降低，會使電池容量大幅度下降，并且容易發生極板活性物質脫 落，造成板柵腐蝕從而導致電池內阻增大，循環壽命縮短，而且現在所使用的動力用鉛酸蓄 電池板柵合金深放電范圍淺。
發明內容
本發明提供了一種動力用鉛酸蓄電池板柵合金，提高了板柵的導電性以及板柵與 活性物質的結合能力，延長了蓄電池使用壽命，增強了動力用鉛酸蓄電池耐深充放電能力。一種動力用鉛酸蓄電池板柵合金，原料重量百分比組成為
Ca 0. 05 0. 50%，Sn 1 5%,Na 0. 05 0. 50%，A1 0. 01 0. 50%，Pb 93. 5 98. 89%。在合金中加入鈣形成的鉛鈣合金電阻較小，接近純鉛，適于低溫啟動，在鈣上氫析 出的超電勢較高，降低了電池的自放電及水的損耗，具有較好的免維護性，鉛鈣合金為沉淀 硬化型，即在鉛基質中形成Pb3Ca金屬間化合物的細晶粒沉淀，沉淀在鉛基質中成為硬化網 絡，使合金具有一定的機械強度。所述的Na為金屬鈉，具有優異的導電性和良好的延展性，可以有效地傳導和匯集 電流，鈉的硬度較低，適當地添加，可以在活性物質膨脹、收縮時，板柵不容易變形，進而防 止活性物質脫落或者龜裂翹曲，使動力用鉛酸蓄電池的導電性和耐腐蝕性提高10 15%。 由于金屬鈉性質極活潑，因此添加量應嚴格控制。所述的Sn為金屬錫，可以保證板柵合金中鈉和鈣的析出，改善澆鑄性和機械強 度，影響合金的硬化時效速度，改善合金表面與活性物質結合的微觀結構，增加板柵合金與 活性物質之間的結合能力，當活性物質膨脹收縮時，板柵不易變形，減少活性物質的脫落。作為優選，板柵合金原料重量百分比組成為Ca 0. 07% 0. 08%，Sn 1. 4 1. 6%，Na 0. 05% 0. 10%，A1 0. 015 % 0. 03%，Pb 98. 19 % 98. 465%。合金中Sn的含量過高時，可能會引起電池的自放電，Na含量過高時，可能導致 極板耐腐蝕性能的降低，因此，Sn重量百分比優選為1.4 1.6%，Na重量百分比優選為 0. 05% 0. 10%。進一步優選，板柵合金原料重量百分比組成為Ca 0. 07% 0. 08%，Sn 1. 4% 1. 5%,Na 0. 08% 0. 09%，A1 0. 025 % 0. 03%，Pb 98. 3% 98. 425%。作為優選，板柵合金原料重量百分比組成為Ca 0. 08%,Sn 1. 4%,Na 0. 08%,A1 0. 03%,Pb 98.41%。當板柵合金中含有質量百分比為1. 4%的Sn和0. 08%的Na時，利用該板柵合金 做成的鉛酸蓄電池具有相對較小的內阻及相對較長的循環壽命。
作為優選，板柵合金原料重量百分比組成為Ca 0. 08%,Sn 1. 5%,Na 0. 09%,A1 0. 03%,Pb98.3%。當板柵合金中含有質量百分比為1. 5%的Sn和0. 09%的Na時，利用該板柵合金 做成的鉛酸蓄電池具有相對較小的內阻及相對較長的循環壽命。本發明還提供了一種所述的動力用鉛酸蓄電池板柵合金的制備方法，包括以下步 驟(1)將電解鉛加入坩堝爐，升溫至600 660°C，先后加入A1和Ca，以15 20r/ min轉速攪拌20 30分鐘，降溫至350 400°C ；(2)加入金屬Sn,以15_20r/min轉速攪拌,攪拌的同時添加金屬Na,添加完成后繼 續以15-20r/min轉速攪拌10 30分鐘，即可得到板柵合金。金屬Na的加入需將金屬鈉沉入合金液中。由于金屬鈉性質極活潑，因此，除了控 制金屬Na的添加量，加入操作也需注意安全。各原料的加入量可根據電解鉛的使用量，通過板柵合金配方中的重量百分比計算 得到。本發明動力用鉛酸蓄電池板柵合金中加入了金屬Na和金屬Sn，有效地提高了板 柵和活性物質的結合能力，延長了電池的使用壽命，同時耐腐蝕性沒有較大改變，使得由本 發明制成的動力用鉛酸蓄電池歐姆電阻比現在使用的板柵合金制成的動力用鉛酸蓄電池 低30%左右，同時，深放電性能和循環使用壽命提聞了 15%左右。
具體實施例方式實施例1(1)將93. 5kg電解鉛加入坩堝爐，升溫至600 660°C，先后加入500gAl和 500gCa,以15-20r/min轉速攪拌20 30分鐘，降溫至350 400。。；(2)加入5kg金屬錫，以15-20r/min轉速攪拌，攪拌的同時添加500g金屬鈉，添加 完成后繼續攪拌10 30min，即可得到板柵合金；將上述板柵合金做成鉛酸蓄電池(6-DZM-12)，檢測到該鉛酸蓄電池內阻為 12m Q，首次兩小時率容量放電為136min，循環50次，容量放電128min，循環100次，容量放 電122min，循環200次，容量放電114min。實施例2(1)將98. 41kg電解鉛加入坩堝爐，升溫至600 660°C，先后加入30gAl和80gCa， 以15-20r/min轉速攪拌20 30分鐘，降溫至350 400°C ；(2)加入1. 4kg金屬錫，以15-20r/min轉速攪拌，攪拌的同時添加80g金屬鈉，添 加完成后繼續攪拌10 30min，即可得到板柵合金；將上述板柵合金做成鉛酸蓄電池(6-DZM-12)，檢測到該鉛酸蓄電池內阻為6mQ， 首次兩小時率容量放電為138min，循環50次，容量放電135min，循環100次，容量放電130min，循環200次，容量放電120min。實施例3(1)將98. 21kg電解鉛加入坩堝爐，升溫至600 660°C，先后加入30gAl和80gCa， 以15-20r/min轉速攪拌20 30分鐘，降溫至350 400°C ；(2)加入1. 6kg金屬錫，以15-20r/min轉速攪拌，攪拌的同時添加80g金屬鈉，添 加完成后繼續攪拌10 30min，即可得到板柵合金；將上述板柵合金做成蓄電池(6-DZM-12)，檢測到該蓄電池內阻為7m Q，首次兩小 時率容量放電為135min，循環50次，容量放電125min，循環100次，容量放電120min，循環 200次，容量放電115min。實施例4(1)將98. 24kg電解鉛加入坩堝爐，升溫至600 660°C，先后加入30gAl和80gCa， 以15-20r/min轉速攪拌20 30分鐘，降溫至350 400°C ；(2)加入1. 5kg金屬錫，以15-20r/min轉速攪拌，攪拌的同時添加150g金屬鈉，添 加完成后繼續攪拌10 30min，即可得到板柵合金；將上述板柵合金做成蓄電池(6-DZM-12)，檢測到該蓄電池內阻為7mQ，首次兩小 時率容量放電為135min，循環50次，容量放電129min，循環100次，容量放電123min，循環 200次，容量放電114min。實施例5(1)將98. 51kg電解鉛加入坩堝爐，升溫至600 660°C，先后加入30gAl和80gCa， 以15-20r/min轉速攪拌20 30分鐘，降溫至350 400°C ；(2)加入1. 3kg金屬錫，以15-20r/min轉速攪拌，攪拌的同時添加80g金屬鈉，添 加完成后繼續攪拌10 30min，即可得到板柵合金；將上述板柵合金做成蓄電池(6-DZM-12)，檢測到該蓄電池內阻為7mQ，首次兩小 時率容量放電為139min，循環50次，容量放電130min，循環100次，容量放電119min，循環 200次，容量放電113min。實施例6(1)將98. 3kg電解鉛加入坩堝爐，升溫至600 660°C，先后加入30gAl和80gCa， 以15-20r/min轉速攪拌20 30分鐘，降溫至350 400°C ；(2)加入1. 5kg金屬錫，以15-20r/min轉速攪拌，攪拌的同時添加90g金屬鈉，添 加完成后繼續攪拌10 30min，即可得到板柵合金；將上述板柵合金做成蓄電池(6-DZM-12)，檢測到該蓄電池內阻為6m Q，首次兩小 時率容量放電為137min，循環50次，容量放電134min，循環100次，容量放電128min，循環 200次，容量放電120min。對比例將現有技術中的板柵合金做成蓄電池(6-DZM-12)，檢測到該蓄電池內阻9m Q， 首次兩小時率容量放電為133min，循環50次，容量放電lllmin，循環100次，容量放電 102min，循環200次，容量放電86min。與對比例相比，實施例1 6中，首次兩小時率容量放電數值比對比例略高，循環 充放電200次之后，實施例1 6的容量放電時間均明顯高于對比例，由此可見，金屬Na和金屬Sn的加入，可以有效的增加板柵的導電能力，改善硫酸電解液的分層現象，降低極化 阻抗，降低動力用鉛酸蓄電池的歐姆電阻，同時增加板柵與活性物質的結合能力，使電池在 循環充放電過程中，減少活性物質的損失，保持容量放電能力。實施例I與實施例4中，經過200次循環充放電之后，動力用鉛酸蓄電池容量放電 時間接近，但實施例I中的Ca,Al, Sn與Na的添加量遠遠多于實施例3,而且實施例I中蓄 電池內阻為12mQ，大于對比例的9mQ，因此，添加物的比例并非越高越好，在合適的比例 范圍內，才能達到最佳效果。實施例2與實施例6中，經過200次循環充放電之后，動力用鉛酸蓄電池容量放電 時間最長，實施例3與實施例2相比，區別在于Sn的添加量由I. 4kg提高到I. 6kg，由此可 見，Sn的添加量并非越多越好，過高的Sn含量可能會導致電池的自放電；實施例4與實施 例6相比，區別在于Na的添加量由90g提高到150g，由此可見，Na的添加量并非越多越好， 過多的Na，可能影響板柵合金的機械強度；實施例5與實施例2相比，區別在于Sn的添加 量由I. 4kg降低到I. 3kg，Sn的添加量需達到一定比例，才能提高鉛酸蓄電池的性能。
權利要求
1.一種動力用鉛酸蓄電池板柵合金，其特征在于，原料重量百分比組成為Ca 0. 05 0. 50%,Sn 1 5 %,Na 0. 05 0. 50%,A1 0. 01 0. 50%,Pb 93. 5 98. 89%。
2.如權利要求1所述的動力用鉛酸蓄電池板柵合金，其特征在于，原料重量百分比組 成為Ca 0. 07% 0. 08%,Sn 1. 4 1. 6%,Na 0. 05% 0. 10%,A1 0. 015% 0. 03%，Pb 98. 19 % 98. 465%。
3.如權利要求2所述的動力用鉛酸蓄電池板柵合金，其特征在于，原料重量百分比組 成為Ca 0. 07% 0. 08%,Sn 1. 4% 1. 5%,Na 0. 08% 0. 09%,A1 0. 025% 0. 03%，Pb 98. 3% 98. 425%。
4.如權利要求1所述的動力用鉛酸蓄電池板柵合金，其特征在于，原料重量百分比組 成為Ca 0. 08%,Sn 1. 4%,Na 0. 08%,A1 0. 03%,Pb 98.41%。
5.如權利要求1所述的動力用鉛酸蓄電池板柵合金，其特征在于，原料重量百分比組 成為Ca 0. 08%,Sn 1. 5%,Na 0. 09%,A1 0. 03%,Pb 98. 3%。
6.如權利要求1 5任一所述的動力用鉛酸蓄電池板柵合金的制備方法,其特征在于, 包括以下步驟(1)將電解鉛加入坩堝爐，升溫至600 660°C，先后加入A1和Ca，以15 20r/min轉 速攪拌20 30分鐘，降溫至350 400°C ；(2)加入金屬Sn,以15-20r/min轉速攪拌,攪拌的同時添加金屬Na,添加完成后繼續以15-20r/min轉速攪拌10 30分鐘，即可得到板柵合金。
全文摘要
本發明公開了一種動力用鉛酸蓄電池板柵合金，原料重量百分比組成為Ca:0.05～0.50％，Sn:1～5％，Na :0.05～0.50％，Al:0.01～0.50％，Pb:93.5～98.89％。本發明還公開了一種制備該動力用鉛酸蓄電池板柵合金的方法。本發明板柵合金中加入的金屬Na和金屬Sn提高了板柵和活性物質的結合能力，延長了電池的使用壽命，使得由本發明制成的動力用鉛酸蓄電池歐姆電阻比現在使用的板柵合金制成的動力用鉛酸蓄電池低30％左右，深放電性能和循環使用壽命提高了15％左右。
文檔編號C22C1/02GK102660697SQ201210129590
公開日2012年9月12日 申請日期2012年4月27日 優先權日2012年4月27日
發明者佘秋利, 宋文龍, 張天任, 施璐, 朱健, 朱建峰, 柏錢華, 趙海敏, 陳清元, 高根芳 申請人:天能電池集團有限公司