專利名稱：用8元素板柵合金新材料等制造更優質新一代鉛酸蓄電池的制作方法
用8元系板柵合金材料等制造更優質新一代鉛酸蓄電池發明是電化學技術領域和稀有、有色金屬合金冶煉技術領域交叉結合的科技成果。
本發明申請人于1956-1960年在北京有色金屬研究院，負責研制出中國首批稀有金屬鍶(Sr)、鋇(Ba)等時，就已知道其物理、化學性質和用途。后因調動到南京和體制原因，直到退休前后的1988-1990年冬，才有機會兼任一家“鍶、鋇、鎂中試廠”的技術總顧問，完成了中國首家工業化生產金屬鍶等的工廠設計和試產、改進技術任務，隨即轉入AlSr、PbSr等合金的試制及其應用開發研究工作。由于對非PbSb、PbCa系的多元素，新一代鉛基板柵合金組份的篩選工作量大而費時，并且要用8元系板柵合金去制成新一代鉛酸電池，光做靜態質量性能測試就需時半年，而做動態裝車測實用壽命需時更長；測牽引類電池需1.5-2年，啟動類電池則長達4.5-6.5年。故我們費時11年，共耗資約50多萬元，才攻克有關更優質長壽命新一代蓄電池板柵合金新材料組份的篩選冶煉技術關，以及試制更優質新一代(或稱第三代)鉛酸蓄電池的適宜工藝技術關問題。我們研制成功的更優質長壽命新一代蓄電池與現行的PbSb、PbCa系，鉛酸蓄電池的質量性能對比值，簡示于下表1和表2。
生產鉛酸蓄電池企業的很多科技人員都知道，自從世界上出現第一次工業革命，蒸汽機、火車、發電機、汽油柴油動力車、艦船、飛機的電點火、電照明等的發明和需求，促進了第一代、第二代PbSb、PbCa蓄電池的發明與產銷應用的發展。一百幾十年來，蓄電池行業對其產品的外殼、隔板、膠泥、酸水的材質，及生產設備、工具和生產品種、規格數量等方面，進行了與時俱進的一般性改良和發展，但在關鍵的影響重大的板柵合金組份新材料方面，我們認為過去僅實現過2次重大變革、創新，現在我們在實現第三次變革、創新。其有關簡況、概述如下1.第一代PbSb系蓄電池前期為含Sb高達9％左右的鉛銻蓄電池，其使用壽命一般為0.5-1年。后期為含Sb低至3％左右的低銻的鉛酸蓄電池，其使用壽命一般為1-1.5年。
2.第二代為PbCa系、含Ca0.1～1％的鉛鈣系蓄電池，其使用壽命一般為1.5-2.5年，由于其質量性能比第一代后期低銻的鉛酸蓄電壽命約高1倍，而水耗少1/3-1/2，并導致免維護(實際上是少維護)蓄電池的面市。
3.第三代為非PbSb、PbCa系，我們用含有Sr、Ba、Sn、Re、Al、Cd、Ag、Pb的8種稀有、有色金屬元素系(簡稱8元系)板柵合金制成的更優質、新一代、第三代鉛酸蓄電池。其水耗比第二代PbCa系蓄電池要少4倍多，壽命要長2倍多，故用本8元系板柵合金可制得比PbCa系更優質、密封型、免維護、長壽命蓄電池，并具有更好的抗過充電、過放電性能，其板柵有優異耐腐蝕性能。現將以上三代電池的質量性能對比簡況列示于表1表1
關于牽引類二種不同板柵合金蓄電池的性能對比等結果、簡示于表2表2
我們通過對新一代8元系板柵合金新材料的冶煉篩選研究，并試制出更優質新一代(可稱第三代)鉛酸蓄電池的質量性能測試結果對比后我們認為8元系板柵合金適宜的各金屬組份(以表示重量％計)列示于下表3表3
通過對上述8元系板柵合金的冶煉和進行第三代蓄電池的試制經驗得知，要制成燒損低和成份穩定均勻的8元系板柵合金是重要的。為此需進行二步法冶煉，第一步先將易氧化、燒損的Sr、Ba、Re等金屬先與Pb冶煉出配料用的中間合金，其適宜的冶煉溫度為600-800℃，最好是用可抽真空、通氬氣的電爐中進行冶煉，其次是在吹氬氣的井式坩堝電爐中進行。第二步再將余量的鉛和其他元素在大氣中在500-650℃溫度下，按配料比計算量加上述中間合金，做成以上8元素板柵合金后，再去熔鑄成新一代電池生產所需的板柵。
使用上表3所示的8元系板柵合金新材料，來制造更優質新一代鉛酸蓄電池時，國內制造PbCa系列牽引類電池的大、中、小型生產企業，除作小量改進或調整外，基本上均能使用。順便指出，熔鑄板柵的爐子和模具以電爐(控溫在480℃-530℃)和電熱模具(控溫在300-360℃)為優，熔化坩鍋最好用石墨耐火泥坩堝或鑄造不銹鋼鍋內壁刷以磷酸鹽、硼酸鹽的防鐵污染涂料，攪拌棒和勺具亦刷防鐵污染涂料。對于生產高質量、長壽命啟動類電池，和牽引類電池需使用高純水和分析純硫酸。用玻纖氈替代正負極塑料隔網是有利的。使用本8元系合金新材料時，其正負極板柵、搭接橋、焊條及與酸水接觸的鉛合金部件，均需使用本合金同一種材料，但其電池特性和充放電的作業制度與PbCa系電池有所不同，因為我們的更優質新一代鉛酸電池的特性是初期稍低，但充放電使用一段時間反而會上升至比PbCa系電池性能要高，而且在最高值的保持時間很長，然后緩慢降低。
權利要求
1.用“8元系板柵合金新材料等制造更優質新一代鉛酸蓄電池”的發明技術特征是選用含有Sr、Ba、Re、Sn、Al、Cd、Ag這8種稀有、有色金屬元素系的(簡稱8元系)板柵合金新材料并已用來制造出比現行PbCa系鉛酸蓄電池的水耗低4倍多，壽命長2倍多的更優質新一代鉛酸蓄電池。請求保護該8元系板柵合金新材料的適宜(重量％計)金屬組份為鍶Sr 0.02-0.8％ 錫Sn 0.05-2％ 鋁Al 0.01-0.2％鋇Ba 0.0004-0.008％ 鎘Cd 0.002-0.1％ 銀Ag0.0001-0.05％混合稀土Re 0.02-0.8％鉛Pb平衡余量為了低損耗和制造出穩定均勻的以上8元系板柵合金新材料，采用二步法冶煉，和較好的新型冶煉設備與工藝是適宜的。
2.根據要求1所述的二步法冶煉8元系板柵合金新材料的工藝和設施，其特征為第一步先將易氧化燒損的Sr、Ba、Re等與Pb冶煉出配料用相應中間合金，其冶煉溫度控制在600-800℃，最好在可抽真空、通氬氣的非標設計電爐中進行，其次是在帶有充氬氣裝置的井式坩鍋電爐中進行。第二步將計算量的中間合金和鉛與其他有色金屬在500-650℃溫度，在可吹氮氣的井式坩鍋電爐中熔煉成8元系板柵合金新材料，以利制造出優質新一代鉛酸蓄電池。
全文摘要
用8元系板柵合金新材料等制造更優質新一代鉛酸蓄電池。本發明系屬電化學技術領域和稀有有色金屬合金冶煉新材料技術領域的交叉結合成果。本發明人歷時11年,攻克合金組份篩選關和二次冶煉成份穩定關等,研制成功如下所示的8元系鉛基板柵合金新材料,并用來制造出更優質的新一代鉛酸蓄電池,其水耗比PbCa系蓄電池要少4倍多,壽命要長2倍多。我們的8元系鉛基板柵合金適宜的各金屬組份(以重量%計)列示于下:鍶 0.02－0.8%,錫 0.05－2.0%,鋁 0.01－0.2%,鋇 0.0004－0.008%,鎘 0.002－0.10%,銀 0.0001－0.005%,混合稀土 0.02－0.8%,鉛 剩余平衡量。
文檔編號H01M4/68GK1423354SQ01137330
公開日2003年6月11日 申請日期2001年12月3日 優先權日2001年12月3日
發明者顏志明, 劉培厚, 張德裕, 顏杰 申請人:顏志明