CN102660697A - 一种动力用铅酸蓄电池板栅合金 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种动力用铅酸蓄电池板栅合金，原料重量百分比组成为：Ca:0.05～0.50％，Sn:1～5％，Na :0.05～0.50％，Al:0.01～0.50％，Pb:93.5～98.89％。本发明还公开了一种制备该动力用铅酸蓄电池板栅合金的方法。本发明板栅合金中加入的金属Na和金属Sn提高了板栅和活性物质的结合能力，延长了电池的使用寿命，使得由本发明制成的动力用铅酸蓄电池欧姆电阻比现在使用的板栅合金制成的动力用铅酸蓄电池低30％左右，深放电性能和循环使用寿命提高了15％左右。

Description

一种动力用铅酸蓄电池板栅合金

技术领域

本发明涉及铅酸蓄电池领域，尤其涉及一种动力用铅酸蓄电池板栅合金。

背景技术

铅酸蓄电池是1859年由法国人普兰特(Plante)发明的，至今已有一百多年的历史，在铅酸蓄电池理论研究、产品种类及品种、产品电气性能等方面都取得了长足的进步。

铅酸蓄电池自发明后，由于其价格低廉、原材料易于获得，使用上有充分的可靠性，适用于大电流放电及广泛的环境温度范围等优点，在化学电源中一直占有绝对优势，不论是在交通、通信、电力、军事还是在航海、航空各个领域，铅酸蓄电池都起到了不可缺少的重要作用。

动力用铅酸蓄电池的主要组成部件为：正极板、负极板、玻璃纤维隔板、蓄电池槽、蓄电池盖、电解液(稀硫酸)、引出端子和安全阀等。

最初的铅酸蓄电池，使用两块铅板在硫酸溶液中通过反复多次的充放电循环变为正负极，无所谓板栅而言。1880年，Faure提出了涂膏式极板，即将铅膏涂在薄铅板上，铅板作为集流体。1881年，Swan首先提出板栅概念，取代以前所用的铅板。这之后，Sellon发明了铅锑合金板栅，其他各种各样的板栅也相继出现。

正极板和负极板中的板栅是动力用铅酸蓄电池的主要组成部分，在电池中支撑活性物质，充当活性物质的载体，传导和汇集电流，使电流均匀分布在活性物质上，以提高活性物质的利用率。板栅常被活性物质所覆盖，与电解液接触面积较小，因此，它参加电化学反应的能力远远低于活性物质，但导电能力却远远高于活性物质，导电性能良好的板栅可以使电流沿着筋条均匀分布，从而提高活性物质的利用率。

申请号为201110106277.9的中国发明专利公开了一种铅酸蓄电池正板栅合金，由铅、钙、锡和稀土元素组成，其中稀土元素为钐或铽，各组分重量百分比为钙0.03-0.18％，锡0.1-2％，稀土元素0.005-0.2％和余量铅。该合金提高了板栅合金耐腐性，减少板栅筋条的断裂，提高了电池的浮充寿命，另外，提高了电池的充电接受能力，防止电池充放电过程中的容量衰减，延长了电池的循环寿命。

现在所生产的动力用铅酸蓄电池板栅在使用过程中容易受到因硫酸浓度分层，而使浓差极化扩大，从而产生极化阻抗，降低了活性物质的利用率，在深放电条件下，由于板栅和活性物质的结合能力降低，会使电池容量大幅度下降，并且容易发生极板活性物质脱落，造成板栅腐蚀从而导致电池内阻增大，循环寿命缩短，而且现在所使用的动力用铅酸蓄电池板栅合金深放电范围浅。

发明内容

本发明提供了一种动力用铅酸蓄电池板栅合金，提高了板栅的导电性以及板栅与活性物质的结合能力，延长了蓄电池使用寿命，增强了动力用铅酸蓄电池耐深充放电能力。

一种动力用铅酸蓄电池板栅合金，原料重量百分比组成为：

Ca 0.05～0.50％，

Sn 1～5％，

Na 0.05～0.50％，

Al 0.01～0.50％，

Pb 93.5～98.89％。

在合金中加入钙形成的铅钙合金电阻较小，接近纯铅，适于低温启动，在钙上氢析出的超电势较高，降低了电池的自放电及水的损耗，具有较好的免维护性，铅钙合金为沉淀硬化型，即在铅基质中形成Pb₃Ca金属间化合物的细晶粒沉淀，沉淀在铅基质中成为硬化网络，使合金具有一定的机械强度。

所述的Na为金属钠，具有优异的导电性和良好的延展性，可以有效地传导和汇集电流，钠的硬度较低，适当地添加，可以在活性物质膨胀、收缩时，板栅不容易变形，进而防止活性物质脱落或者龟裂翘曲，使动力用铅酸蓄电池的导电性和耐腐蚀性提高10～15％。由于金属钠性质极活泼，因此添加量应严格控制。

所述的Sn为金属锡，可以保证板栅合金中钠和钙的析出，改善浇铸性和机械强度，影响合金的硬化时效速度，改善合金表面与活性物质结合的微观结构，增加板栅合金与活性物质之间的结合能力，当活性物质膨胀收缩时，板栅不易变形，减少活性物质的脱落。

作为优选，板栅合金原料重量百分比组成为：

Ca 0.07％～0.08％，

Sn 1.4～1.6％，

Na 0.05％～0.10％，

Al 0.015％～0.03％，

Pb 98.19％～98.465％。

合金中Sn的含量过高时，可能会引起电池的自放电，Na含量过高时，可能导致极板耐腐蚀性能的降低，因此，Sn重量百分比优选为1.4～1.6％，Na重量百分比优选为0.05％～0.10％。

进一步优选，板栅合金原料重量百分比组成为：

Ca 0.07％～0.08％，

Sn 1.4％～1.5％，

Na 0.08％～0.09％，

Al 0.025％～0.03％，

Pb 98.3％～98.425％。

作为优选，板栅合金原料重量百分比组成为：

Ca 0.08％，

Sn 1.4％，

Na 0.08％，

Al 0.03％，

Pb 98.41％。

当板栅合金中含有质量百分比为1.4％的Sn和0.08％的Na时，利用该板栅合金做成的铅酸蓄电池具有相对较小的内阻及相对较长的循环寿命。

作为优选，板栅合金原料重量百分比组成为：

Ca 0.08％，

Sn 1.5％，

Na 0.09％，

Al 0.03％，

Pb 98.3％。

当板栅合金中含有质量百分比为1.5％的Sn和0.09％的Na时，利用该板栅合金做成的铅酸蓄电池具有相对较小的内阻及相对较长的循环寿命。

本发明还提供了一种所述的动力用铅酸蓄电池板栅合金的制备方法，包括以下步骤：

(1)将电解铅加入坩埚炉，升温至600～660℃，先后加入Al和Ca，以15～20r/min转速搅拌20～30分钟，降温至350～400℃；

(2)加入金属Sn，以15-20r/min转速搅拌，搅拌的同时添加金属Na，添加完成后继续以15-20r/min转速搅拌10～30分钟，即可得到板栅合金。

金属Na的加入需将金属钠沉入合金液中。由于金属钠性质极活泼，因此，除了控制金属Na的添加量，加入操作也需注意安全。

各原料的加入量可根据电解铅的使用量，通过板栅合金配方中的重量百分比计算得到。

本发明动力用铅酸蓄电池板栅合金中加入了金属Na和金属Sn，有效地提高了板栅和活性物质的结合能力，延长了电池的使用寿命，同时耐腐蚀性没有较大改变，使得由本发明制成的动力用铅酸蓄电池欧姆电阻比现在使用的板栅合金制成的动力用铅酸蓄电池低30％左右，同时，深放电性能和循环使用寿命提高了15％左右。

具体实施方式

实施例1

(1)将93.5kg电解铅加入坩埚炉，升温至600～660℃，先后加入500gAl和500gCa，以15-20r/min转速搅拌20～30分钟，降温至350～400℃；

(2)加入5kg金属锡，以15-20r/min转速搅拌，搅拌的同时添加500g金属钠，添加完成后继续搅拌10～30min，即可得到板栅合金；

将上述板栅合金做成铅酸蓄电池(6-DZM-12)，检测到该铅酸蓄电池内阻为12mΩ，首次两小时率容量放电为136min，循环50次，容量放电128min，循环100次，容量放电122min，循环200次，容量放电114min。

实施例2

(1)将98.41kg电解铅加入坩埚炉，升温至600～660℃，先后加入30gAl和80gCa，以15-20r/min转速搅拌20～30分钟，降温至350～400℃；

(2)加入1.4kg金属锡，以15-20r/min转速搅拌，搅拌的同时添加80g金属钠，添加完成后继续搅拌10～30min，即可得到板栅合金；

将上述板栅合金做成铅酸蓄电池(6-DZM-12)，检测到该铅酸蓄电池内阻为6mΩ，首次两小时率容量放电为138min，循环50次，容量放电135min，循环100次，容量放电130min，循环200次，容量放电120min。

实施例3

(1)将98.21kg电解铅加入坩埚炉，升温至600～660℃，先后加入30gAl和80gCa，以15-20r/min转速搅拌20～30分钟，降温至350～400℃；

(2)加入1.6kg金属锡，以15-20r/min转速搅拌，搅拌的同时添加80g金属钠，添加完成后继续搅拌10～30min，即可得到板栅合金；

将上述板栅合金做成蓄电池(6-DZM-12)，检测到该蓄电池内阻为7mΩ，首次两小时率容量放电为135min，循环50次，容量放电125min，循环100次，容量放电120min，循环200次，容量放电115min。

实施例4

(1)将98.24kg电解铅加入坩埚炉，升温至600～660℃，先后加入30gAl和80gCa，以15-20r/min转速搅拌20～30分钟，降温至350～400℃；

(2)加入1.5kg金属锡，以15-20r/min转速搅拌，搅拌的同时添加150g金属钠，添加完成后继续搅拌10～30min，即可得到板栅合金；

将上述板栅合金做成蓄电池(6-DZM-12)，检测到该蓄电池内阻为7mΩ，首次两小时率容量放电为135min，循环50次，容量放电129min，循环100次，容量放电123min，循环200次，容量放电114min。

实施例5

(1)将98.51kg电解铅加入坩埚炉，升温至600～660℃，先后加入30gAl和80gCa，以15-20r/min转速搅拌20～30分钟，降温至350～400℃；

(2)加入1.3kg金属锡，以15-20r/min转速搅拌，搅拌的同时添加80g金属钠，添加完成后继续搅拌10～30min，即可得到板栅合金；

将上述板栅合金做成蓄电池(6-DZM-12)，检测到该蓄电池内阻为7mΩ，首次两小时率容量放电为139min，循环50次，容量放电130min，循环100次，容量放电119min，循环200次，容量放电113min。

实施例6

(1)将98.3kg电解铅加入坩埚炉，升温至600～660℃，先后加入30gAl和80gCa，以15-20r/min转速搅拌20～30分钟，降温至350～400℃；

(2)加入1.5kg金属锡，以15-20r/min转速搅拌，搅拌的同时添加90g金属钠，添加完成后继续搅拌10～30min，即可得到板栅合金；

将上述板栅合金做成蓄电池(6-DZM-12)，检测到该蓄电池内阻为6mΩ，首次两小时率容量放电为137min，循环50次，容量放电134min，循环100次，容量放电128min，循环200次，容量放电120min。

对比例

将现有技术中的板栅合金做成蓄电池(6-DZM-12)，检测到该蓄电池内阻9mΩ，首次两小时率容量放电为133min，循环50次，容量放电111min，循环100次，容量放电102min，循环200次，容量放电86min。

与对比例相比，实施例1～6中，首次两小时率容量放电数值比对比例略高，循环充放电200次之后，实施例1～6的容量放电时间均明显高于对比例，由此可见，金属Na和金属Sn的加入，可以有效的增加板栅的导电能力，改善硫酸电解液的分层现象，降低极化阻抗，降低动力用铅酸蓄电池的欧姆电阻，同时增加板栅与活性物质的结合能力，使电池在循环充放电过程中，减少活性物质的损失，保持容量放电能力。

实施例1与实施例4中，经过200次循环充放电之后，动力用铅酸蓄电池容量放电时间接近，但实施例1中的Ca，Al，Sn与Na的添加量远远多于实施例3，而且实施例1中蓄电池内阻为12mΩ，大于对比例的9mΩ，因此，添加物的比例并非越高越好，在合适的比例范围内，才能达到最佳效果。

实施例2与实施例6中，经过200次循环充放电之后，动力用铅酸蓄电池容量放电时间最长，实施例3与实施例2相比，区别在于Sn的添加量由1.4kg提高到1.6kg，由此可见，Sn的添加量并非越多越好，过高的Sn含量可能会导致电池的自放电；实施例4与实施例6相比，区别在于Na的添加量由90g提高到150g，由此可见，Na的添加量并非越多越好，过多的Na，可能影响板栅合金的机械强度；实施例5与实施例2相比，区别在于Sn的添加量由1.4kg降低到1.3kg，Sn的添加量需达到一定比例，才能提高铅酸蓄电池的性能。

Claims (6)

1.一种动力用铅酸蓄电池板栅合金，其特征在于，原料重量百分比组成为：

Ca 0.05～0.50％，

Sn 1～5％，

Na 0.05～0.50％，

Al 0.01～0.50％，

Pb 93.5～98.89％。

2.如权利要求1所述的动力用铅酸蓄电池板栅合金，其特征在于，原料重量百分比组成为：

Ca 0.07％～0.08％，

Sn 1.4～1.6％，

Na 0.05％～0.10％，

Al 0.015％～0.03％，

Pb 98.19％～98.465％。

3.如权利要求2所述的动力用铅酸蓄电池板栅合金，其特征在于，原料重量百分比组成为：

Ca 0.07％～0.08％，

Sn 1.4％～1.5％，

Na 0.08％～0.09％，

Al 0.025％～0.03％，

Pb 98.3％～98.425％。

4.如权利要求1所述的动力用铅酸蓄电池板栅合金，其特征在于，原料重量百分比组成为：

Ca 0.08％，

Sn 1.4％，

Na 0.08％，

Al 0.03％，

Pb 98.41％。

5.如权利要求1所述的动力用铅酸蓄电池板栅合金，其特征在于，原料重量百分比组成为：

Ca 0.08％，

Sn 1.5％，

Na 0.09％，

Al 0.03％，

Pb 98.3％。

6.如权利要求1～5任一所述的动力用铅酸蓄电池板栅合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将电解铅加入坩埚炉，升温至600～660℃，先后加入Al和Ca，以15～20r/min转速搅拌20～30分钟，降温至350～400℃；

(2)加入金属Sn，以15-20r/min转速搅拌，搅拌的同时添加金属Na，添加完成后继续以15-20r/min转速搅拌10～30分钟，即可得到板栅合金。