CN100355920C - 板栅合金及制备方法 - Google Patents

Abstract

一种蓄电池板栅合金，属蓄电池技术领域，用于解决板栅的硬度、抗蠕变能力及耐腐蚀性问题。其组成按重量单位百分比计为：钙0.02～0.2，铝0.01～0.05，锡0.1～2，银0.001～0.05，铅余量。按照本发明所得合金去制造板栅，其性能大大高于普通铅锑合金或铅钙合金，用该合金正极板栅组装的蓄电池，完全满足VW75 073标准的要求。板栅外观完整、无明显长大变形，强度高。同时，该合金工艺性好，成本适中，性价比高，极适宜在产业化生产中推广应用。

Description

板栅合金及制备方法

技术领域

本发明型涉及一种用于制造蓄电池板栅的材料及制备方法，属蓄电池技术领域。

背景技术

板栅是铅酸蓄电池最关键的非活性部件。它在蓄电池中有两大功能，一是支撑正负活性物质，二是在放电和充电期间充当集流体，这就要求制作板栅的合金必须具有优良的性能。多年来，铅锑合金一直被用作蓄电池板栅合金，这种合金机械强度高，铸造性能优良。随着免维护汽车电池和阀控铅酸电池的出现，铅钙合金以耐腐蚀和析氢过电位高的良好性能而开始被用于板栅合金，并且所占比重越来越大。铅钙双元合金的机械性能比铅锑合金小的多，铅钙合金用于汽车蓄电池的正板栅。由于加强剂Pb₃Ca通过一系列的细胞沉淀反应快速从熔体中沉淀出来，因此这种合金硬化速度非常快。这些反应使得这种合金不适合用于正板栅，因为运动的晶粒边界会加速腐蚀和应力下的蠕变，因此板栅易长大并且因无足够活性元素而易钝化，使得应用铅钙合金板栅的电池深循环寿命短，易于出现早期容量衰减现象。为克服这一缺点，通常合金中同时添加高含量的锡，这种合金在阀控密封铅酸蓄电池和汽车用免维护铅酸蓄电池上得到了广泛的应用。向铅钙合金中加入锡可稍微增加第二相颗粒的体积比例，钙、锡以(PbSn)₃Ca或Sn₃Ca沉淀的形式分布在铅基体中，由于其比Pb₃Ca的稳定性高，从而使铅合金得到加强。合金的腐蚀速度随锡含量的增加而减小，但锡含量高时会增加合金晶粒尺寸并且多余的锡会离析到晶粒边界，使合金受到严重的晶间腐蚀。而现如今随着汽车技术的不断发展，汽车上的电器功率需求越来越大，这就要求汽车电池的输出功率不断提高。而电池功率的提高，在空间容积有限的条件下必然要应用薄极板结构，这种板栅在外部高温环境和连续充电条件下将加剧腐蚀，无法满足汽车工业对汽车配件之一的蓄电池日益增长的寿命要求。因此有必要研究一种新型耐腐蚀合金取而代之。

许多研究机构包括ALABC(先进铅酸蓄电池联盟)对板栅合金进行不断的研究。例如在铅钙或铅锑合金的基础上对成分含量的调整及加入镉、铋、稀土合金等其它元素，或研究新的铅合金系列如铅锶、铅稀土系列合金，以及其它纤维增强铅、塑料电镀、铜拉网电镀铅等板栅材料。据报道有些性能非常优越。但都因制造困难或其它工艺问题或成本原因而未能获得应用。

基于上述原因，寻求性能更好的板栅合金一直是该领域内技术人员研究的课题。

发明内容

本发明用于克服上述已有技术之缺陷而提供一种能提高合金硬度、抗蠕变能力及耐腐蚀性，并能细化合金晶粒，适宜在产业化生产中应用的蓄电池板栅。

本发明所称问题是由以下技术方案解决的：

一种蓄电池板栅合金，由钙、铝、锡、银、铅元素组成，其组成按重量单位百分比为：

钙  0.1～0.2，

铝  0.03～0.05，

锡  ＞1.2～2，

银  0.001～0.025，

铅  余量。

上述蓄电池板栅合金的制造方法，它包括如下步骤：

按照上述重量百分比称取原料：

钙0.1～0.2，铝0.03～0.05，锡＞1.2～2，银0.001～0.025，铅余量；

配制时，首先在合金锅中加入70％配方量的铅，然后加热升温至600～750℃，加入配方量的银和铝，搅拌，然后再将金属钙放入一带孔容器中置于铅液底部，搅拌，尔后加入余量铅，继续搅拌，再加入锡，搅拌均匀后即成板栅合金。

按照本发明所得合金去制造板栅，其性能大大高于普通铅锑合金或铅钙合金，用该合金正极板栅组装的蓄电池，完全满足VW75 073标准的要求。VW75 073标准中的试验规程模拟汽车运行过程中蓄电池的环境状态，对板栅合金的耐腐蚀性能要求极高，普通铅钙锡铝板栅合金在不增加板栅厚度的情况下是无法满足其要求的。

其试验规程如下：

a)蓄电池各电池单格内的电解液液面，下沉到离极板上缘1cm处。

b)用14.4V和I_max＝6A给置于(60±3)℃水浴中的蓄电池充电2周。水浴时的水位高度要位于酸液最高标记与最低标记之间。

c)用3A放电使蓄电池放电至12.5V。

d)让蓄电池在(60±3)℃的水浴中放3周。

e)用14.4V和I_max＝6A给置于(60±3)℃的水浴中的蓄电池充电3周o

f)让蓄电池冷却，小心地打开蓄电池。爆炸危险！

g)蓄电池的打开检验：对正极的腐蚀和增长作评定。如有过分损坏，则要判断为不合格。

本发明中的各添加成分在合金中起如下作用：

铝在该合金中通过形成一层薄的氧化铝表皮，防止氧进入熔化合金表面，从而保护钙和锡以避免其损失和含量变动。铝的加入极大地降低了铸造板栅中悬浮的氧化钙量，并由于钙利用率更高而提高机械性能。铸造物中氧化钙减少，减少了正板栅晶界穿透腐蚀的速度。银在合金中大量偏析在合金晶界和子晶界上，偏析的颗粒含有铝、银和AgxSnx金属间化合物颗粒，同时银对于延迟不连续沉淀反应及钙沉淀物的过硬化有着重要影响，银提高了合金的机械性能和腐蚀强度，防止正板栅在高温下增长。正因为这些元素的作用，经上述试验后正极板栅外观完整、无明显长大变形，强度很高。同时，该合金工艺性好，成本适中，性价比高，极适宜在产业化生产中推广应用。

具体实施方式

下面提供几个具体实施例：

      实施例1：    实施例2：    实施例3：

钙    0.02         0.2          0.1

铝    0.03         0.05         0.01

锡    0.1          1.2          2

银    0.05         0.025        0.001

铅    余量         余量         余量

合金配制工艺：首先在合金锅中加入70％配方量的铅，然后加热升温至680℃，捞出浮渣加入配方量的银和铝，搅拌10分钟，然后再将金属钙放入一带孔的小容器中置于铅液底部并不断搅动直至液面无气泡冒出取出容器，加入剩余的铅并开始搅拌，搅拌5分钟后加入配方量的锡，再搅拌10分钟，取样化验，合格后浇铸成规定大小的合金锭。

Claims (2)

1.一种蓄电池板栅合金，由钙、铝、锡、银、铅元素组成，其特征在于，其组成按重量单位百分比计为：

钙  0.1～0.2，

铝  0.03～0.05，

锡  ＞1.2～2，

银  0.001～0.025，

铅  余量。

2.根据权利要求1所述的蓄电池板栅合金的制造方法，其特征在于：它按如下工序进行：

按照下述重量百分比称取原料：

钙0.1～0.2，铝0.03～0.05，  锡＞1.2～2，银0.001～0.025，铅余量；

配制时，首先在合金锅中加入70％配方量的铅，然后加热升温至600～750℃，加入配方量的银和铝，搅拌，然后再将金属钙放入一带孔容器中置于铅液底部，搅拌，尔后加入余量铅，继续搅拌，再加入锡，搅拌均匀后即成板栅合金。