CN101092708A - 铝－铅层状复合材料 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种铝－铅层状复合材料，属湿法冶金用的阳极板和铅蓄电池用板栅的层状复合电极材料结构设计。它由铝芯，铅或铅合金外层，及中间的过渡元素层组成。从而构成了内部由铝提高导电性能，减轻重量和增加机械强度，中间由过渡元素实现铝与铅的冶金结合，外层仍保持铅合金的耐腐蚀性和电化学性能的新型层状复合电极材料。该层状组合设计不仅可以发挥铝、铅各自的优势，达到减少电极内阻、增加强度、减轻重量，而且在使用功能上和电极外形结构设计上完全可以满足传统电极的工艺要求，且各项性能均得到了显著提升。

Description

铝-铅层状复合材料

技术领域

本发明涉及一种复合材料，尤其是一种用于制作湿法冶金用阳极板和铅蓄电池用板栅等的铝-铅复合材料。

技术背景

现行的铅电极材料主要是以铅为主成分的多元合金组元。如：Pb-Ca-Sn、Pb-Ca-Ag、Pb-Ag、Pb-Ca-Ag-稀土、Pb-Sb-As-Se等。在实际应用中，人们总是希望通过改变铅合金中的成分组元来提高电极的机械强度、导电性能和耐腐蚀性能。但是，随着合金成分的复杂化，会使铅自身的电化学性能优势被削弱，比如：在铅合金中添加金属钙后，可以提高铅合金材料的机械强度，且随着钙含量的增多而增加，但是当铅合金中的钙含量超过0.1％时，铅合金的耐腐蚀能力将急剧下降。因此，铅合金成分的复杂化将对铅电极材料的综合性能带来不利的影响。为减少电极内阻，曾有人在铜板或铜网板上镀铅，然后在其上涂覆活性物质，制成铅蓄电池极板，从而提高电池的放电容量，由于铜-铅界面不相容，客观上总会在铜-铅界面上留下孔洞，从而导致铜板或铜网板很快被浸蚀。类似的还有在钛板或钛网板上镀铅，此法除成本高外，依然解决不了钛-铅的界面结合问题，常出现铅覆层脱膜。处于研究阶段的粉末冶金法制备铅-铝“合金”电极材料，其方法是将一定粒度的铅粉、铝粉按一定配比混合后，用机械合金球磨法制成铅-铝均匀的“假合金”电极材料，这对增加电极的强度，减少电阻有一定的作用，但由于其中的金属铝直接与电解质接触，故很快就被浸蚀掉，因此，目前尚不具备实用性。

发明内容

为解决现有技术存在的上述种种问题，本发明提供一种铝-铅层状复合材料，已制备出一种强度高、导电好、耐腐蚀、重量轻、成本低的新型铝-铅复合电极，使之在湿法冶金电积或电解过程中，具有较高的极板强度，较低的槽电压，从而有利于降低能耗，减轻重量，提高耐蚀性及铅蓄电池的比能量。

本发明通过下列技术方案实现：一种铝-铅层状复合材料，其特征在于它由铝芯，铅或铅合金外层，及中间的过渡元素层组成。

所述铝芯为铝板或铝棒，或者为铝网板。

所述铝芯板厚度为0.2～3mm，可视电极的具体要求而定。

所述铝芯网板的网丝直径为0.5～3mm，可视具体要求而定。

所述铅或铅合金外层厚度为1～5mm，可视电极的具体要求而定。

所述中间过渡元素层的厚度为5～1000μm，最佳为50～100μm。

所述中间过渡元素层为锡、铋、锌、钙、镁、锑、钯、镨、铂、碲、钛、铀、钚、硒、硅、钨中的任意一种单元素，或者为任意二种以上的复合元素，应能与铝和铅互溶。

所述铅合金外层为现有技术中的任何一种铅合金材料。

本发明与现有技术相比具有下列优点和效果：采用上述方案，不仅可以发挥铝、铅各自的优势，达到减少电极内阻，增加机械强度，减轻整体重量等效果，而且中间过渡元素层的设置，使内芯的铝与外层的铅分别与之互溶，实现了铝与铅的冶金结合，既有效利用了芯材铝提高导电性能，其外层铅合金或铅仍然保持固有的耐腐蚀性和电化学性能，而且在使用功能上和电极外形结构设计上完全可以满足传统电极的工艺要求，且各项性能指标均得到了显著提升。经过同等条件(同样的反应面积、酸度、电流密度经过连续反应400小时)下的对比试验，其结果表明：本发明的铝-铅层状复合极板与传统铅合金极板相比，内阻减少28％，强度提高37％，重量减轻36％，槽电压降低8.4％，腐蚀率减少40％。这对节省电能，减少铅金属的消耗有显著的功效。

附图说明

图1为本发明之结构示意图；

图2为图1的A-A视图；

图3为导电梁结构图；

图4为本发明之另一结构示意图；

图5为图4中网丝的纵向截面图；

图6为图4中网丝的横向截面图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步描述，但本发明之内容并不局限于此。

实施例1

采用厚度为1mm工业铝板，制成外形尺寸(长×宽)为1025mm×630mm的阳极板芯1，略小于传统标准阳极板，再用10mm厚的工业铝排制成长×宽为1054mm×50mm的导电梁2，在导电梁2的一端切去一个长×宽×厚为120mm×8~10mm×25mm的铜极耳接口端3，并采用现行的铝铜复合方法在切去的铝导电梁接口端3制备出一块长×宽×厚为120mm×12~16mm×28mm的导电铜极耳4。在导电梁2长度方向居中的位置焊接铝芯板1，使之构成一体，焊合后的芯板1和导电梁2经现有技术进行表面去膜处理后，在其上生成一层厚度为100μm的锡过渡元素层5，再在该过渡元素层外，用成分为Ag＝1～1.5％，余量为Pb的Pb-Ag铅合金6进行包覆，包覆层厚度为2.4mm，得到中心为铝芯层1，表层为铅合金层6，中间为过渡元素层5的湿法冶金用铝-铅极板，如图1、图2、图3，其外形尺寸长×宽×厚为1030mm×640mm×6mm与传统铅阳极板完全一致(浸泡在电解槽中的反应区域)。

实施例2

采用厚度为0.4mm的工业铝板拉成网丝7后，按照所需容量的铅蓄电池板栅外形尺寸(长×宽)剪切下来并制备成带边框8和极耳9的完整板栅形状，作为铝芯，再将该铝芯栅表面预处理后，在其上生成一层40μm的锑过渡合金层10，然后再在锑过渡合金层10的外表面包覆一层厚度为1mm的Pb-Sb-As-Se铅合金层11，且保留板栅网孔不被铅合金充填，如图4、图5、图6。

Claims (7)

1、一种铝-铅层状复合材料，其特征在于它由铝芯，铅或铅合金外层，及中间的过渡元素层组成。

2、根据权利要求1所述的铝-铅层状复合材料，其特征在于所述铝芯为铝板或铝棒，或者为铝网板。

3、根据权利要求1所述的铝-铅层状复合材料，其特征在于所述铝芯板厚度为0.2～3mm。

4、根据权利要求1所述的铝-铅层状复合材料，其特征在于所述铝芯网板的网丝直径为0.5～3mm。

5、根据权利要求1所述的铝-铅层状复合材料，其特征在于所述铅或铅合金外层厚度为1～5mm。

6、根据权利要求1所述的铝-铅层状复合材料，其特征在于所述中间过渡元素层的厚度为5～1000μm，最佳为50～100μm。

7、根据权利要求1所述的铝-铅层状复合材料，其特征在于所述中间过渡元素层为锡、铋、锌、钙、镁、锑、钯、镨、铂、碲、钛、铀、钚、硒、硅、钨中的任意一种单元素，或者为任意二种以上的复合元素。