CN104060122A - 铅蓄电池正极板栅多元合金及制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种铅蓄电池正极板栅多元合金及制作方法，涉及电化学技术领域。多元合金的成分及重量百分比为：Ca0.01%～0.1%，Sn0.2%～2.0%，Ba0.001%～2%，其余为铅。制作方法是先制作含有相同成分的母合金，再用铅、锡进行稀释，制成实际合金。本发明提供的多元合金用于制作铅蓄电池正极板栅，具有优良的耐腐蚀性能和抗蠕变性能，能显著提高电池性能和寿命，尤其适合电动汽车使用。提供的制作方法操作规范，工艺合理，能保证产品质量。

Description

铅蓄电池正极板栅多元合金及制作方法

技术领域

本发明属于电化学技术领域，具体涉及一种铅蓄电池正极板栅多元合金，以及该合金的制作方法。

背景技术

铅酸蓄电池是由正极板栅、活性物质、负极板栅、电解质溶液、隔膜、电池壳体构成。由于正极板栅在电池充电状态下处于高的阳极腐蚀电位区，在电解质溶液中正极板栅筋条极易发生阳极腐蚀而断裂，从而严重缩短电池的使用寿命，所以说板栅的耐腐蚀、抗蠕变和膨胀性能对电池的使用寿命有着至关重要的影响。

目前，在混合动力电动汽车应用领域，铅钙锡合金作为动力领域铅蓄电池正极板栅材料，能够克服采用铅锑合金带来的失水干涸的缺陷，但是在高温条件下，钙合金正极板栅的加速腐蚀而引起的蠕变和膨胀，仍然会导致电池寿命终结。因此，急需开发一种在高温条件下长寿命、具有良好抗腐蚀性能的正极板栅合金材料。

发明内容

本发明的目的在于克服现有板栅合金的不足之处，提供一种能有效增强合金的机械性能、抗腐蚀性能，进而提高铅蓄电池使用寿命的铅蓄电池正极板栅多元合金，并提供该多元合金的制作方法。

本发明的技术方案是：铅蓄电池正极板栅多元合金，含有铅、钙、锡元素，其改进之处是该合金中加入钡元素，各种金属元素在合金中的重量百分比为：Ca 0.01%-0.1%，Sn 0.2%2.0%，Ba 0.001%-2%，其余为铅；合金中，钙、锡、钡的纯度为99.5%以上。

上述铅蓄电池正极板栅多元合金的制作方法，操作如下：

（1）制作母合金：取钙、锡、钡、铅元素按如下重量百分比：Ca 0.05%-0.12%，Sn 0.8%-1.5%，Ba 0.1%-2%，其余为铅，共同投入真空容器内，开启真空泵，使容器内真空度为9～12KPa，加热至430～500℃，加热时间25～40min，直至容器内混合物呈共熔状态，并充分混合均匀，冷却后得到母合金；

（2）制作实际合金：根据母合金中各成分的实际含量，通过计算称取用于稀释母合金的铅、锡的添加量，使实际合金的成分含量符合所述多元合金的组成要求；先将铅在450℃以上与锡共熔均匀后，再在480～520℃温度下加入母合金，搅拌均匀后制得实际合金，即铅蓄电池正极板栅多元合金。

本发明提供的多元合金作为铅蓄电池正极板栅材料，有如下优点：

本发明所提供的多元合金在60℃条件下的抗腐蚀速率大大降低，提高了合金的抗腐蚀性能，采用1350mV恒压测试，测得这种合金的腐蚀速率为13mg.cm^-2，比常规的铅钙锡合金腐蚀速率（32.5 mg.cm^-2）降低了60%。

本发明所提供的多元合金在0.2%MPa的条件下，进行合金屈服强度试验，在100℃下，放置200h，机械强度几乎保持不变，而铅钙锡合金放置50h，几乎完全变形，这就是高温条件下，电池寿命终结的主要原因。

本发明所提供的多元合金在100℃下进行合金材料蠕变性能试验，铅、钙、锡、钡合金在恒压作用下，29.5h后合金发生断裂，铅钙锡合金在同一压力条件下，7.8h后合金发生断裂，因此铅、钙、锡、钡合金的抗蠕变性能提高了接近2倍，大大提高了正极板栅的机械强度。

本发明所提出的铅、钙、锡、钡合金能够延长部分荷电态下（PSoC）电池的使用寿命，在同一款混合动力汽车分别试用铅钙锡钡合金和铅钙锡合金制作的铅蓄电池，10个月后，进行解剖测试和分析，铅钙锡钡合金制作的电池失水率为2.15%/月，腐蚀速率为0.09%/月，铅钙锡合金制作的电池失水率为3.3%/月，腐蚀速率为0.32%/月，通过扫描电镜观察铅钙锡钡正极板栅仍然保持平整无明显变形和腐蚀，而铅钙锡正极板栅部分筋条已经断裂。经混合动力汽车实际测试，该合金能够延长铅蓄电池在部分荷电态下的使用寿命。

上述多元合金的制作方法是先制作母合金，再用铅、锡进行稀释，制作实际合金，能使合金按照特定的晶相有序生长，保证合金性能，该方法操作规范，工艺合理，适合批量生产。

具体实施方式：

由于金属钙在空气中极易发生氧化，本发明采用真空熔融法制造。制造过程分两步，第一步在真空熔炉中制成铅、钙、锡、钡母合金；第二步在熔铅炉中将母合金稀释成实际合金。

母合金制作：将各成分按比例加入特制真空容器，开启真空泵，抽取容器中的空气后，关闭抽气口，随后将混合物加热至共熔状态，并充分混合均匀，冷却后得到母合金。

实际合金制作：根据实际合金的含量分别称取铅、锡和母合金。先将铅在450℃以上与锡共熔均匀后，再在500℃左右温度条件下加入母合金，搅拌均匀后，得到铸造板栅的实际合金，即铅蓄电池正极板栅多元合金。

实施例1、2、3中母合金和实际合金的成分、重量百分比含量及制作中的工艺参数分别如表1和表2：

表1：母合金

表2：实际合金

将铸造板栅合金采用连铸法，制造正极板栅；再用相同的模具铸造同等数量的铅钙锡合金正极板栅，便于进行性能对比。

将以上两种不同合金的正极板栅在相同工艺条件下涂膏、固化、干燥和化成后，装配成成品电池。

对上述两种不同合金制作的正极板栅电池，分别在PSoC态下进行使用，直至所测得电池的容量保持率＜80%的额定容量时，即认定铅蓄电池的寿命终止。

经过测试结果表明，本发明所提供的铅、钙、锡、钡合金电池寿命比铅、钙、锡合金电池寿命提高46%左右。

Claims (2)

1.一种铅蓄电池正极板栅多元合金，含有铅、钙、锡元素，其特征是该合金中加入钡元素，各种金属元素在合金中的重量百分比为：Ca 0.01%～0.1%，Sn 0.2%～2.0%，Ba 0.001%～2%，其余为铅；合金中，钙、锡、钡的纯度为99.5%以上。

2.一种如权利要求1所述铅蓄电池正极板栅多元合金的制作方法，其特征是操作如下：

（1）制作母合金：取钙、锡、钡、铅元素按如下重量百分比：Ca 0.05%～0.12%，Sn 0.8%～1.5%，Ba 0.1%～2%，其余为铅，共同投入真空容器内，开启真空泵，使容器内真空度为9～12KPa，加热至430～500℃，加热时间25～40min，直至容器内混合物呈共熔状态，并充分混合均匀，冷却后得到母合金；

（2）制作实际合金：根据母合金中各成分的实际含量，通过计算称取用于稀释母合金的铅、锡的添加量，使实际合金的成分含量符合所述多元合金的组成要求；先将铅在450℃以上与锡共熔均匀后，再在480～520℃温度下加入母合金，搅拌均匀后制得实际合金，即铅蓄电池正极板栅多元合金。