CN104201393A - 阀控式动力电池正极板栅合金 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了阀控式动力电池正极板栅合金，由以下组分的重量百分比组成：Sb含量范围：2.0％～3.0％；Sn含量范围：1.0％～1.8％；Se含量范围：0.04％～0.10％；Ag含量范围：0.02％～0.05％；La含量范围：0.02％～0.08％；其余为Pb。本发明采用的正极板栅合金使电池具有很好的充电接受能力，防止产生PCL1，同时不用Cd和As等有害物质，符合环保要求，另外控制电池失水，使电池不容易导致热失控，可在阀控式铅酸电池上使用。

Description

阀控式动力电池正极板栅合金
技术领域
本发明涉及蓄电池，尤其涉及一种阀控式动力电池正极板栅合金。
背景技术
电动自行车、旅游观光车、清洁车等用阀控式铅酸电池做动力，驱动电机行驶。电池的深循环性能往往决定着电池使用寿命。而电池的正极板栅合金材料对于充电接受能力以及耐腐蚀性能很关键，进而影响着电池的循环性能。
市场上用于阀控铅酸电池的正极板栅合金主要有铅钙锡系列(Pb-Ca-Sn)、铅锑镉系列(Pb-Sb-Cd)、铅锑锡系列(Pb-Sb-Sn)。
其中，铅钙锡系列(Pb-Ca-Sn)电池充电接受能力差，容易产生PCL1(板栅界面与活性物质之间由于生产高阻抗的氧化铅导致的早期容量损失)，即“无锑效应”；
铅锑镉系列(Pb-Sb-Cd)充电接受能力好，但是Cd有毒，不符合国家环保要求，已经禁止使用；
铅锑锡系列(Pb-Sb-Sn)充电接受能力好，但是电池失水严重，容易导致阀控电池热失控。所以Pb-Sb-Sn合金主要用于富液电池，不在阀控式铅酸电池上使用。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种用于阀控式铅酸动力电池的正极板栅合金。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：阀控式动力电池正极板栅合金，由以下组分的重量百分比组成：
Sb含量范围：2.0％～3.0％；
Sn含量范围：1.0％～1.8％；
Se含量范围：0.04％～0.10％；
Ag含量范围：0.02％～0.05％；
La含量范围：0.02％～0.08％；
其余为Pb。
作为优选，阀控式动力电池正极板栅合金，由以下组分的重量百分比组成：
Sb 2.0％，Sn 1.0％，Se 0.04％～0.10％；Ag 0.02％，La 0.02％，其余为Pb。
作为优选，阀控式动力电池正极板栅合金，由以下组分的重量百分比组成：
Sb 2.2％，Sn 1.0％，Se 0.04％，Ag 0.03％，La 0.03％，其余为Pb。
作为优选，阀控式动力电池正极板栅合金，由以下组分的重量百分比组成：
Sb 2.4％，Sn 1.8％，Se 0.10％，Ag 0.05％，La 0.08％，其余为Pb。
作为优选，阀控式动力电池正极板栅合金，由以下组分的重量百分比组成：
Sb 2.6％，Sn 1.6％，Se 0.05，Ag 0.03％，La 0.04％，其余为Pb。
作为优选，阀控式动力电池正极板栅合金，由以下组分的重量百分比组成：
Sb 2.8％，Sn 1.4％，Se 0.08％，Ag 0.04％，La 0.06％，其余为Pb。
作为优选，阀控式动力电池正极板栅合金，由以下组分的重量百分比组成：
Sb 3.0％，Sn 1.2％，Se 0.10％，Ag 0.05％，La 0.08％，其余为Pb。
本发明的技术特点：
1)为了降低失水，Sb含量应该不高于3.0％。
2)为了防止“无锑效应”，Sb含量不得低于2.0％，且Sb+Sn的含量不低于3.0％。
3)Sn含量一般不高于1.8％，过高的锡含量会降低板栅的耐腐蚀性能，但同时锡含量过低会改变表面张力，降低流动性，导致工艺性能变差。
4)Se元素的添加可细化晶粒，不但可以提升材料的强度，也能较好地改善材料的裂纹缺陷，使得共晶体可以较好地填充于初始凝固的枝晶间隙当中，使得裂纹的出现的可能性进一步降低。
5)Ag的添加不仅可以作为形核核心，也可改善晶间腐蚀，提升耐蚀性能。
6)La的加入不仅抑制氧气析出，减少失水，而且改善了电池深放电时的铅合金上形成的铅氧化物的阻抗，提高充电接受能力。
本发明的有益效果是：
采用的正极板栅合金使电池具有很好的充电接受能力，防止产生PCL1，同时不用Cd和As等有害物质，符合环保要求，另外控制电池失水，使电池不容易导致热失控，可在阀控式铅酸电池上使用。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明阀控式动力电池正极板栅合金实施例1-6的电池容量循环曲线。
图2是本发明阀控式动力电池正极板栅合金实施例1-6的循环失水图。
图中，1-实施例1，2-实施例2，3-实施例3，4-实施例4，5-实施例5，6-实施例6。
具体实施方式
实施例1：
一种阀控式动力电池正极板栅合金，由以下组分按重量百分比组成：2.0％Sb，1.0％Sn，0.010％Se(与权利要求1中的Se含量范围：0.04％～0.10％有矛盾)，0.02％Ag，0.02％La，其余为Pb。
实施例2：
一种阀控式动力电池正极板栅合金，由以下组分按重量百分比组成：2.2％Sb，1.0％Sn，0.04％Se，0.03％Ag，0.03％La，其余为Pb。
实施例3：
一种阀控式动力电池正极板栅合金，由以下组分按重量百分比组成：2.4％Sb，1.8％Sn，0.10％Se，0.05％Ag，0.08％La，其余为Pb。
实施例4：
一种阀控式动力电池正极板栅合金，由以下组分按重量百分比组成：2.6％Sb，1.6％Sn，0.05％Se，0.03％Ag，0.04％La，其余为Pb。
实施例5：
一种阀控式动力电池正极板栅合金，由以下组分按重量百分比组成：2.8％Sb，1.4％Sn，0.08％Se，0.04％Ag，0.06％La，其余为Pb。
实施例6：
一种阀控式动力电池正极板栅合金，由以下组分按重量百分比组成：3.0％Sb，1.2％Sn，0.10％Se，0.05％Ag，0.08％La，其余为Pb。
结果验证：
按照实施例1-6的要求配制不同的6种合金，分别用于制作相同型号的正极板栅(单片容量20Ah)，然后涂膏、固化、干燥、极板化成，制成6种不同板栅合金成分的熟极板；负板用相同的铅钙合金制作，同样经过涂膏、固化、干燥、极板化成工序，制成负熟板。然后按照正极9片，负极10片的比例配组、装配、密封等工序，制成6种不同正板，相同型号的6V180电池。
经过3小时率容量、低温、大电流等初期性能测试，全部符合《电动汽车用铅酸蓄电池(QC/T 742-2006》的标准要求。因为该电池主要应用于深循环，所以长期性能主要是检测循环寿命，依据也是QC/T 742-2006中6.13的要求，同时为比较合金之间的差异，还要比较电池失水状况，作为阀控密封式铅酸蓄电池，如果失水过多，将影响电池容量，同时有“热失控”的危险。所以应该在其使用周期内控制在一个合适的范围内。
6种电池分别用6条回路测试循环寿命。按照《电动汽车用铅酸蓄电池(QC/T 742-2006)》中6.13的要求：即电池完全充足电后，在20℃±5℃的环境中，以1.5I3(A)的电流放电1.6h，然后以恒电压2.4V/单体，限流1.5I3充电4h，组成一个循环；经过连续49个循环后，第50个循环对电池经过完全充电后对测试电池3小时率容量。如此组成一个大循环。容量高于80％额定容量，就继续循环，如果低于80％，循环结束，作为最终循环次数。要求循环次数不低于400次。
图1是6种电池的循环曲线，目前做到400次，剩余容量在82％-89％之间，循环还没有结束，但已经达到标准的要求，并且，采用铅锑锡硒合金的实施例2、3、4、5、6与采用铅锑砷合金的实施例1没有大的差异。
图2是电池在QC/T 742的循环过程中，每50次对电池的一个失水检测，方法是通过循环前后电池重量的减少，来判断失水的多少。从图可知，经过400次循环后，累积失水基本都在4％左右，是出于可控范围之内。
所以采用本实施例的系列合金，完全可以替代Pb-Sb-Cd和Pb-Sb-As的合金，符合标准要求。
本实施例的技术特点：
1)为了降低失水，Sb含量应该不高于3％。
2)为了防止“无锑效应”，Sb含量不得低于2.0％，且Sb+Sn的含量不低于3.0％。
3)Sn含量一般不高于1.8％，过高的锡含量会降低板栅的耐腐蚀性能，但同时锡含量过低会改变表面张力，降低流动性，导致工艺性能变差。
4)Se元素的添加可细化晶粒，不但可以提升材料的强度，也能较好地改善材料的裂纹缺陷，使得共晶体可以较好地填充于初始凝固的枝晶间隙当中，使得裂纹的出现的可能性进一步降低。
5)Ag的添加不仅可以作为形核核心，也可改善晶间腐蚀，提升耐蚀性能。
6)La的加入不仅抑制氧气析出，减少失水，而且改善了电池深放电时的铅合金上形成的铅氧化物的阻抗，提高充电接受能力。
以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (7)

1.阀控式动力电池正极板栅合金，其特征在于由以下组分的重量百分比组成：
Sb含量范围：2.0％～3.0％；
Sn含量范围：1.0％～1.8％；
Se含量范围：0.04％～0.10％；
Ag含量范围：0.02％～0.05％；
La含量范围：0.02％～0.08％；
其余为Pb。
2.根据权利要求1所述的阀控式动力电池正极板栅合金，其特征在于由以下组分的重量百分比组成：
Sb 2.0％，Sn 1.0％，Se 0.04％～0.10％；Ag 0.02％，La 0.02％，其余为Pb。
3.根据权利要求1所述的阀控式动力电池正极板栅合金，其特征在于由以下组分的重量百分比组成：
Sb 2.2％，Sn 1.0％，Se 0.04％，Ag 0.03％，La 0.03％，其余为Pb。
4.根据权利要求1所述的阀控式动力电池正极板栅合金，其特征在于由以下组分的重量百分比组成：
Sb 2.4％，Sn 1.8％，Se 0.10％，Ag 0.05％，La 0.08％，其余为Pb。
5.根据权利要求1所述的阀控式动力电池正极板栅合金，其特征在于由以下组分的重量百分比组成：
Sb 2.6％，Sn 1.6％，Se 0.05，Ag 0.03％，La 0.04％，其余为Pb。
6.根据权利要求1所述的阀控式动力电池正极板栅合金，其特征在于由以下组分的重量百分比组成：
Sb 2.8％，Sn 1.4％，Se 0.08％，Ag 0.04％，La 0.06％，其余为Pb。
7.根据权利要求1所述的阀控式动力电池正极板栅合金，其特征在于由以下组分的重量百分比组成：
Sb 3.0％，Sn 1.2％，Se 0.10％，Ag 0.05％，La 0.08％，其余为Pb。
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