CN107579255A

CN107579255A - 一种铅蓄电池正极板栅合金及其制备方法

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Publication number: CN107579255A
Application number: CN201710634491.9A
Authority: CN
Inventors: 黄建平
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2017-07-29
Filing date: 2017-07-29
Publication date: 2018-01-12

Abstract

本发明涉及铅蓄电池技术领域，具体的涉及一种铅蓄电池正极板栅合金及其制备方法，所述铅蓄电池正极板栅合金，按重量百分比计，含有以下元素：Ca 0.04‑0.1％，Al 0.001‑0.05％，Sn 0.1‑3.0％，La0.001‑0.01％，Ag 0.001‑0.008％，In 0.001‑0.01％，其余为Pb和不可避免杂质，本发明提供的铅蓄电池的正极板栅合金中含有金属镧和铟，具有细化晶粒的作用，提高了正极板栅合金的导电性能，对大电流快速充电具有更好的接收能力；同时，所述的正极板栅合金中的金属镧和铟具有固溶强化的作用，提高了正极板栅合金的耐腐蚀性能，避免了多次循环后板栅合金被腐蚀，从而导致活性物质脱落，电池容量的降低。

Description

一种铅蓄电池正极板栅合金及其制备方法

技术领域

本发明涉及铅蓄电池技术领域，具体的说，涉及一种铅蓄电池正极板栅合金及其制备方法。

背景技术

目前，为电动助力车用提供动力电源的有锂蓄电池，镍氢、燃料电池，磷酸锂铁和铅蓄电池，它们各有优缺点，但是相对而言，铅蓄电池因其技术成熟，安全可靠，原料丰富，价格便宜，可回收利用等特点，逐渐成为了首选的动力电源。

可充电的铅蓄电池的主要原理为：放电时，正极板的二氧化铅和负极板的海绵状铅与电解液中的硫酸反应生成硫酸铅；充电过程中，硫酸铅通过氧化还原反应分别恢复成正极板上的二氧化铅和负极板上呈海绵状的铅。作为铅蓄电池中真正参与电池反应的活性物质，即铅和二氧化铅是疏松的多孔体，需要固定在载体上，通常，用铅或铅基合金制成的栅栏片状物为载体，使得活性物质固定在其中，这种物体称之为板栅，铅蓄电池中分别有正极板栅和负极板栅，其作用主要是支撑活性物质并传输电流。

现有技术中，不同厂家采用的正极板栅合金并不完全相同，广泛采用的有：钙-铅、铅-钙-锡、铅-钙-锡-铝、铅-锑-镉等，不同合金的性能不同，铅-钙、铅-钙-锡合金具有良好的浮充性能，但是铅钙合金易形成致密的硫酸铅和硫酸钙阻挡层使电池早期失效，合金抗蠕变性能差，不适合循环使用。铅-钙-锡-铝、铅-锑-镉各方面性能相对比较好，既适合浮充使用，又适合循环使用。

在一般条件下，铅蓄电池以小于放电电流充电为常规充电，大于此电流的充电方式均称为快速充电。但是现有的铅蓄电池存在快速充电接受能力不高、比能量低、以及生产和回收环境准入的高要求等，还未能完全适配储能系统、启停汽车、电动助力车、混合动力汽车和纯电动汽车的使用要求。作为铅蓄电池中有效活性物质的载体，正极板栅的电阻等诸多性能对铅蓄电池性能的发挥具有重要的作用

发明内容

针对现有技术中的问题，本发明的目的之一在于提供一种铅蓄电池的正极板栅合金，解决铅蓄电池的快速充电接受能力不足的问题，并提高铅蓄电池的综合性能，发挥铅蓄电池的更高效率，延长铅蓄电池的使用寿命。

为了实现上述目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

以正极板栅合金的总量为基准，按重量百分比计，所述的正极板栅合金含有以下元素：Ca 0.04-0.1％，Al 0.001-0.05％，Sn 0.1-3.0％，La 0.001-0.01％，Ag 0.001-0.008％，In 0.001-0.01％，其余为Pb和不可避免杂质；

作为铅蓄电池中活性物质的载体，正极板栅与活性物质的结合力对于电池容量具有重要的意义，对于正极板栅合金来说，除去了正极活性物质在充电状态下会氧化电解质分解而造成容量衰减，活性物质在循环使用过程中因膨胀而造成的与正极板栅合金结合力的降低也会造成电池容量的衰减，另外，在多次循环后，铅蓄电池中正极板栅合金与其活性物质的结合力和导电性的降低会严重影响电池快速充电接受能力，也就是无法维持长效的快速充电性能。而本发明提供的正极板栅合金中，金属镧和铟在导电铝中有一定量的固溶度，起到了固溶强化的作用，提高了铝的硬度，同时，该少量镧和铟的添加，有助于细化晶粒，提高导电性能，确保铅蓄电池的正负极板栅具有长效的快速充电接受能力。

优选的，以正极板栅合金的总量为基准，按重量百分比计，所述的正极板栅合金含有以下元素：Ca 0.06-0.09％，Al 0.004-0.02％，Sn 0.8-2.0％，La 0.003-0.008％，Ag0.002％，In 0.002-0.006％，其余为Pb和不可避免杂质。

更为优选的，以正极板栅合金的总量为基准，按重量百分比计，所述的正极板栅合金含有以下元素：Ca 0.08％，Al 0.01％，Sn 1.2％，La 0.005％，Ag 0.002％，In 0.004％，其余为Pb和不可避免杂质。

本发明还提供了所述铅蓄电池正极板栅合金的制备方法。

所述的正极板栅合金的制备方法包括以下步骤：

(1)按照正极板栅合金的原料配方称取电解铅锭、锡块、银锭和铟锭；

(2)首先将电解铅锭融化升温至400-450℃，然后依次加入锡块、银锭和铟锭，使其融化，混匀；

(3)按照正极板栅合金的原料配方称取镧、铝箔和钙，擦拭掉镧表面的保护油后立刻用部分铝箔包裹，然后将其投入到铅锅中，钙和剩余的铝箔也依次送入铅锅中，使其融化，混匀；

(4)保持铅锅温度为600-700℃，并缓缓搅拌，然后将合金溶液倾倒在正极板栅模具中，浇铸成正极板栅合金；

(5)将步骤(4)中浇铸完成的正极板栅合金在常温下静置，待充分硬化后备用；

根据本发明，本发明中所述的正极板栅合金的制备方法的步骤(3)中，将铅锅的温度升高至460-550℃，然后再投入铝箔包裹着的镧。

根据本发明，本发明中所述的正极板栅合金的制备方法的步骤(5)中，正极板栅合金的静置条件为20-25℃，静置5-7天。

与现有技术相比，本发明提供的铅蓄电池的正极板栅合金中含有金属镧和铟，具有细化晶粒的作用，提高了正极板栅合金的导电性能，对大电流快速充电具有更好的接收能力；同时，所述的正极板栅合金中的金属镧和铟具有固溶强化的作用，提高了正极板栅合金的耐腐蚀性能，避免了多次循环后板栅合金被腐蚀，从而导致活性物质脱落，电池容量的降低。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐明本发明。

实施例1

一种铅蓄电池正极板栅合金，以正极板栅合金的总量为基准，按重量百分比计，所述的正极板栅合金含有以下元素：Ca 0.08％，Al 0.01％，Sn 1.2％，La 0.005％，Ag0.002％，In 0.004％，其余为Pb和不可避免杂质。

该铅蓄电池正极板栅合金的制备方法包括以下步骤：

(2)首先将电解铅锭融化升温至420℃，然后依次加入锡块、银锭和铟锭，使其融化，混匀；

(4)保持铅锅温度为650℃，并缓缓搅拌，然后将合金溶液倾倒在正极板栅模具中，浇铸成正极板栅合金；

(5)将步骤(4)中浇铸完成的正极板栅合金在常温下静置，待充分硬化后备用。

实施例2

一种铅蓄电池正极板栅合金，以正极板栅合金的总量为基准，按重量百分比计，所述的正极板栅合金含有以下元素：Ca 0.06％，Al 0.004％，Sn 0.8％，La 0.003％，Ag0.002％，In 0.002％，其余为Pb和不可避免杂质。

该铅蓄电池正极板栅合金的制备方法包括以下步骤：

(2)首先将电解铅锭融化升温至430℃，然后依次加入锡块、银锭和铟锭，使其融化，混匀；

(4)保持铅锅温度为640℃，并缓缓搅拌，然后将合金溶液倾倒在正极板栅模具中，浇铸成正极板栅合金；

实施例3

一种铅蓄电池正极板栅合金，以正极板栅合金的总量为基准，按重量百分比计，所述的正极板栅合金含有以下元素：Ca 0.09％，Al 0.02％，Sn 2.0％，La 0.008％，Ag0.002％，In 0.006％，其余为Pb和不可避免杂质。

该铅蓄电池正极板栅合金的制备方法包括以下步骤：

(2)首先将电解铅锭融化升温至440℃，然后依次加入锡块、银锭和铟锭，使其融化，混匀；

(4)保持铅锅温度为660℃，并缓缓搅拌，然后将合金溶液倾倒在正极板栅模具中，浇铸成正极板栅合金；

实施例4

一种铅蓄电池正极板栅合金，以正极板栅合金的总量为基准，按重量百分比计，所述的正极板栅合金含有以下元素：Ca 0.04％，Al 0.001％，Sn 0.1％，La 0.001％，Ag0.001％，In 0.001％，其余为Pb和不可避免杂质。

该铅蓄电池正极板栅合金的制备方法包括以下步骤：

(2)首先将电解铅锭融化升温至400℃，然后依次加入锡块、银锭和铟锭，使其融化，混匀；

(4)保持铅锅温度为700℃，并缓缓搅拌，然后将合金溶液倾倒在正极板栅模具中，浇铸成正极板栅合金；

实施例5

一种铅蓄电池正极板栅合金，以正极板栅合金的总量为基准，按重量百分比计，所述的正极板栅合金含有以下元素：Ca 0.1％，Al 0.05％，Sn 3.0％，La 0.01％，Ag0.008％，In 0.01％，其余为Pb和不可避免杂质。

该铅蓄电池正极板栅合金的制备方法包括以下步骤：

(2)首先将电解铅锭融化升温至450℃，然后依次加入锡块、银锭和铟锭，使其融化，混匀；

(4)保持铅锅温度为600℃，并缓缓搅拌，然后将合金溶液倾倒在正极板栅模具中，浇铸成正极板栅合金；

将实施例1-5的铅蓄电池正极板栅合金与现有的Pb-Ca(0.12％)合金材料，分别经涂敷铅膏制成生极板并在同样的条件下进行化成，然后组装入铅蓄电池中制成电池，对电池进行如下实验，并将实验结果记录到表1中。

1、水损耗实验

根据GB/5008.1-2005，方法为铅蓄电池完全充电后，在恒压14.4±0.05V充电500h，记录铅蓄电池的质量损失(GB/5008.1-2005中规定：铅蓄电池完全充电后，在恒压14.4±0.05V充电500h，铅蓄电池的质量损失不得大于4g)

2、循环耐久能力实验

依据GB/5008.1-2005，以5I20放电1h，以14.8V±0.05V恒压放电2h组成一次循环，完成96次循环后，进行低温起动能力试验，以Is电流放电30s，记录铅蓄电池的端电压(GB/5008.1-2005中规定：以5I₂₀放电1h，以14.8V±0.05V恒压充电2h组成一次循环，完成96次循环后，进行低温起动能力试验，以Is电流放电30s，铅蓄电池端电压不得低于7.20V)

3、大电流循环冲击实验

对电池进行大电流充电，以恒压14.8V，限流3I2A充电1h，然后以5I₂₀放电6h组成一次循环，完成50次循环后，记录电池容量为初始容量的百分比。

4、腐蚀实验

在1.28g/ml硫酸中1.6V阳极电位下，合金腐蚀72h后，测量腐蚀层厚度，取其平均值。

表1实施例1-5的正极板栅合金的相关性能

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的特点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求保护的范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims

1.一种铅蓄电池正极板栅合金，其特征在于：

以正极板栅合金的总量为基准，按重量百分比计，所述的正极板栅合金含有以下元素：Ca 0.04-0.1％，Al 0.001-0.05％，Sn 0.1-3.0％，La 0.001-0.01％，Ag 0.001-0.008％，In 0.001-0.01％，其余为Pb和不可避免杂质。

2.根据权利要求1所述的铅蓄电池正极板栅合金，其特征在于：

以正极板栅合金的总量为基准，按重量百分比计，所述的正极板栅合金含有以下元素：Ca 0.06-0.09％，Al 0.004-0.02％，Sn 0.8-2.0％，La 0.003-0.008％，Ag 0.002％，In0.002-0.006％，其余为Pb和不可避免杂质。

3.根据权利要求1所述的铅蓄电池正极板栅合金，其特征在于：

以正极板栅合金的总量为基准，按重量百分比计，所述的正极板栅合金含有以下元素：Ca 0.08％，Al 0.01％，Sn 1.2％，La 0.005％，Ag 0.002％，In 0.004％，其余为Pb和不可避免杂质。

4.一种如权利要求1-3中任意一项所述的铅蓄电池正极板栅合金的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的铅蓄电池正负极板栅合金的制备方法，其特征在于：在步骤(3)中，将铅锅的温度升高至460-550℃，然后再投入铝箔包裹着的镧。

6.根据权利要求4所述的铅蓄电池正负极板栅合金的制备方法，其特征在于：在步骤(5)中，正极板栅合金的静置条件为20-25℃，静置5-7天。