CN115911406A - 一种高寿命阀控式铅酸蓄电池稀土银合金及其配制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高寿命阀控式铅酸蓄电池稀土银合金及其配制方法，本申请的稀土银合金配制方法，通过加入合适比例的La和Ag,能有效提升板栅的抗腐蚀性，提高板栅合金的力学性能和电化学性能，能解决VRLA蓄电池早期容量损失，提高电池放电性能。本申请实施例的稀土银合金配制方法相比常规Pb‑Ca合金配制方法，使得用稀土银合金生产的VRLA蓄电池循环寿命大大提高。
Description
技术领域
本发明涉及铅酸蓄电池领域，具体涉及一种高寿命阀控式铅酸蓄电池稀土银合金及其配制方法，该阀控式铅酸蓄电池主要运用于摩托车。
背景技术
阀控式铅酸蓄电池简称VRLA蓄电池，这种电池采用贫液式设计，即将大部分电解液贮存在吸液式玻璃纤维隔板(AGM)中，小部分电解液贮存在正、负极板活性物质孔隙中，使电池壳内无流动的电解液，故称为贫液式电池。
目前VRLA蓄电池板栅主要使用的合金为Pb-Ca-Sn-Al合金，板栅在铅酸蓄电池极板内起支撑活性物质的部件，形状通常为栅状结构，故称为板栅。板栅在蓄电池中有三方面的作用，一是板栅支撑活性物质，是活性物质的载体；二是板栅是活性物质的导电体，活性物质储存的电量通过板栅流出和注入；三是板栅的腐蚀产物要保护板栅，减少腐蚀，并降低与活性物质结合的界面电阻；所以板栅是决定铅酸蓄电池性能的主要基体材料和组件。
当使用Pb-Ca-Sn-Al合金板栅时，在靠近板栅处PbSO4结晶中，为具有半渗透膜性质的绝缘物，使靠近板栅附近的溶液变为碱性，导致PbSO4层下面的腐蚀层生成α-PbO，具有高阻抗，妨碍电子流动。采用Pb-Ca-Sn-Al合金板栅生产的VRLA蓄电池，若进行大电流放电或者深放电循环使用时，表现为充电接受能力下降，再充电困难，引起寿命初期容量损失，导致容量下降，表现为早期容量损失。VRLA蓄电池正极板栅和负板栅合金加入合适比例的La含量和Ag含量，能有效提升板栅的抗腐蚀性，提高板栅合金的力学性能和电化学性能，能解决VRLA蓄电池早期容量损失，提高电池性能和使用寿命。为此，如何解决上述现有技术存在的不足，是本发明研究的课题。
发明内容
为解决上述问题，本发明公开了一种高寿命阀控式铅酸蓄电池稀土银合金及其配制方法。
为了达到以上目的，本发明提供如下技术方案：一种高寿命阀控式铅酸蓄电池稀土银合金，包括正极稀土银合金和负极稀土银合金；
所述正极稀土银合金包括以下合金成分：
质量分数为97.5-98.5％的Pb；
质量分数为0.10-0.14％的Ca；
质量分数为1.45-1.55％的Sn；
质量分数为0.0008-0.0012％的Ag；
所述负极稀土银合金包括以下合金成分：
质量分数为99.0-99.5％的Pb；
质量分数为0.12-0.16％的Ca；
质量分数为0.20-0.25％的Sn；
质量分数为0.0008-0.0012％的Ag。
上述方案中，所述正极稀土银合金还包括：质量分数为0.045-0.055％的Al。
上述方案中，所述正极稀土银合金还包括：质量分数为0.010-0.014％的La。
上述方案中，所述负极稀土银合金还包括：质量分数为0.055-0.065％的Al。
上述方案中，所述负极稀土银合金还包括：质量分数为0.008-0.012％的La。
上述方案中，所述正极稀土银合金熔铅锅温度设定490℃，负极稀土银合金熔铅锅温度设定500℃。
本发明的有益效果为：本申请的稀土银合金配制方法，通过加入合适比例的La和Ag,能有效提升板栅的抗腐蚀性，提高板栅合金的力学性能和电化学性能，能解决VRLA蓄电池早期容量损失，提高电池放电性能。本申请实施例的稀土银合金配制方法相比常规Pb-Ca合金配制方法，使得用稀土银合金生产的VRLA蓄电池循环寿命大大提高。
具体实施方式
在本申请实施例中，提供一种高寿命阀控式铅酸蓄电池稀土银合金配制方法，能解决VRLA蓄电池早期容量损失，提高电池放电性能，电池使用寿命提高80％以上。
一种高寿命阀控式铅酸蓄电池稀土银合金配制方法，分正极稀土银合金和负极稀土银合金，包括：
所述正极稀土银合金包括以下合金成分：Pb质量分数为98.0±0.5％，Ca质量分数为0.12±0.02％，Sn质量分数为1.50±0.05％，Al质量分数为0.050±0.005％，La质量分数为0.012±0.002％，Ag质量分数为0.0010±0.0002％。
所述负极稀土银合金包括以下合金成分：Pb质量分数为99.5±0.5％，Ca质量分数为0.14±0.02％，Sn质量分数为0.25±0.05％，Al质量分数为0.060±0.005％，La质量分数为0.010±0.002％，Ag质量分数为0.0010±0.0002％。
在稀土银合金配制时，正极稀土银合金熔铅锅温度设定490℃，负极稀土银合金熔铅锅温度设定500℃。
使用本申请实施例的稀土银合金配制方法，加入合适比例的La和Ag,能有效提升板栅的抗腐蚀性，提高板栅合金的力学性能和电化学性能，能解决VRLA蓄电池早期容量损失，提高电池放电性能。本申请实施例的稀土银合金配制方法相比常规Pb-Ca合金配制方法，用稀土银合金生产的VRLA蓄电池循环寿命提高80％以上。
本申请实施例中包括合金配制的温度、合金成分及含量。
按附表1和附表2比例将1号电解铅(Pb≥99.994％)加到熔铅锅中加热，正极熔铅锅温度设定490℃，负极熔铅锅温度设定500℃，电解铅熔化后进行搅伴，按照附表1比例和附表2比例加入锡锭继续加热搅伴2分钟，加入银锭继续加热搅伴2分钟，加入金属镧继续加热搅伴3分钟，将Ca-Al合金(Ca质量分数为70％，Al质量分数为30％)打成小块，将其用纸包好，装入带孔的钟罩内，直接压在熔化的铅液下面，不断摇动，直至钙铝合金熔化，如此反复，直至将Ca-Al合金全部熔化完为止，继续搅伴15分钟，铸成铅锭备用。
附表1:实施例正极稀土银合金配制方法
附表2:实施例负极稀土银合金配制方法
附表3:对照例正极Pb-Ca合金配制方法
附表4:对照例负极Pb-Ca合金配制方法
稀土银合金成分含量检测采用德国斯派克直读光谱仪(SPECTROLAB)进行检测，检测结果如附表5和附表6。
附表5:正极稀土银合金成分含量
附表6:负极稀土银合金成分含量
对上述实施例及对照例制得的电池，重负荷寿命如附表7
测试寿命的方法、标准条件：
将上述稀土合金生产板栅并制成极板组装电池，按照BTX7A-BS(12V6Ah)装配工艺进行组装，灌酸，然后进行充电得到铅酸蓄电池，并进行性能测试。
1)重负荷寿命测试：
依据日本工业标准JIS D 5302:2004摩托车用铅酸蓄电池；
2)在温度40～45℃下，以恒流2.2A放电1h，以0.63A充电5h，这一充放电循环为1次寿命；每隔25次以2.2A电流进行连续放电，终止电压10.2V；当放电容量低于额定容量的40％以下时，并确认不再上升为试验终止；
3)重负荷寿命要求≥225次。
附表7:蓄电池重负荷寿命对比
| 序号 | 寿命次数 | 标准要求 | <![CDATA[对照例C<sub>10</sub>％]]> | <![CDATA[实施例C<sub>10</sub>％]]> |
| 1 | 25 | ≥40％ | 105.6 | 110.2 |
| 2 | 50 | ≥40％ | 91.7 | 106.4 |
| 3 | 75 | ≥40％ | 85.5 | 103.2 |
| 4 | 100 | ≥40％ | 80.2 | 101.5 |
| 5 | 125 | ≥40％ | 72.6 | 98.7 |
| 6 | 150 | ≥40％ | 64.4 | 95.2 |
| 7 | 175 | ≥40％ | 53.9 | 91.4 |
| 8 | 200 | ≥40％ | 44.6 | 87.1 |
| 9 | 225 | ≥40％ | 41.2 | 83.8 |
| 10 | 250 | ≥40％ | 38.7(寿命结束) | 80.6 |
| 11 | 275 | ≥40％ | 76.7 | |
| 12 | 300 | ≥40％ | 71.2 | |
| 13 | 325 | ≥40％ | 67.3 | |
| 14 | 350 | ≥40％ | 63.5 | |
| 15 | 375 | ≥40％ | 59.9 | |
| 16 | 400 | ≥40％ | 56.8 | |
| 17 | 425 | ≥40％ | 52.4 | |
| 18 | 450 | ≥40％ | 49.1 | |
| 19 | 475 | ≥40％ | 45.3 | |
| 20 | 500 | ≥40％ | 41.2 | |
| 21 | 525 | ≥40％ | 37.6(寿命结束) |
对上述实施例及对照例制得的电池，轻负荷寿命如附表8
测试寿命的方法、标准条件：
将上述稀土合金生产板栅并制成极板组装电池，按照BTX7A-BS(12V6Ah)装配工艺进行组装，灌酸，然后进行充电得到铅酸蓄电池，并进行性能测试。
1)轻负荷寿命测试：
依据日本工业标准JIS D 5302:2004摩托车用铅酸蓄电池；
2)在温度40～45℃下，完全充电的蓄电池在40～45℃的环境中，以6A电流放电4min，再以恒压14.8V限流6A充电10min，这一充一放为一次寿命；电池每隔480次放置56h，然后再以50A电流连续放电30s，当30s电压低于7.2V以下，并确认不再上升为试验终止；
3)轻负荷寿命要求≥4000次。
附表8:蓄电池轻负荷寿命对比
| 序号 | 寿命次数 | 标准要求 | 对照例放电电压/V | 实施例放电电压/V |
| 1 | 480 | 30S≥7.2V | 10.987 | 11.251 |
| 2 | 960 | 30S≥7.2V | 10.051 | 11.125 |
| 3 | 1440 | 30S≥7.2V | 9.565 | 11.012 |
| 4 | 1920 | 30S≥7.2V | 9.014 | 10.952 |
| 5 | 2400 | 30S≥7.2V | 8.563 | 10.810 |
| 6 | 2880 | 30S≥7.2V | 8.124 | 10.672 |
| 7 | 3360 | 30S≥7.2V | 7.754 | 10.489 |
| 8 | 3840 | 30S≥7.2V | 7.425 | 10.254 |
| 9 | 4320 | 30S≥7.2V | 7.248 | 10.126 |
| 10 | 4800 | 30S≥7.2V | 6.851(寿命结束) | 9.998 |
| 11 | 5280 | 30S≥7.2V | 9.754 | |
| 12 | 5760 | 30S≥7.2V | 9.424 | |
| 13 | 6240 | 30S≥7.2V | 9.151 | |
| 14 | 6720 | 30S≥7.2V | 8.879 | |
| 15 | 7200 | 30S≥7.2V | 8.652 | |
| 16 | 7680 | 30S≥7.2V | 8.327 | |
| 17 | 8160 | 30S≥7.2V | 8.024 | |
| 18 | 8640 | 30S≥7.2V | 7.625 | |
| 19 | 9120 | 30S≥7.2V | 7.364 | |
| 20 | 9600 | 30S≥7.2V | 7.012(寿命结束) |
需要说明的是，以上内容仅仅说明了本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰均落入本发明权利要求书的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种高寿命阀控式铅酸蓄电池稀土银合金，其特征在于：包括正极稀土银合金和负极稀土银合金；
所述正极稀土银合金包括以下合金成分：
质量分数为97.5-98.5%的Pb；
质量分数为0.10-0.14%的Ca；
质量分数为1.45-1.55%的Sn；
质量分数为0.0008-0.0012%的Ag；
所述负极稀土银合金包括以下合金成分：
质量分数为99.0-99.5%的Pb；
质量分数为0.12-0.16%的Ca；
质量分数为0.20-0.25%的Sn；
质量分数为0.0008-0.0012%的Ag。
2.根据权利要求1所述的一种高寿命阀控式铅酸蓄电池稀土银合金配制方法，其特征在于：所述正极稀土银合金还包括：质量分数为0.045-0.055%的Al。
3.根据权利要求2所述的一种高寿命阀控式铅酸蓄电池稀土银合金配制方法，其特征在于：所述正极稀土银合金还包括：质量分数为0.010-0.014%的La。
4.根据权利要求3所述的一种高寿命阀控式铅酸蓄电池稀土银合金配制方法，其特征在于：所述负极稀土银合金还包括：质量分数为0.055-0.065%的Al。
5.根据权利要求4所述的一种高寿命阀控式铅酸蓄电池稀土银合金配制方法，其特征在于：所述负极稀土银合金还包括：质量分数为0.008-0.012%的La。
6.根据权利要求1所述的一种高寿命阀控式铅酸蓄电池稀土银合金的配制方法，其特征在于：所述正极稀土银合金熔铅锅温度设定490℃，负极稀土银合金熔铅锅温度设定500℃。
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