CN1538544A - 高性能的蓄电池板栅合金 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于全密闭免维护铅酸蓄电池的板栅合金材料及其制备方法。其成分范围为Cd：1.5％－2.0％、Sb：1.5％－2.0％、RE：0.01－0.05％、Sn：0.01－0.05％。所用RE成分为Ce：51－57％，La：21－27％，Pr：4－7％，Nd：15－17％。该合金是在铅中加入锑、镉、混合稀土、锡等元素，构成Pb－Cd－Sb－Re－Sn合金。该合金具有很细的结晶结构，使板栅腐蚀均匀，有着较强的耐腐蚀性，提高了深循环能力，解决了铅镉锑合金因团块状框形偏析、镉成分不均匀而造成的合金耐蚀性下降等问题。合金的具体制备方法如下：先用普通的坩埚炉或铁铅锅在660℃左右制成Pb－RE中间合金，然后将铅熔化，温度升至450℃－500℃，加入配制好的锑和锡，熔好后在加入镉和Ph－RE中间，检测合格后将合金铸模成锭，进一步制作成蓄电池板栅合金。

Description

高性能的蓄电池板栅合金
所属技术领域
本发明涉及一种用于全密闭免维护铅酸蓄电池的板栅合金材料及其制备方法，该合金主要用于铅酸蓄电池的制造，特别适用于做深循环牵引型免维护铅酸电池的板栅合金材料。
背景技术
工业结构的改革、环境保护、资源有效利用及资源再生利用等的发展，对铅酸蓄电池提出了许多新的要求。对此，世界各国都在研究开发高性能的电池，解决铅酸蓄电池的可靠性、免维护性、深循环、耐腐蚀等问题。而板栅合金作为蓄电池的主体部分，在蓄电池的研制过程中更起着重要的作用。
近年来，电动助动车的投入使用和电动汽车的问世，要求人们去寻找一种新型的板栅合金，这种新合金必须使蓄电池具备深循环和耐腐蚀的性能。目前，铅镉锑合金作为一种优良的铅酸蓄电池板栅用合金特别受到推崇，其原因是该合金使蓄电池具有优良的电气性能和铸造工艺性能，特别适合于作应用于深循环牵引型的铅酸蓄电池。现有技术可以使用清洁生产方法生产合金，并将铅镉锑合金制成的废电池板栅进行无污染再生回收，如专利申请号为00127576.3，名称为《一种无污染含铅废弃物的冶炼工艺》的文献介绍。
铅镉锑合金在使用中，当板栅合金中镉含量在1.0-2.0％范围内时，虽然增大了板栅强度，但同时合金的脆硬性也增大，并且当合金中含镉量大于1.5％时就开始出现团块状框形偏析、镉成分不均匀、合金局部的耐蚀性下降等情况，这在一定程度上影响到了合金的使用效果。
发明内容
针对上述含铅镉锑合金的缺点，我们提出了一种高性能的蓄电池板栅合金，加入添加剂，旨在进一步改善镉在合金中的优良作用，进一步提高板栅合金的性能。
本发明就是在铅镉锑三元合金的基础上加入适量的添加剂，解决铅镉锑合金的上述缺陷。
把稀土和锡作为一种添加剂，加入到铅镉锑合金中，以重量百分数计，其成分范围为Cd：1.5％-2.0％、Sb：1.5％-2.0％、RE：0.01-0.05％、Sn：0.01-0.05％。所用RE成分为Ce：51-57％，La：21-27％，Pr：4-7％，Nd：15-17％，余量为Pb。
本发明的有益效果是：
1、稀土细化了合金晶粒，解决了团块状框形偏析问题和脆硬性问题，稀土元素添加到铅镉锑合金时，使合金的晶粒变得小而均匀，合金时效强度和抗腐蚀性能也得到很大的改善，其理论分析如下：由于稀土元素的原子半径都比铅的大，他们很容易沉积在合金凝固时正在生成中的晶界和相界之中，阻碍着晶粒的长大，使晶粒细化。而溶解与熔化合金中的分散的高熔点稀土金属及其化合物则呈悬浮质点充当了异质形核的晶核，起到了变质剂(形核剂)的作用。对这种合金的微区分析证实：稀土元素只微溶于α固熔体，其余则以第二相一铅基稀土化合物的形式存在。这样，稀土使α相中的锑含量浓度增大，β相的析出量则相应的减少，于是片状组织得到了细化、分散，使合金的强度和耐腐蚀性能得到提高，合金团块状框形偏析问题和脆硬性问题也得到了解决。
2、稀土的添加提高了合金的电化学性。
稀土具有较高的氢析出过电位，加入到铅镉锑合金后，它的这种性能得到了延续。电化学性能的研究表明：稀土使铅镉锑合金的氢析出过电位有所提高，并能抑制铅的自溶解。
3、锡的添加降低了镉的损耗和对环境的污染
在生产过程中，镉是一种比较容易氧化烧损的元素，镉的挥发也毋会在一定程度上造成生产环境污染。向铅镉锑合金中加入适量的锡后，铅合金表面的锡很容易氧化，生成有一定的强度的薄而粘的SnO2膜，有效的保护了铅合金中的镉添加剂，而且锡的密度比镉、铅小的多，它可以浮在铅合金的表面，所以锡的加入保护了铅镉锑合金中易烧损的镉，减少生产过程中镉的损失。
4、锡的加入有利于合金的耐腐蚀性能的提高
锡降低了铅镉锑合金的腐蚀速度，研究表明，在铅镉锑合金中，锡使合金的耐腐蚀性能提高了6-8倍。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是加稀土前的蓄电池板栅合金相图。
图2是加稀土后的蓄电池板栅合金相图。
具体实施方式
下面再用实施例对本发明进一步说明
本发明的实施例的组份如下(重量百分比)：
    化学成分                 实施例1                    实施例2
    铅Pb     余量     余量
    鎘Cd     1.60-1.80     1.60-1.80
    锑Sb     1.50-1.70     1.50-1.70
    锡Sn     0.01-0.05
    稀土Re     0.01-0.05
    银Ag     0-0.0005     0-0.0005
    铜Cu     0-0.0001     0-0.0001
    铋Bi     0-0.003     0-0.003
    砷As     0-0.0005     0-0.0005
    锡Sn     0-0.001
    锌Zn     0-0.0005     0-0.0005
    铁Fe     0-0.0005     0-0.0005
    杂质总和     0-0.006     0-0.006
稀土的加入细化了合金晶粒，解决了团块状框形偏析问题，进而使合金的耐腐蚀性能、深循环性能和电化学性能等得到显著的提高。图1和图2为加稀土前后的合金相图比较，其中图1中Pb-1.6％，Sb-1.7％Cd 图2中Pb-1.6％Sb-1.7％Cd-0.02％RE。
试验证明，用Pb-Cd-Sb-RE合金做的电池循环次数DoD60％达400次以上，DoD100％达200次以上，具有较长寿命。用Pb-Cd-Sb-RE合金所做蓄电池每天自放电率小于0.15％，在25℃贮存3个月剩余容量达82％以上，开路电压仍达12.80伏。在小容量电池(13片薄板栅，正极板厚度L 7mm)的极板(14.4*12.5cm)上，以80％的深度5h率放电，8h率充电进行实际循环试验，结果表明，装有Pb-1。6％，Sb-1.7％，Cd-0.02％RE合金板栅的电池在容量降到额定容量的80％以前完成了225次循环，而装有标准牵引合金板栅电池在完成225次循环之前已报废。由此可知，Pb-Cd-Sb-RE-(Sn)合金尤其适用于深放电循环。锡的加入增加了合金的耐腐蚀性能、降低了镉的损耗和对环境的污染，改善了工作环境，降低了环保设备的处理量。
合金的具体制备方法如下：先用普通的坩埚炉或铁铅锅在660℃左右制成Pb-RE中间合金，然后将铅熔化，温度升至450-500℃，加入配制好的锑和锡，熔好后在加入镉和Pb-RE中间，检测合格后将合金铸模成锭，进一步制作成蓄电池板栅合金。

Claims (2)

1.一种用于全密闭免维护铅酸蓄电池的板栅合金材料，其成分包括：Cd：1.5％-2.0％、Sb：1.5％-2.0％、RE：0.01-0.05％、Sn：0.01-0.05％，所用RE成分为Ce：51-57％，La：21-27％，Pr：4-7％，Nd：15-17％，余量为Pb。
2.一种用于全密闭免维护铅酸蓄电池的板栅合金材料的加工方法：先用普通的坩埚炉或铁铅锅在660℃左右制成Pb-RE中间合金，然后将铅熔化，温度升至450-500℃，加入配制好的锑和锡，熔好后在加入镉和Pb-RE中间，检测合格后将合金铸模成锭，进一步制作成蓄电池板栅合金。
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