[发明专利]铅蓄电池正极板栅用铅锡稀土多元合金

说明书

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用的新型多元合金材料。

背景技术

常规铅酸蓄电池是由正负极板栅、电极活性物质、硫酸电解质溶液、隔板和电池外壳构成。其正、负极板是将铅膏分别涂填在正、负极板栅上经固化、化成后转化成电极活性物质而形成的。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，在硫酸介质中极易发生阳极腐蚀而遭受破坏，由此导致板栅腐蚀层电阻的增加和板栅筋条因腐蚀而断裂，从而严重地缩短了电池的使用寿命，尤其是对于应急使用的浮充电池，长期处于浮充充电下的阳极腐蚀环境，其板栅的耐腐蚀性能和阻抗大小是影响其浮充使用寿命的至关重要的因素。

目前，铅蓄电池正极板栅材料通常采用铅锑或铅钙多元合金。铅锑合金虽具有良好的深充放性能和机械强度，但作为浮充电池使用时，极易在浮充电位下折气失水，使电池因过早干涸而中止寿命；铅钙合金虽具有折气失水小，易于维护等优点，但在浮充条件下，极易生长一层高阻抗的阳极氧化膜和发生严重的晶间腐蚀，由此，极大地缩短了电池的使用寿命，上述两类合金均难以满足浮充电池长寿命的使用需求，急需开发一种具有低阳极膜阻抗，且具有良好耐腐蚀性能的长寿命正极板栅合金。

发明内容

本发明旨在采用无锑、无钙的多元铅合金作为浮充电池的正极板栅材料，既消除了电池在长期浮充条件下，由于使用铅锑合金易于失水干涸的缺点，也克服了铅钙合金阳极氧化膜阻抗高和易发生晶间腐蚀的缺陷，可获得一利在浮充电压下具有长寿命的铅酸蓄电池。本发明提出的铅蓄电池正极板栅用多元合金材料，由大量的铅、少量的锡和适量稀土元素组成，其中，稀土元素是周期表中镧(La)系稀土元素(如Ce，La，Sm，Pr，Nd，Gd，Yb和Tb)之中的某一种。各种金属元素的含量为金属Sn：(0.1～10)wt％，La系稀土金属(REM)：(0.001～5.0)wt％；其余含量为金属铅(Pb)。合金中，一般铅和锡的纯度可分别为99.99％和99.5％以上，稀土元素的纯度为99.5％以上。

本发明提出的多元合金材料可采用通常的真空熔融法制造，其步骤是先在真空熔融条件下制成铅、锡、稀土母合金，随后在熔融炉中将母合金稀释成工作合金。再用重力铸造法制作电池正极板栅。

本发明所提出的铅锡稀土合金在浮充电位下所形成的阳极腐蚀膜具有低的阻抗。采用交流伏安法(ACV)测得这种合金的阳极膜阻抗为约35Ωcm²，比常规铅钙锡合金的阳极膜阻抗(约70Ωcm²)降低了50％。

本发明所提出的铅锡稀土合金在浮充电位下具有良好的耐腐蚀性能。采用恒电位腐蚀时间～电流曲线法(i～t)测得该合金的腐蚀电流为2.18μA/cm²，比常规铅钙锡合金的腐蚀电流(3.15μA/cm²)减少了30％以上。

本发明所提出的铅锡稀土合金具有较小的折气失水率。采用12V-12Ah电池经875次循环(60％DOD)，所测得的失水量为43g，比常规铅钙锡合金减小约20％。

本发明所提出的铅锡稀土合金具有长的浮充使用寿命。采用2V-200Ah通讯电池作寿命对比试验，按邮电部标准(YD/T799-1996)，在60℃高温(高于该YD/T799-1996标准指定温度15℃～25℃)下进行强化浮充加速试验，电池在浮充电压2.25V下经11个月高温浮充后，以10h率(20A)放电8h，仍具有1.838V的电压；当放电至终止电压1.8V时，仍具有170Ah的电容量，其容量保持率达82％。而作为同批对比的铅钙锡合金合金制成的2V-200Ah电池，在60℃高温下浮充，仅5个月后，以10h率(20A)放电至终止电压1.80V，仅放出容量148Ah，为初始容量的71.5％。

按照国家YD/T799-1996所颁布的浮充电池加速试验标准，电池每经历240天的浮充容量保持率仍≥80％，即意味着电池具有7年以上的实际使用寿命。本发明所提出的合金制成的电池，其浮充加速试验历时330天以上，且试验温度为60℃，明显高于标准指定的15℃～25℃。这就表明，采用本发明所提出的合金作为浮充电池的正极板栅材料，其电池至少将具有10年以上的浮充寿命，较同时对比的常规铅钙锡合金作正极板栅的电池(经历150天浮充后，其容量保持率＜80％)，其浮充寿命增加1倍以上。

2V-200Ah电池经不同时间(月)高温浮充试验后，在容量保持率≥80％C₁₀时的电池电压。(电压＜1.8V为寿命中止)。