[发明专利]一种铅蓄电池正极板栅的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电极材料的制备技术领域，特别是铅蓄电池的正极板栅的制备技术领域。

背景技术

铅蓄电池具有结构简单、使用方便、性能可靠、价格较低等优点，在国民经济各部门得到广泛应用，一直是化学电源中产量大、应用范围广的产品，随着新材料和新技术的研发和应用，铅蓄电池的各项性能有了大幅度提高，新型铅蓄电池在一些特殊应用领域的优势更加显现，作为电动助力车、特种电动车、新型汽车电源，近阶段仍是主流电源。但是，目前市场使用的功率型铅蓄电池在大电流放电的特性，特别是低温下大电流放电的特性跟碱性蓄电池相距甚远。

铅蓄电池的工作原理是利用电化学原理实现物质和能量转化，电极和电解质之间的界面反应特性是影响蓄电池性能的核心和本质所在。因此，对于铅蓄电池，其功能电极的研发、性能优良的电解质的使用以及电极与电解质的匹配优化是新型铅蓄电池研发中极其重要的技术问题。

铅蓄电池正极板栅是铅蓄电池正极板的重要元部件，正极板栅的主要有两方面作用：

(1)集电流骨架：正极板栅是正极的集电骨架，起传导、汇集电流并使电流分布均匀，提高正极活性物质的利用率；

(2)正极活性物质的支撑载体：正极板栅通过边框和筋条对正极活性物质起支撑的作用。

因此，铅蓄电池正极板栅材料的选用需要考虑以下主要因素：

(1)高析氧过电位：正极板栅材料应具有高的析氧过电位，可以提高电池的充放电性能和效率，同时减少铅蓄电池使用过程中的失水，使电池具有良好的免维护性能；

(2)优良的抗氧化和耐腐蚀能力：正极板栅的抗氧化、耐腐蚀能力直接影响铅蓄电池的寿命，所以正极板栅必须有良好的抗氧化和耐腐蚀能力，能够抵抗充放电过程和搁置期间电解液中H₂SO₄的腐蚀；

(3)高电导性：正极板栅电阻要小，高电导性的正极板栅能够使电流更易于沿着正极板栅分布到正极活性物质，从而减少了电池的内阻，起着有效地集流和导电作用；

(4)裹附力强：正极板栅合金能与正极活性物质牢固接触，接触面能有良好的裹附力，防止正极活性物质的脱落；

(5)良好的机械性能：有良好的机械性能和抗蠕变性，正极板栅要有一定强度、硬度、抗拉强度，便于电池的制造和运输；

(6)可铸造性能和可焊性能：正极板栅一般是通过熔融浇铸而制造的，电池的装配过程中，正极群和负极群是通过正极板和负极板分别焊接而成的，因此良好的铸造性能和可焊性能，有利于铸造加工和焊接伏安装节约生产设备，降低生产成本；

(7)环境友好性：正极板栅的材料本身具有环境友好性，在生产、使用和回收过程中不污染环境，不对人体造成伤害的基础上，所以在正极板栅制备过程中应尽可能少的引入对环境有害的元素和杂质；

(8)来源广、成本低：有较好的经济特性，要考虑材料成本、稀有度、性价比高、降低生产成本。

显然，能够满足以上条件的材料是非常困难的，因此，开发新颖高效的稀土修饰铅合金表面的铅蓄电池板栅，改善铅蓄电池性能具有非常重要的应用前景。

1859年Plante发明了铅蓄电池采用两块纯铅板作为电极，纯铅板既作为正极板栅使用，同时也作为正极活性物质使用。由于纯铅质地软，机械和铸造性能差，难以适应铅蓄电池使用中的各项要求。

1881年Sellon将金属锑加入纯铅中制成铅-锑(Pb-Sb)合金正极板栅，铅-锑(Pb-Sb)合金的机械性能和铸造性能优越，同时对正极活性物质有较好的粘附力，提高了蓄电池的容量和寿命，极大地改进了铅蓄电池的制造工艺，一直为蓄电池工业广泛接受；由于锑是一种低过电位金属，会从正极板栅溶解下来迁移到负极区，并沉积到负极上，从而降低了负极的析氢过电位，使蓄电池在充电和贮存时增加了氢气析出量和水的消耗量，破坏了蓄电池的免维护性能。此外，铅-锑(Pb-Sb)合金板栅比纯铅板栅电阻大，易脆，过充电条件下锑还会以SbH₃的有毒气体析出。为了进一步改善铅-锑(Pb-Sb)合金的性能，人们又发明了铅-锑-砷(Pb-Sb-As)系列合金和低锑合金正极板栅，但无论锑含量降到多低，用铅-锑(Pb-Sb)合金正极板栅的铅蓄电池自放电现象不可避免，所以，此类蓄电池要做到免维护较为困难。