[发明专利]一种铅钙锡铝正极板栅合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于冶金领域，具体涉及一种铅钙锡铝正极板栅合金及其制备方法。 

背景技术

板栅是铅酸电池中一个重要的组成部分，虽然它对容量没有直接的提升作用，但是起着作为活性物质的骨架支撑作用与电池充放电过程中传导、均匀分布电流作用，这些性能直接限制电池的容量及循环寿命，而这些性能是否优越主要取决于板栅所用的合金。 

传统铅酸电池的板栅材料主要铅锑镉合金，此合金的铸造性能及机械性能均能满足电池的生产及使用需要，而且其形成的腐蚀层具有较好的导电性，基本可以抑制PCL现象。但是锑和镉的析氢过电位较低，尤其是合金中锑的溶解与转移，使得正负极析氧析氢过电位降低，这样导致电池失水加快，自放电增大。且镉是剧毒金属，在电池的制备及回收都会对环境造成较大污染，危害操作工人的身体健康。 

含镉合金在国外早已禁止使用，国内明文规定到2013年底含镉合金禁止使用，所以铅锑镉合金已经退出了历史舞台，随之铅钙合金就成为了铅酸电池的研究热点。铅钙合金电阻较小，接近纯铅；而且析氢过电位高，所以水分解少；同时钙为负电势，不会溶解转移至负极引起自放电和有毒气体SbH₃的析出。然而发现钙所形成的腐蚀膜导电性差，而且钙也使合金耐腐性下降，产生的无锑效应易使铅酸电池出现早期容量衰减和寿命提前终止等。所以铅钙锡铝合金孕育而生，锡的加入可以较好改善腐蚀膜的导电性，从而避免电池的早期容量衰减。在实际应用中发现，现有的铅钙锡铝合金生产的电池寿命比铅锑镉的短近1/3，经解剖发现铅钙锡铝合金的耐腐性差导致电池寿命提前结束，同时发现常规合金浇铸出来的板栅在栅格“十”字形交联处容易产生内部缩孔，这也是导致现有板栅耐腐性差的一个原因。 

发明内容

本发明的目的在于针对现有的铅钙合金不足，提供一种铅钙锡铝正极板栅合金，使其具有较好的深循环性能及优良的循环寿命，减小板栅产生缩孔的概率，以期合金的各方面性能接近或超过铅锑镉合金。同时提供铅钙锡铝正极板栅合金的制备方法，降低钙烧 损，提高合金成分一致性，缩短合金配制时间，提高生产效率。 

为达到上述技术目的，本发明的技术方案如下： 

一种铅钙锡铝正极板栅合金，由以下质量百分比的原料组成： 

钙 0.05～0.12％ 

锡 0.5～2.0％ 

铝 0.01～0.1％ 

余量为铅。 

本发明进一步改进方案是，各原料占总原料的质量百分比为： 

钙 0.09％ 

锡 1.8％ 

铝 0.05％ 

余量为铅。 

制备上述一种铅钙锡铝正极板栅合金的方法，包括以下步骤：按上述的原料质量百分比， 

(1)将占铅原料总质量80～84％的铅粒加入中频炉的石墨熔铅锅中加热至670～680℃，使铅粒充分熔化，用铅皮包裹混合均匀的钙屑与碎铝片，将其压入熔融的铅液中，然后搅拌2～3min使钙铝元素在铅液中混合均匀，在此过程中，保持熔体的温度在670～680℃之间； 

(2)停止搅拌和加热，加入剩余15～19％的铅粒，对熔体进行搅拌，当温度降至520～540℃时向熔体中加入锡，继续搅拌2～3min使锡完全熔化并混合均匀； 

(3)将清渣剂撒向熔体表面，搅拌1～2min，然后将浮渣清除； 

(4)当熔体温度降至480～500℃时进行浇铸。 

铅皮质量占加入铅原料总质量小于总质量的1％。 

步骤(1)中所述钙屑、碎铝片均是直径为3～4mm的片状物。 

用铅皮包裹一个方面是方便加料，另外防止钙屑与氧气接触，减小钙屑在空气中氧化。 

所述石墨熔铅锅具有长半椭球形内腔。通常熔铅锅是方形的，电热棒加热；方形的铅锅有搅拌死角，同时中频炉加热速度快、效率高，加热同时具有自搅拌功能，这样可以使得配出的合金成分更均匀。 

采用上述技术方案后，本发明的有益效果是： 

1、在铅钙锡铝合金中，在一定含量范围内，锡含量越高，合金的耐腐性越好，合 金的深循环性能也会更好。本发明的锡含量比常规高近50％，所以本发明的合金耐腐性比常规更好，所形成的阳极腐蚀膜阻抗更小，更有利于深循环。高锡的加入还可以预防栅格“十”字形交联处缩孔的产生，避免板栅提前失效。本发明给出的合金元素比例可以更好地提高板栅的耐腐能力，而且比常规比例铅钙合金具有更低的腐蚀膜阻抗，减小了铅酸蓄电池早期容量衰减和热失控鼓胀问题，提高了电池的深循环寿命。