[发明专利]深循环电池板栅合金材料

说明书

本发明涉及合金材料领域，尤其是涉及一种用于全密封免维护铅酸蓄电池板栅的合金材料。

近年来，随着电信业的蓬勃发展，免维护铅酸蓄电池行业也迅猛发展起来，作为蓄电池重要组成部分之一的板栅材料，也正经历着空前的研究浪潮。板栅是电池中最主要的非活性组分，但必不可少，其作用为传导电流和支撑活性物质，对于电池的性能影响极大。

传统的铅锑合金板栅制成的电池在过充、存放时会有大量的气体逸出，这不仅需要经常加水维护，而且会对电池周围的设备造成一定的腐蚀，对环境造成不良影响。英国2197342号专利提出的Pb-As-Sn合金、法国9730183号专利提出的Pb-Ca-Sn-Al-Ba合金，中国公开号为1084578号的专利申请案提出的Pb-Cd-Bi-As-Ce合金，中国公开号为1148628号的专利申请案提出的Pb-Sb-Cd-Na₂S₄(Na₂S₅-As-Sn-Cu合金、中国公开号为1132795号的专利申请案提出的Bb-Bi-Na-Se-Al-Sn合金、中国公开号这1074949号的专利申请案提出的超低锑Pp-Sb-Na-(K或Li)-S(Ag或S或Sn)合金等都是针对全密封铅酸电池而发明的，这些电池一般都处于荷电备用状态，不经常进行充放电循环，因而人们更看重的是其浮充寿命。随着铅酸电池往动力市场的进军，这种电池的缺点很快就表现出来：充电接收能力差，循环寿命短，易发生早期容量损失。人们对此进行了大量的研究。对铅钙合金进行表面富Sn、富Sb处理或添加其它的合金添加剂面为新的研究热点。日本的10112325号专利、05234596号专利就提出了在铅钙合金表面注射Sb和金属粒子的工艺；欧洲795918号专利提出在合金中加入不溶于Pb和硫酸的氧化物硝酸盐或碳酸盐等分散剂粒子，通过改变结晶尺寸来改善合金性能。这些工艺对设备的要求高，工序也比较复杂，因此在实际应用中受到一定的限制。降低传统铅锑合金中锑含量，同时加入其它合金添加剂来保证合金具有良好浇铸性能、机械性能和深循环性能，也是现在研究的热点之一。

本发明的目的在于克服现有板栅合金的不足，提供一种腐蚀阻抗较高，腐蚀膜结构致密、导电性好，机械性能好，循环寿命较长的深循环电池板栅合金材料。

本发明的另一个目的是提供一种晶体区、胶体区电子导电性好，且析氢电位高，利于全密封免维护的深循环电池板栅合金材料。

本发明的目的可以通过下述方案实现：

深循环电池板栅合金系由Pb、Ca、Sn和Al组成，其合金成份重量比为：0．03-0．10％Ca，0．80-2．0％Sn，0．01-0．03％Al，其余为Pb。

为了提高合金的析氢电位和耐腐蚀性能等，可在本发明所述的合金中添加Ag和Bi，其合金成分重量比为0．03-0．10％Ca，0．80-2．0％Sn，0．01-0．03％Ag，0．01-0．15％Bi，其余为Pb。

本发明的一种较佳的合金成分重量比为0．03-0．05％Ca，1．2-1．4％Sn，0．02-0．03％Al，其余为Pb。

此外，在前述合金成分中，可将添加Ag和Bi的含量进一步优化，其合金成分重量比还可以分别优化为：0．04-0．08％Ag以及0．02-0．06％Bi。由此组成的铅基板栅合金，在固化、生成和使用过程中所生成的腐蚀膜的结构更紧密，已形成几乎无裂缝的整体，且Sn在该膜中的分布更加均匀。

本发明上述技术方案之所以能有效地实现本发明的目的，其原由主要可依据下述理论和分析得以解释：

根据Hume-Rothy理论，当两种元素的原子半径差大于15％时，一种元素在另一种元素中的溶解度很低，只有原子半径相近的元素才能形成广泛的固溶体。本发明选用原子半径与铅之差在15％内，能够与铅形成广泛固溶体的上述元素作为添加剂。另一方面，根据Gordy理论形成固溶体的两种元素必须具有相近的电负性，选用合金添加剂电负性与铅相差在0．4内，很可能和铅形成化合物的元素，所形成的化合物在铅中的溶解度较低，在凝固过程中优先析出作为晶核，构成硬质网络，使合金体系机械强度增加。