[发明专利]制作蓄电池板栅的合金材料

说明书

本发明属于合金材料。

近年来，城市环境污染日趋严重直接危及到了人灯的健康与生存。世界发达国家如美国、德国、法国、英国、日本、意大利、加拿大都在加紧研制高性能电动车。电动车能否获和商业成功，关键在其动力电源。从性能价格和技术成熟成度等综合因素考虑，YRLA电池是目前电动车最为实用的动力电源，但大电流放电性能差，循环寿命短是VRLA电池目前存在的主要问题。这些不足与电池板栅界面的性能关系很大。界面导电性差，影响大电流放电性能的充电接受能力，循环过程中界面不稳定或性能恶化，则使电池寿命提前终止，达不到要求的深循环寿命。

近几年人们虽然一直在研究板栅合金添加剂，许多学者研究了在Pb-Ca-Sn-Al四元合金中添加第五种元素，Dr.B.Monabov认为Ag作为合金添加剂可以降低Pb氧化为PbO₂的速率，降低PbO₂在板栅表面腐蚀层中的比例，使腐蚀层的导电性啬，是时也降低了氧板出反应的电位对温度的敏感性；美国的R.D.Prengaman也报道了Sn和Ag对Pb-Ca合金搞腐蚀性能的影响；随着Sn含量提高和Ag的添加，合金耐蚀性明显提高了，但由于Ag的价格贵，大批量使用含Ag合金不具有竞争力。

有人研究了含Cd的Pb-Ca-Sn合金，认为该合金上的析氢电流较小，有利于电池密封，Cd的添加能提高合金的机械性能，明显改善板栅与活性物质之间PbSO₄/PbO₂的转化活性，对Pb-Ca合金深循环时PbSO₄阻挡的形成有一定的抑制作用，因崦提高了VRLA电池的深放电能力，但Cd有很大的毒性，在环境保护日益重视的21世纪，使用前景不大。

对添加Bi的研究较多，但有很大分歧。有人认为添加Bi可使合金外伤有含Sb的优点，而不具有Sb的缺陷，电池循环性能改善，D.Pavlov等人的研究表明，Bi的添加对正极活性物结构的恢复有利，能够提高电池的循环容量；有的研究认为Bi的添加增加了钝化电流密度，改善了正析板栅表面钝化膜的导电性，为解决深循环问题提供了可能，但是D.M.Rice认为Bi会阻止PbSO₄向PbO₂转化，使充电困难，Bi降低氧过电位，加速失水，加速Pb的腐蚀速度。含Bi的研究尽管较多，由于有不同观点，研究一直处于理论阶段。

本发明的目的在于克服已知技术中的不足而提供一种制作蓄电池板栅的合金材料，这种材料成本较低，它可以改善板栅界面的导电性能，提高大电流放电容量和快速充电接受能力，并延长电池的循环寿命。

本发明制作蓄电池板栅的合金材料的技术方案是包括元素Pb、Ca、Sn、Al，其特殊之处在于含有La、Ce、Pr、Nd中至少一种稀土元素(REM)，以该合金100克计，含Ca 0.02克～0.09克，Sn 0.5克～1.5克，Al 0.01克～0.03克，REM 0.001克～0.5克，其余为Pb。

所述的含有La、Ce、Pr、Nd中至少一种稀土元素可以是指La、Ce、Pr、Nd中任何一种；

也可以是指La、Ce、Pr、Nd中任何二种组合；

又可以是指La、Ce、Pr、Nd中任何三种组合；

还可以是指La、Ce、Pr、Nd的组合。

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。选用原子半径与铅相差在15％以内的REM元素作为合金添加剂，能够与铅形成广泛固溶体；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，选用合金添加剂其电负性与铅相差在0.4以内，很可能和铅形成化合物，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，构成硬化网络，使合金体系机械强度增加。

根据Povlov的晶体-胶体理论，活性物质和腐蚀膜都是有晶体区和胶体区构成。胶体区是由线性水化聚合物链在晶体区起连接导电作用，其分解将不利于电极寿命的延长。稀土元素和水的亲和力较高，而聚合物链在一定程度上是水化的，所以这几种元素的离子很容易和水化聚合物链结合形成聚合物网络，作用犹如粘合剂，这些粘合剂能够支撑聚合物网络并阻止其由于PAM密度的的变化而分解。此外，这几种元素的氧化产物能够在腐蚀膜中夹杂，改善内层腐蚀膜的导电性，稀土能免阻止腐蚀膜中PbO₂的还原，使还原电位负移，从而不使钝化膜生成。