[发明专利]一种铅蓄电池负极板栅的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及电极材料的制备技术领域，特别是铅蓄电池的负极板栅的制备方法。

背景技术

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关键问题。

构成铅蓄电池的基本部件和材料包括：正极板、负极板、硫酸溶液(即电解液或俗称电液)、隔板、蓄电池槽(包括注液盖)。正、负极板分别焊成极群，包括汇流排和极柱。铅蓄电池负极板栅是铅蓄电池的重要元部件，负极板栅的主要有两方面作用：

1、集电流骨架：负极板栅是电极的集电骨架，起传导、汇集电流并使电流分布均匀，提高负极活性物质的利用率；

2、负极活性物质的支撑载体：负极板栅通过边框和筋条对负极活性物质起支撑的作用。

因此，适合用作铅蓄电池负极板栅材料的需要考虑以主要因素：

1、高析氢过电位：负极板栅具有高的析氢过电位，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、优良的耐腐蚀能力：负极板栅的耐腐蚀能力直接影响铅蓄电池的寿命，所以负极板栅必须有良好的耐腐蚀能力，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：负极板栅电阻要小，高电导性的负极板栅能够使电流更易于沿着负极板栅分布到负极活性物质，从而减少了电池的内阻；

4、裹附力强：负极板栅合金能与负极活性物质牢固接触，接触面能有良好的裹附力，防止负极活性物质的脱落；

5、良好的机械性能：有良好的机械性能和抗蠕变性，负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：负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安装节约生产设备，降低生产成本；

7、环境友好性：负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，所以在负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。

负极板栅的现有技术主要采用铅-锑(Pb-Sb)、铅-钙(Pb-Ca)等铅基合金材料制备，通过在铅-锑(Pb-Sb)和铅-钙(Pb-Ca)等合金中掺入金属添加剂来改善合金的性能，提高负极板栅的耐蚀性，改善负极板栅的机械强度，提高合金的时效硬化率，延缓负极板栅的膨胀及负极活性物质的脱落，延长蓄电池的寿命。

元素镉在很大程度上能很好的改善铅-锑(Pb-Sb)合金的性能，镉的析氢过电位高，可降低合金的析氢反应，减少析气反应和过程失水。此外镉还可作为低锑合金的成核中心，结晶细致，由于铅-锑-镉(Pb-Sb-Cd)合金的性能优越，有着“超钙合金”的美誉。但是，镉及其化合物是一种剧毒物质，对环境产生严重污染，这类电池在回收再生过程中，部分镉随废气排放，产生严重大气污染。为了消除现有合金中含镉元素的问题，减少环境污染，去除合金中的镉元素，而且新型合金大电流放电性能近似有镉合金、深放电性能近似有镉合金、解决电池的无锑效应、解决铅-钙(Pb-Ca)合金的早期容量衰减现象，在铅-钙(Pb-Ca)合金中加入一种或者多种金属添加剂制备性能优越的铅-钙(Pb-Ca)合金等是目前的研究热点。

采用稀土材料改善负极板栅和负极活性物质的性能是目前重要的研发方向。稀土被称为新材料的“宝库”。稀土元素是典型的金属元素，它们最外两层的电子组态基本相似，在化学反应中表现出典型的金属性质，易失去三个电子，呈正三价，稀土元素是比较活泼的元素，它们的金属活泼性仅次于碱金属和碱土金属元素，而比其它金属活泼，适量的稀土可以改善合金的力学性能和导电性，它们能够形成化学稳定的氧化物、氢化物、硫化物等，也可以和氟、氢、磷等发生反应，易溶于盐酸、硫酸和硝酸中。