[发明专利]一种单壁碳纳米管蓄电池板栅合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电池生产技术领域，涉及一种用于阀控密封铅酸蓄电池制造的板栅合金，特别涉及一种单壁碳纳米管蓄电池板栅合金及其制备方法。

背景技术

板栅是阀控密封铅酸蓄电池基本的组成部分，是活性物质的载体，也是导电的集流体。板栅作为骨架与活性物质一起构成的极板是蓄电池的核心部分，其质量直接影响着蓄电池各种性能指标。因此，板栅合金的性能直接影响着蓄电池的质量。铅钙合金系列和铅锑合金系列是板栅普遍采用的两种合金系列。常用的铅钙系列有铅钙锡铝，不常用的有铅钙高锡、铅钙稀土、铅钙铋银等；铅锑系列有低锑砷铜、低锑多元、铅锑镉、铅锑（Sb＞4.5%）等合金。两种合金系列各有优缺点。

铅钙合金最大的优点是具有优异的免维护性能，由于其析氢过电位高从而析氢量少。但是由于钙的存在，铅钙合金板栅与活性物质界面容易生成硫酸铅、硫酸钙、或者具有半导体特性的氧化物阻挡层，增加蓄电池的内阻，降低蓄电池的充放电性能，易发生早期容量损失。

铅锑合金板栅最大的优点是与活性物质有较好的结合力，其中锑的溶解使含锑板栅腐蚀较厚并逐步过渡，腐蚀产物内外层之间无明显界线，使活性物质不易从板栅脱落，为活性物质与板栅之间的结合作出了很大贡献。但是锑会促进电池失水和自放电，铅锑合金中无论锑含量多少，在蓄电池使用过程中锑会不可避免地从正极板栅表面溶解下来，并通过隔板转移到负极板表面，降低负极氢析出电位，导致电池的析氢量、失水量和自放电增大。尽管铅锑镉合金性能优异，但是镉具有的致毒致癌性等环保弱点，已被排除在板栅的考虑之列。

单壁碳纳米管是由一层石墨烯片卷曲而成的无缝纳米管状壳体结构，直径为零点几个纳米到几个纳米，长度一般为几十纳米至微米级。纳米管由碳-碳共价键结合而成，具有优良的电学和力学性能，其杨氏模量和剪切模量与金刚石相同，理论强度可达10⁶MPa，是钢的100倍，并且具有很高的韧性，而密度仅为钢的1/6，耐强酸、强碱，在空气中600℃下不氧化，是复合材料的良好增强体。由于其独特的晶体结构特征，从1993年日本的Iijima教授第一次发现至今，吸引了物理、化学、材料、电子等领域专家的极大关注在全世界掀起了一股碳纳米管的热潮。

蓄电池用理想的板栅合金应该具有如下特点：与活性物质结合力强不脱落、不产生不可逆的绝缘成分、析氢过电位高、电阻小、抗硫酸腐蚀、抗正极氧化、良好的弹性容许活性物质的体积变化、良好的硬度和抗拉强度、短的时效硬化速度、铸造过程中不产生热裂冷裂和气孔、化学稳定等，鉴于现有的板栅合金与理想合金的差距，探索新的合金成分和配方一直是蓄电池行业关注的研究方向。

发明内容

本发明提供一种用于阀控密封铅酸蓄电池制造的单壁碳纳米管蓄电池板栅合金，该材料无镉无砷无锑无钙。

本发明还提供所述单壁碳纳米管蓄电池板栅合金的制备方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种单壁碳纳米管蓄电池板栅合金，该合金中包括如下以质量分数计的组分：单壁碳纳米管的质量含量为0.002-0.02%，铜含量为0.008-0.02 %，锡含量为0.15-0.45 %，铝含量为0.0005-0.0015%，余量为铅。

进一步的，该合金中包括如下以质量分数计的组分：单壁碳纳米管的质量含量为0.005-0.02%，铜含量为0.01-0.02 %，锡含量为0.2-0.45 %，铝含量为0.001-0.0015%，余量为铅。

一种单壁碳纳米管蓄电池板栅合金的制备方法，包括如下步骤：

a、单壁碳纳米管的制备：采用有机物催化裂解法制备直径为0.33-5 nm的金属性单壁碳纳米管，并对单壁碳纳米管进行纯化干燥处理；

b、单壁碳纳米管母合金的制备：制备方法选自，

方法一：采用阴离子表面活性剂将纯化干燥处理后的单壁碳纳米管溶解，制成单壁碳纳米管溶液，在该溶液中加入硫酸铜或硝酸铜或两者混合物充分混合进行反应，结晶干燥后形成黑色粉状物质，取黑色粉状物质按照上述比例与氧化铜和氧化锡一起，在真空或者氩气保护于600-900℃下用铝还原，制得单壁碳纳米管母合金；

或方法二：将纯化干燥处理后的单壁碳纳米管按比例与氧化铜和氧化锡混合，在真空或者氩气保护下于600-900℃下用铝还原，制得单壁碳纳米管母合金；

c、蓄电池纳米铅碳板栅的制备：单壁碳纳米管母合金与铅以1:10-1:15的重量比在500-600℃下共熔，充分搅拌后得到单壁碳纳米管蓄电池板栅合金。该合金浇铸成型制得单壁碳纳米管蓄电池板栅。