[發明專利]制作蓄電池板柵的合金材料

無效

• 申請號: 01122236.0
• 申請日: 2001-06-22
• 公開（公告）號: CN1393948A
• 公開（公告）日: 2003-01-29
• 發明（設計）人: 胡信國;趙金珠;毛賢仙;王俊明;童一波
• 申請（專利權）人: 浙江南都電源動力股份有限公司
• 主分類號: H01M4/66
• 分類號: H01M4/66;C22C11/00
• 代理公司: 浙江杭州金通專利事務所有限公司
• 代理人: 梁寅春

本發明屬于合金材料。

近年來，城市環境污染日趨嚴重直接危及到了人燈的健康與生存。世界發達國家如美國、德國、法國、英國、日本、意大利、加拿大都在加緊研制高性能電動車。電動車能否獲和商業成功，關鍵在其動力電源。從性能價格和技術成熟成度等綜合因素考慮，YRLA電池是目前電動車最為實用的動力電源，但大電流放電性能差，循環壽命短是VRLA電池目前存在的主要問題。這些不足與電池板柵界面的性能關系很大。界面導電性差，影響大電流放電性能的充電接受能力，循環過程中界面不穩定或性能惡化，則使電池壽命提前終止，達不到要求的深循環壽命。

近幾年人們雖然一直在研究板柵合金添加劑，許多學者研究了在Pb-Ca-Sn-Al四元合金中添加第五種元素，Dr.B.Monabov認為Ag作為合金添加劑可以降低Pb氧化為PbO₂的速率，降低PbO₂在板柵表面腐蝕層中的比例，使腐蝕層的導電性嗇，是時也降低了氧板出反應的電位對溫度的敏感性；美國的R.D.Prengaman也報道了Sn和Ag對Pb-Ca合金搞腐蝕性能的影響；隨著Sn含量提高和Ag的添加，合金耐蝕性明顯提高了，但由于Ag的價格貴，大批量使用含Ag合金不具有競爭力。

有人研究了含Cd的Pb-Ca-Sn合金，認為該合金上的析氫電流較小，有利于電池密封，Cd的添加能提高合金的機械性能，明顯改善板柵與活性物質之間PbSO₄/PbO₂的轉化活性，對Pb-Ca合金深循環時PbSO₄阻擋的形成有一定的抑制作用，因崦提高了VRLA電池的深放電能力，但Cd有很大的毒性，在環境保護日益重視的21世紀，使用前景不大。

對添加Bi的研究較多，但有很大分歧。有人認為添加Bi可使合金外傷有含Sb的優點，而不具有Sb的缺陷，電池循環性能改善，D.Pavlov等人的研究表明，Bi的添加對正極活性物結構的恢復有利，能夠提高電池的循環容量；有的研究認為Bi的添加增加了鈍化電流密度，改善了正析板柵表面鈍化膜的導電性，為解決深循環問題提供了可能，但是D.M.Rice認為Bi會阻止PbSO₄向PbO₂轉化，使充電困難，Bi降低氧過電位，加速失水，加速Pb的腐蝕速度。含Bi的研究盡管較多，由于有不同觀點，研究一直處于理論階段。

本發明的目的在于克服已知技術中的不足而提供一種制作蓄電池板柵的合金材料，這種材料成本較低，它可以改善板柵界面的導電性能，提高大電流放電容量和快速充電接受能力，并延長電池的循環壽命。

本發明制作蓄電池板柵的合金材料的技術方案是包括元素Pb、Ca、Sn、Al，其特殊之處在于含有La、Ce、Pr、Nd中至少一種稀土元素(REM)，以該合金100克計，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，其余為Pb。

所述的含有La、Ce、Pr、Nd中至少一種稀土元素可以是指La、Ce、Pr、Nd中任何一種；

也可以是指La、Ce、Pr、Nd中任何二種組合；

又可以是指La、Ce、Pr、Nd中任何三種組合；

還可以是指La、Ce、Pr、Nd的組合。

根據Hume-Rothy理論，當兩種元素的原子半徑差大于15％時，一種元素在另一種元素中的溶解度很低，只有原子半徑相近的元素才能形成廣泛的固溶體。選用原子半徑與鉛相差在15％以內的REM元素作為合金添加劑，能夠與鉛形成廣泛固溶體；另一方面，根據Gordy理論，形成固溶體的兩種元素必須具有相近的電負性，選用合金添加劑其電負性與鉛相差在0.4以內，很可能和鉛形成化合物，所形成的化合物在鉛中的溶解度較低，在凝固過程中優先析出作為晶核，構成硬化網絡，使合金體系機械強度增加。

根據Povlov的晶體-膠體理論，活性物質和腐蝕膜都是有晶體區和膠體區構成。膠體區是由線性水化聚合物鏈在晶體區起連接導電作用，其分解將不利于電極壽命的延長。稀土元素和水的親和力較高，而聚合物鏈在一定程度上是水化的，所以這幾種元素的離子很容易和水化聚合物鏈結合形成聚合物網絡，作用猶如粘合劑，這些粘合劑能夠支撐聚合物網絡并阻止其由于PAM密度的的變化而分解。此外，這幾種元素的氧化產物能夠在腐蝕膜中夾雜，改善內層腐蝕膜的導電性，稀土能免阻止腐蝕膜中PbO₂的還原，使還原電位負移，從而不使鈍化膜生成。