[發明專利]一種鉛酸電池用鋁基輕型板柵及其制備方法

有效

• 申請號: 201110310109.1
• 申請日: 2011-10-13
• 公開（公告）號: CN102315455A
• 公開（公告）日: 2012-01-11
• 發明（設計）人: 蔣良興;郝科濤;賴延清;賈明;關翔;洪波;于梟影;劉業翔
• 申請（專利權）人: 長沙燦能能源科技有限公司;中南大學
• 主分類號: H01M4/73
• 分類號: H01M4/73
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所 43114
• 代理人: 顏勇

技術領域

本發明公開了一種鉛酸電池用鋁基輕型板柵及其制備方法，涉及鉛酸電池、化學鍍、復合材料等領域，特別涉及一種高比表面積多孔鋁及鋁合金輕型板柵及其表面鉛鍍層制備技術。

背景技術

鉛酸蓄電池最早是由蓋斯騰·普朗特于1859年發明的，經歷150多年而不衰。由于其在大電流放電性能、浮充壽命、自放電、原材料、回收率及經濟性等方面都占有優勢，在鎳-鎘電池、鎳-氫電池、鋰離子電池等新型電池相繼上市的幾十年中，仍能牢固地占據大部分市場份額。

然而，鉛酸電池由于比能量低和壽命不長的缺點限制其應用領域的拓展，科研工作者擬采用重量輕、耐腐蝕和導電性能好的輕型板柵改進鉛酸電池比能量低和壽命不長的技術瓶頸。

專利200920087021.6采用碳作為板柵基體材料，在材料基體上電鍍鉛鍍層后，作為板柵材料。專利201010166314.0采用三維結構泡沫碳作骨架，在材料基體上電鍍鉛鍍層后，作為板柵材料。專利200810068869.4將泡沫塑料金屬化后電鍍，制備成塑料基泡沫板柵。專利03132621.8公開了一種泡沫銅基輕型板柵，采用泡沫銅作為板柵基體，再將泡沫銅浸入鉛或鉛合金中熱浸鍍一定時間即可。專利200420069193.8提供了一種復合式板柵，將傳統板柵與鉛布復合。專利200910219598.2采用孔隙率大于83％的泡沫Ti-0.2Pd合金作為板柵基體，先鍍覆過鍍層金屬銅和錫后，在過渡層上浸鍍或電鍍鉛鍍層，即可制得鈦基輕型板柵。專利200610110234.7采用三維網狀結構泡沫鈦為基架，電鍍鉛或二氧化鉛作為正極或負極板柵。從上可知，新型鉛酸電池板柵材料從材質上分為金屬材料和非金屬材料兩種，非金屬材料由于導電性較差，機械強度不高，較難作為板柵材料，而已公開的金屬材料主要為銅、鈦，兩者雖然導電性和機械強度都能滿足鉛酸電池的要求，但金屬銅、鈦價格昂貴，且銅若溶解進入電解液將嚴重危害電池的性能。因此，都不是理想的板柵材料。

金屬鋁及其合金價格便宜，導電性優良，機械強度高，密度小，且在硫酸溶液中可以鈍化，即使鋁離子進入電解液也對電池性能影響小，是一種較理想的鉛酸電池板柵材料。但是，金屬Al若直接與電解液接觸會生成Al₂O₃為絕緣體，增加電池內阻，故需要在表面鍍制Pb或Pb合金保護層。然而金屬Al與Pb在熱力學體系中被劃分為難混溶體系，而且金屬Al在空氣中極易形成一層致密的氧化物薄膜，問題的關鍵在于如何能夠在Al基體表面形成一層致密、無孔、與基體結合力良好的Pb鍍層。

傳統的鋁表面鍍鉛工藝，一般需要先在鋁基體表面鍍制過渡層，如專利200710065927.3公布了一種鉛-鋁復合陽極板的制備方法，利用浸漬的方法在鋁板表面預先鍍一層其它金屬(如：Ag、Mg、Sr、Zn或Sn)。專利01135605.7公布了一種鉛鍍輕型高導板柵的生產方法，需要在鋁板表面預先浸鍍鋅或銅作為過渡層。專利200910094290.X公布了一種鋁及鋁合金表面直接電鍍鉛的方法，鋁基體在鍍鉛之前要經過機械打磨、除油、堿蝕、酸洗工序，且在堿蝕和酸洗工序之間還有電凈、活化工序。雖然此法省去了預鍍過渡層的步驟，但所需的預處理步驟多而復雜，且只能得到純鉛鍍層，不利于其實際應用。而且本發明鋁板柵為多孔狀，電鍍的方法很難獲得厚度均勻、覆蓋完整的鉛鍍層。

發明內容

本發明針對現有鉛酸電池用板柵材料以及金屬鋁表面鍍鉛工藝的不足，提供了一種鉛酸電池用高比表面積多孔鋁基輕質板柵及其制備方法。

本發明一種鉛酸電池用高比表面積多孔鋁基輕質板柵，包括多孔鋁或鋁合金(Al-Me)基體和鉛或鉛合金(Pb-Me’)保護層。

本發明一種鉛酸電池用高比表面積多孔鋁基輕質板柵中，所述鋁或鋁合金(Al-Me)基體為具有高比表面積的泡沫鋁或泡沫鋁與致密鋁合金的復合結構；所述泡沫鋁的孔徑為0.1～2mm，孔結構為通孔，以保證板柵由傳統的二維變為三維，有利于提高活性物質利用率。

本發明一種鉛酸電池用高比表面積多孔鋁基輕質板柵中，所述鋁或鋁合金(Al-Me)基體中合金元素Me為Cu、Mg、Sn、Si、Mn、Zn、Na、Fe、Ti中的至少一種，Me的質量百分含量為0～15％；這些合金元素可以促進Al基體與Pb鍍層之間形成過渡層，產生冶金結合。