[發明專利]鐠摻雜鉛鈣錫鋁合金制備鉛酸蓄電池負極板柵的方法

在審

• 申請號: 201510588891.1
• 申請日: 2015-09-16
• 公開（公告）號: CN105280926A
• 公開（公告）日: 2016-01-27
• 發明（設計）人: 刁國旺;朱守圃;吳甜;陳曼玉;瞿姍姍;王世雙
• 申請（專利權）人: 揚州大學
• 主分類號: H01M4/82
• 分類號: H01M4/82;H01M4/68
• 代理公司: 揚州市錦江專利事務所 32106
• 代理人: 江平

技術領域

本發明屬于材料生產技術和科研技術領域，特別是鉛酸蓄電池的生產技術和科研領域。

背景技術

由于鉛酸蓄電池具有價格低廉、安全性高、技術成熟和鉛資源豐富等優勢，目前鉛酸蓄電池占據國內電動車市場的90%以上的份額。進一步提高其性能，并力爭在新能源汽車等領域得到應用是其進一步的發展方向。

板柵在鉛酸蓄電池極板內起支撐活性物質的作用，是活性物質的載體。另外，板柵還起到電流的傳導和集散作用，使得電流分散均勻。由于極板要在5%～41%的硫酸中工作，極板活性物質是多孔的結構，因此板柵的一部分將暴露在硫酸溶液中，因此板柵材料要具有承受硫酸腐蝕的能力。大量的解剖實驗表明，鉛酸蓄電池壽命終結時，板柵接近全部腐蝕。板柵和負極活性材料的析氫副反應的發生都將會導致負極的硫酸鹽化，硫酸鹽化將會導致極板的導電能力下降，同時還會使得負極板的容量明顯下降。

鉛鈣合金具有良好的機械強度，具有析氫電位高、耐腐蝕性能好，壽命長等特性，一定量的錫的加入可以加大充電電流，一定量的鋁的加入可以起到保護鈣的作用，同時還起到成核劑的作用。添加一些稀土元素可以進一步改善板柵合金的性能，目前正處于研究階段。

發明內容

本發明的目的在于提出一種鉛鈣錫鋁合金摻雜稀土金屬Pr，并制備一種具有高析氫電位的負極板柵合金的制備方法。

本發明包括如下步驟：

1）將鉛鈣錫鋁合金裁剪成小塊與稀土Pr混合在石英舟中，在惰性氣氛中進行煅燒，形成均一的鐠摻雜鉛鈣錫鋁合金；

2）將鐠摻雜鉛鈣錫鋁合金置于模具中注塑成型，然后涂覆環氧樹脂，固化后打磨。

本發明通過添加稀土Pr到鉛鈣錫鋁合金中，以期進一步提高析氫過電位。在惰性氣氛中煅燒，是為了避免合金中各個元素的氧化。通過實驗發現添加一定比例的稀土Pr于鉛鈣合金中，使其析氫電位負移了約0.21V。這表明稀土Pr起到了明顯的抑制鉛鈣錫鋁合金析氫的效果。這將有助于進一步提升鉛酸蓄電池的性能。

本發明中對合金的注塑成型是為了更便捷的對合金進行研究，涂覆環氧樹脂是為了使得電極在測試時與電解液保留相同的接觸面積，這對于比較析氫電位的大小是非常重要的。

進一步地，本發明所述鉛鈣錫鋁合金中鈣含量0.07～0.10%，錫含量0.3～0.5%，鋁含量0.01～0.04%。此鉛鈣錫鋁合金為工業生產常用的鉛鈣錫鋁合金，其中鉛鈣合金具有析氫電位高、壽命長等特性，錫可以加大充電電流，鋁可以保護鈣并起到成核劑的作用。

所述的稀土Pr與鉛鈣錫鋁合金的混合質量比為0.01～0.1∶100。本發明采用該少量的稀土Pr的加入可以起到提高析氫過電位的作用，同時使得生產成本控制在一定范圍內。

所述煅燒在管式爐中進行，所述惰性氣氛為氬氣或氮氣，其作用是防止合金的氧化。

所述煅燒溫度條件為1000～1200℃，煅燒時間為10～50min，煅燒過程中采用石英棒攪拌2～5次。此煅燒溫度可以保證稀土Pr的熔化，利于與鉛鈣錫鋁形成均一的合金。

所述打磨對環氧樹脂底面進行打磨。對電極底面的打磨和預極化均是為了進一步去除電極表面的氧化物，以更準確的研究合金的性能。

具體的打磨時先用氧化鋁砂紙，然后用金相砂紙進行打磨。具體的打磨是先用顆粒度較大的氧化鋁砂紙進行打磨，以快速將電極的底面磨平，然后用顆粒度較小的金相砂紙進行打磨，以將底面進一步打磨光滑。

附圖說明

圖1為本發明方法中的耐高溫的剛玉管通過環氧樹脂粘附于玻璃上構成的模具。

圖2為本發明方法取得的電極。

圖3為鉛鈣錫鋁合金電極和添加0.05%稀土Pr的鉛鈣錫鋁合金電極的線性掃描伏安曲線圖。

具體實施方式

一、制備鉛鈣錫鋁摻雜鐠合金：

1.稱量、前處理：

合金板柵取材自蓄電池廠常規使用的鉛鈣錫鋁合金中鈣含量0.07～0.10%，錫含量0.3～0.5%，鋁含量0.01～0.04%。將鉛鈣錫鋁合金打磨并裁剪成小塊，然后準確稱量20～30g。打磨是將合金表面的氧化物去除。

稱取合金質量的0.05%的稀土Pr。

2.合金的制備：

將稱量的鉛鈣錫鋁合金置于石英舟中，再向石英舟中加入稱量的稀土Pr，然后將石英舟放入管式爐中。