专利名称：高能量密度非晶态铅合金薄板及制造工艺与用途的制作方法
技术领域：
本发明涉及铅酸蓄电池领域，特别是一种高能量密度非晶态铅合金薄板的材料，制造工艺及其应用。
铅酸蓄电池从其发明至今已有130多年了，100多年来它的性能有了显著的提高，应用领域也越来越广泛。并且近30多年来出现密闭铅酸蓄电池，更使这类电池在二次电池领域占据了主导地位。然而，铅酸蓄电池最大的缺点是重量能量比低，仅仅为20-37Wh/Kg，而镉镍电池为40-45Wh/Kg，镍氢电池为50-55Wh/Kg。而重量能量比低的主要原因，是板栅自身的重量大，占极板的1/2，占整个电池的30%。对于这一问题，通常是不可克服的。这是因为，板栅作为极板活性物质的载体和导电体，由于铅合金的晶界腐蚀是板栅主要的腐蚀源，而板栅的腐蚀又会引起极板活性物质的剥落，从而造成电池性能的下降与失效。为了提高板栅的耐腐蚀能力，人们采用了合金化手段，例如加入Ag，As，Se，Ca，S，Cu等等变质剂，力图改变合金的晶界结构，细化晶粒，但其效果是有限的。因而人们还是不得不通过增加板栅厚度来提高耐腐蚀能力，因而造成电池重量的大幅度增加。
本发明的目的，旨在为克服现有技术的缺陷，而提供一种具有非晶态合金组织的高能量密度铅合金板栅组合物，及其制造方法与用途，以提高铅酸蓄电池的重量能量比。
本发明的目的可以通过下述方案实现。
高能量密度非晶态铅合金薄板组合物出Pb+Ax+By+Cz+Du+Ev组成。其中A为Ca或Sr，Sb，Na，0≤X≤8%;B为As或Sn，0≤Y≤1%C;为Al或Ag，0≤z≤1%;D为S，Se，0≤u≤1%;E为Cu或Bi，0≤u≤1%。
非晶态铅合金薄板的制造是按下述步骤进行的。(1)将所述的合金材料加热至500-550℃熔化，铸成1-2.5mm左右厚度，如板栅宽度的铅条;(2)将铅条在280℃-300℃温度与退火10小时;(3)用高频加热炉熔化铅条，使其从0.1-0.5mm的出口流到一个相对移动的冷却板上，冷却板表面温度相对于合金熔点温度有大于300℃的过冷度;(4)最后形成0.1-0.5mm厚度的非晶态铅合金薄板。
非晶态铅合金薄板可以用来制作铅酸蓄电池板栅。板栅由中间的塑料支撑板与两侧的非晶态铅合金薄板，经压粘与点焊而制成。
以下结合实施例和附图详细说明本发明。
图1板栅示意图;
图2板栅剖视图。
非晶态合金组分可有如下表的配方(单位%)例 Pb Ca Sr Sb Na As Sn Al Ag Bl Cu S Se1 其余 0.09 0.4 0.02 0.1 0.052 ″ 0.06 0.6 0.01 0.05 0.083 ″ 0.12 0.3 0.03 0.14 0.02
4 ″ 0.1 0.3 0.03 0.08 0.055 ″ 0.14 0.6 0.05 0.03 0.026 ″ 0.12 0.6 0.05 0.05 0.057 ″ 5.7 0.02 0.01 0.02 0.038 ″ 1.8 0.15 0.02 0.02 0.059 ″ 2.7 0.12 0.01 0.03 0.0210 ″ 7 0.02 0.02 0.0511 ″ 8 0.02 0.0212 ″ 1.8 0.15 0.02 0.1 0.0513 ″ 0.08 0.3 0.03 0.12 0.0514 ″ 0.08 0.6 0.01 0.1 0.0215 ″ 0.14 0.2 0.01 0.0516 ″ 0.10 0.8 0.05 0.1 0.0517 ″ 0.08 0.2 0.8 0.0518 ″ 0.20 0.2 0.05 0.15 0.05高能量密度非晶态铅合金薄板的制造，可以是将熔化的合金材料铸成厚为1mm，宽为板栅所需要的宽度的铅条;后在280-300℃温度下进行均匀化退火处理;然后在高频感应加热炉上迅速加热，熔化后通过一个长为板栅宽度，高为0.1-0.5mm的浇口，甩到一个圆筒表面，圆筒以15米/分的速度转动。加热炉出口温度在520℃，圆筒内用液氨制冷，其表面温度＜0℃，从而造成300℃左右的过冷度，使合金骤然凝固，形成非晶态薄板。
本发明将普通铅合金制备成非晶态铅合金，是利用了金属及合金组织结构中，非晶态组织相对于晶态组织有非常高的耐腐蚀性能这一性质。这种方法可以造出高耐腐蚀的铅基合金，降低板栅的重量，提高铅酸蓄电池的重量比能量。
液态下的合金原子是随机排列的，在结晶过程中，原子需要重构，重构过程是一个典型的扩散的过程。需要提供能量。本发明薄板的制造方法，以极高的过冷度使液态金属在瞬间凝固，原子来不及扩散，便留在原来的位置，因而形成非晶态，在长程范围之内，非晶态是均匀的，无晶界缺陷，所以形成微原电池的机会小得多，耐腐蚀性能比晶态要高得多。
这种高能量密度非晶态铅合金薄板的发明，为制造出轻型铅合金板栅创造了条件。这种板栅的厚度与原板栅厚度相同，塑料支撑板1与板栅的大小相同，厚度为总厚减去两倍的铅合金薄板2厚度，大约为1.6mm。在注塑时，同时将一个铅合金极耳3铸在塑料板的一端。制作时，在塑料板与铅合金薄板之间涂一层耐酸粘合剂，后用300Kg/cm2压力压合;然后，在极耳处用点焊方式将薄板与铅合金焊接在一起;最后，按需要的形状将板栅冲出网格。
本发明通过制出非晶态高能量密度铅合金薄板，并应用到各种规格的全密闭、普通及少维护铅酸蓄电池板栅上，可以大大降低板栅的重量，其重量仅相当于普通铅合金板栅的30%左右。制成的蓄电池重量比能量高达45Wh/Kg。而且由于非晶态合金结构具有高耐腐蚀性，板栅的寿命不会因铅用量的减少而降低。
权利要求
1.一种高能量密度非晶态铅合金薄板组合物，其特征在于它由Pb+Ax+By+Cz+Du+Ev组成；其中A=Ca或Sr，Sb，Na，0≤X≤8%；B=As或Sn，0≤Y≤1%；C=Al或Ag，0≤z≤1%；D=S或Se，0≤u≤1%；E=Cu或Bi，0≤v≤1%。
2.按照权利要求1所述的非晶态铅合金薄板组合物，其特征在于Pb+0.09%Ca+0.4%Sn+0.02%Al+0.05%Se+0.1%Bi，用以制作高能量密度全密闭铅酸电池。
3.按照权利要求1所述的非晶态铅合金薄板组合物，其特征在于Pb+0.1%Sr+0.3%Sn+0.03%Al+0.05%S+0.08%Bi，用以制作高能量密度全密闭铅酸电池。
4.按照权利要求1所述的非晶态铅合金薄板组合物，其特征在于Pb+0.12%Na+0.6%Sn+0.05%Al+0.05%Se+0.05%Cu，用以制作普通铅酸蓄电池。
5.按照权利要求1所述的非晶态铅合金薄板组合物，其特征在于Pb+5.7%Sb+0.02%Sn+0.01%Ag+0.03%Se+0.02%Cu用以制作普通铅酸蓄电池。
6.按照权利要求1所述的非晶态铅合金薄板组合物，其特征在于Pb+1.8%Sb+0.15%As+0.02%Ag+0.05%Se+0.02%Cu，用以制作少维护铅酸电池。
7.一种专用于高能量密度非晶态铅合金薄板的制造方法，其特征在于(1)将所述合金材料加热至500-550℃熔化，铸成厚1-2.5mm，宽为板栅宽度的铅条;(2)将铅条在280-300℃温度下退火10小时;(3)用高频加热炉熔化铅条，使其从0.1-0.5mm的出口流到一个相对移动的冷却板上，冷却板表面温度相对于合金熔点温度有大于300℃的过冷度;(4)形成0.1-0.5mm厚度的非晶态铅合金薄板。
8.按照权利要求7所述的制造方法，其特征在于高频加热炉出口温度在520℃，冷却板表面温度＜0℃。
9.按照权利要求7或8所述的制造方法，其特征在于冷却板是一个转动的圆筒，筒内用液氨制冷。
10.一种高能量密度非晶态铅合金薄板制作的板栅，其特征在于板栅由中间的塑料支撑板与两侧的高能量密度铅合金薄板，经压粘与点焊而制成。
全文摘要
本发明是关于高能量密度非晶态铅合金薄板材料，制造方法及其应用。该薄板由Pb与Ca，Sr，Na，Sb，As，Al，Ag，Bi，S，Se，Cu等元素选择搭配组成。所述合金材料通过300℃左右的过冷度，使合金骤冷凝固，形成非晶态结构薄板。用这种薄板覆盖于塑料支撑板的两面可以制成密闭蓄电池板栅。本发明薄板具有良好的耐腐蚀性能，用其制作板栅，可以大大降低蓄电池的重量，使蓄电池的重量比能量达到45Wh/kg。
文档编号H01M4/68GK1095114SQ94104329
公开日1994年11月16日 申请日期1994年4月29日 优先权日1994年4月29日
发明者陈有孝, 梁高俊, 李智才 申请人:陈有孝, 梁高俊, 李智才