專利名稱：用8元素板柵合金新材料等制造更優(yōu)質(zhì)新一代鉛酸蓄電池的制作方法
用8元系板柵合金材料等制造更優(yōu)質(zhì)新一代鉛酸蓄電池發(fā)明是電化學(xué)技術(shù)領(lǐng)域和稀有、有色金屬合金冶煉技術(shù)領(lǐng)域交叉結(jié)合的科技成果。
本發(fā)明申請人于1956-1960年在北京有色金屬研究院，負(fù)責(zé)研制出中國首批稀有金屬鍶(Sr)、鋇(Ba)等時(shí)，就已知道其物理、化學(xué)性質(zhì)和用途。后因調(diào)動(dòng)到南京和體制原因，直到退休前后的1988-1990年冬，才有機(jī)會(huì)兼任一家“鍶、鋇、鎂中試廠”的技術(shù)總顧問，完成了中國首家工業(yè)化生產(chǎn)金屬鍶等的工廠設(shè)計(jì)和試產(chǎn)、改進(jìn)技術(shù)任務(wù)，隨即轉(zhuǎn)入AlSr、PbSr等合金的試制及其應(yīng)用開發(fā)研究工作。由于對非PbSb、PbCa系的多元素，新一代鉛基板柵合金組份的篩選工作量大而費(fèi)時(shí)，并且要用8元系板柵合金去制成新一代鉛酸電池，光做靜態(tài)質(zhì)量性能測試就需時(shí)半年，而做動(dòng)態(tài)裝車測實(shí)用壽命需時(shí)更長；測牽引類電池需1.5-2年，啟動(dòng)類電池則長達(dá)4.5-6.5年。故我們費(fèi)時(shí)11年，共耗資約50多萬元，才攻克有關(guān)更優(yōu)質(zhì)長壽命新一代蓄電池板柵合金新材料組份的篩選冶煉技術(shù)關(guān)，以及試制更優(yōu)質(zhì)新一代(或稱第三代)鉛酸蓄電池的適宜工藝技術(shù)關(guān)問題。我們研制成功的更優(yōu)質(zhì)長壽命新一代蓄電池與現(xiàn)行的PbSb、PbCa系，鉛酸蓄電池的質(zhì)量性能對比值，簡示于下表1和表2。
生產(chǎn)鉛酸蓄電池企業(yè)的很多科技人員都知道，自從世界上出現(xiàn)第一次工業(yè)革命，蒸汽機(jī)、火車、發(fā)電機(jī)、汽油柴油動(dòng)力車、艦船、飛機(jī)的電點(diǎn)火、電照明等的發(fā)明和需求，促進(jìn)了第一代、第二代PbSb、PbCa蓄電池的發(fā)明與產(chǎn)銷應(yīng)用的發(fā)展。一百幾十年來，蓄電池行業(yè)對其產(chǎn)品的外殼、隔板、膠泥、酸水的材質(zhì)，及生產(chǎn)設(shè)備、工具和生產(chǎn)品種、規(guī)格數(shù)量等方面，進(jìn)行了與時(shí)俱進(jìn)的一般性改良和發(fā)展，但在關(guān)鍵的影響重大的板柵合金組份新材料方面，我們認(rèn)為過去僅實(shí)現(xiàn)過2次重大變革、創(chuàng)新，現(xiàn)在我們在實(shí)現(xiàn)第三次變革、創(chuàng)新。其有關(guān)簡況、概述如下1.第一代PbSb系蓄電池前期為含Sb高達(dá)9％左右的鉛銻蓄電池，其使用壽命一般為0.5-1年。后期為含Sb低至3％左右的低銻的鉛酸蓄電池，其使用壽命一般為1-1.5年。
2.第二代為PbCa系、含Ca0.1～1％的鉛鈣系蓄電池，其使用壽命一般為1.5-2.5年，由于其質(zhì)量性能比第一代后期低銻的鉛酸蓄電壽命約高1倍，而水耗少1/3-1/2，并導(dǎo)致免維護(hù)(實(shí)際上是少維護(hù))蓄電池的面市。
3.第三代為非PbSb、PbCa系，我們用含有Sr、Ba、Sn、Re、Al、Cd、Ag、Pb的8種稀有、有色金屬元素系(簡稱8元系)板柵合金制成的更優(yōu)質(zhì)、新一代、第三代鉛酸蓄電池。其水耗比第二代PbCa系蓄電池要少4倍多，壽命要長2倍多，故用本8元系板柵合金可制得比PbCa系更優(yōu)質(zhì)、密封型、免維護(hù)、長壽命蓄電池，并具有更好的抗過充電、過放電性能，其板柵有優(yōu)異耐腐蝕性能?，F(xiàn)將以上三代電池的質(zhì)量性能對比簡況列示于表1表1
關(guān)于牽引類二種不同板柵合金蓄電池的性能對比等結(jié)果、簡示于表2表2
我們通過對新一代8元系板柵合金新材料的冶煉篩選研究，并試制出更優(yōu)質(zhì)新一代(可稱第三代)鉛酸蓄電池的質(zhì)量性能測試結(jié)果對比后我們認(rèn)為8元系板柵合金適宜的各金屬組份(以表示重量％計(jì))列示于下表3表3
通過對上述8元系板柵合金的冶煉和進(jìn)行第三代蓄電池的試制經(jīng)驗(yàn)得知，要制成燒損低和成份穩(wěn)定均勻的8元系板柵合金是重要的。為此需進(jìn)行二步法冶煉，第一步先將易氧化、燒損的Sr、Ba、Re等金屬先與Pb冶煉出配料用的中間合金，其適宜的冶煉溫度為600-800℃，最好是用可抽真空、通氬氣的電爐中進(jìn)行冶煉，其次是在吹氬氣的井式坩堝電爐中進(jìn)行。第二步再將余量的鉛和其他元素在大氣中在500-650℃溫度下，按配料比計(jì)算量加上述中間合金，做成以上8元素板柵合金后，再去熔鑄成新一代電池生產(chǎn)所需的板柵。
使用上表3所示的8元系板柵合金新材料，來制造更優(yōu)質(zhì)新一代鉛酸蓄電池時(shí)，國內(nèi)制造PbCa系列牽引類電池的大、中、小型生產(chǎn)企業(yè)，除作小量改進(jìn)或調(diào)整外，基本上均能使用。順便指出，熔鑄板柵的爐子和模具以電爐(控溫在480℃-530℃)和電熱模具(控溫在300-360℃)為優(yōu)，熔化坩鍋?zhàn)詈糜檬突鹉噗釄寤蜩T造不銹鋼鍋內(nèi)壁刷以磷酸鹽、硼酸鹽的防鐵污染涂料，攪拌棒和勺具亦刷防鐵污染涂料。對于生產(chǎn)高質(zhì)量、長壽命啟動(dòng)類電池，和牽引類電池需使用高純水和分析純硫酸。用玻纖氈替代正負(fù)極塑料隔網(wǎng)是有利的。使用本8元系合金新材料時(shí)，其正負(fù)極板柵、搭接橋、焊條及與酸水接觸的鉛合金部件，均需使用本合金同一種材料，但其電池特性和充放電的作業(yè)制度與PbCa系電池有所不同，因?yàn)槲覀兊母鼉?yōu)質(zhì)新一代鉛酸電池的特性是初期稍低，但充放電使用一段時(shí)間反而會(huì)上升至比PbCa系電池性能要高，而且在最高值的保持時(shí)間很長，然后緩慢降低。
權(quán)利要求
1.用“8元系板柵合金新材料等制造更優(yōu)質(zhì)新一代鉛酸蓄電池”的發(fā)明技術(shù)特征是選用含有Sr、Ba、Re、Sn、Al、Cd、Ag這8種稀有、有色金屬元素系的(簡稱8元系)板柵合金新材料并已用來制造出比現(xiàn)行PbCa系鉛酸蓄電池的水耗低4倍多，壽命長2倍多的更優(yōu)質(zhì)新一代鉛酸蓄電池。請求保護(hù)該8元系板柵合金新材料的適宜(重量％計(jì))金屬組份為鍶Sr 0.02-0.8％ 錫Sn 0.05-2％ 鋁Al 0.01-0.2％鋇Ba 0.0004-0.008％ 鎘Cd 0.002-0.1％ 銀Ag0.0001-0.05％混合稀土Re 0.02-0.8％鉛Pb平衡余量為了低損耗和制造出穩(wěn)定均勻的以上8元系板柵合金新材料，采用二步法冶煉，和較好的新型冶煉設(shè)備與工藝是適宜的。
2.根據(jù)要求1所述的二步法冶煉8元系板柵合金新材料的工藝和設(shè)施，其特征為第一步先將易氧化燒損的Sr、Ba、Re等與Pb冶煉出配料用相應(yīng)中間合金，其冶煉溫度控制在600-800℃，最好在可抽真空、通氬氣的非標(biāo)設(shè)計(jì)電爐中進(jìn)行，其次是在帶有充氬氣裝置的井式坩鍋電爐中進(jìn)行。第二步將計(jì)算量的中間合金和鉛與其他有色金屬在500-650℃溫度，在可吹氮?dú)獾木桔徨侂姞t中熔煉成8元系板柵合金新材料，以利制造出優(yōu)質(zhì)新一代鉛酸蓄電池。
全文摘要
用8元系板柵合金新材料等制造更優(yōu)質(zhì)新一代鉛酸蓄電池。本發(fā)明系屬電化學(xué)技術(shù)領(lǐng)域和稀有有色金屬合金冶煉新材料技術(shù)領(lǐng)域的交叉結(jié)合成果。本發(fā)明人歷時(shí)11年,攻克合金組份篩選關(guān)和二次冶煉成份穩(wěn)定關(guān)等,研制成功如下所示的8元系鉛基板柵合金新材料,并用來制造出更優(yōu)質(zhì)的新一代鉛酸蓄電池,其水耗比PbCa系蓄電池要少4倍多,壽命要長2倍多。我們的8元系鉛基板柵合金適宜的各金屬組份(以重量%計(jì))列示于下:鍶 0.02－0.8%,錫 0.05－2.0%,鋁 0.01－0.2%,鋇 0.0004－0.008%,鎘 0.002－0.10%,銀 0.0001－0.005%,混合稀土 0.02－0.8%,鉛 剩余平衡量。
文檔編號(hào)H01M4/68GK1423354SQ01137330
公開日2003年6月11日 申請日期2001年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月3日
發(fā)明者顏志明, 劉培厚, 張德裕, 顏杰 申請人:顏志明