專利名稱：用于蓄電池電極的持續(xù)擠壓的鉛合金帶的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鉛合金帶的持續(xù)生產(chǎn)，更具體地，涉及作為鉛-酸蓄電池的正負(fù)極而使用的鉛合金帶的持續(xù)高速擠壓。該帶具有高度受控的微結(jié)構(gòu)，微結(jié)構(gòu)通過減少正板極中的垂直生長速度而增加了蓄電池壽命并與其它持續(xù)過程生產(chǎn)的板極相比減少了腐蝕速度。通過減少正板極中的生長并通過最小化且形成正負(fù)合金帶的期望的帶外形(例如，通過改變或逐漸減少從帶的頂端至底部的厚度)，正負(fù)板極的質(zhì)量都能得到減少，從而減少了蓄電池的總重量和成本。
背景技術(shù)：
在鉛-酸蓄電池的生產(chǎn)中，有若干種生產(chǎn)蓄電池中使用的正負(fù)極柵的方法。在持續(xù)生產(chǎn)用于鉛-酸蓄電池的極柵中，這些過程限于制造滾壓的或澆鑄的帶，該帶是通過往復(fù)或旋轉(zhuǎn)膨脹過程而被沖壓或膨脹的，或者限于直接澆鑄極柵，例如ConcastTM過程。
因?yàn)榘鍢O生長可以導(dǎo)致電池短路，所以用作具有有限板極生長的正蓄電池板極的鉛合金帶的生產(chǎn)極其重要。這是縮短由持續(xù)過程制備的蓄電池的蓄電池壽命的決定因素。由傳統(tǒng)方法如滾卷或持續(xù)澆鑄而制造的帶通常具有高度異源的微結(jié)構(gòu)，具有不均一的顆粒尺寸和形狀，導(dǎo)致不期望的板極生長及來自蓄電池電解的腐蝕破壞。
用于負(fù)板極的帶的生產(chǎn)通常通過持續(xù)澆鑄或滾卷過程而完成。負(fù)電極不受到由于電極的電化學(xué)特性而引起的腐蝕破壞的影響，因此負(fù)帶主要關(guān)注于減少負(fù)板極的重量，同時(shí)保持適當(dāng)?shù)膶?dǎo)電性。這通過簡單地使帶更薄而實(shí)現(xiàn)；然而如果接線片太薄，則在蓄電池制造中發(fā)生問題，涉及到將接線片融入頂部鉛。
在電纜工業(yè)中已經(jīng)大量地完成了通過擠壓機(jī)擠壓鉛和鉛合金，以在可潛水電纜上提供保護(hù)套管來保護(hù)電纜不受海水腐蝕的影響。電纜穿過機(jī)器，并且一層鉛合金管被擠壓在電纜上。H.F.Sandelin是制造這種機(jī)器的世界領(lǐng)先企業(yè)。其它生產(chǎn)商包括Pirelli，其制造的機(jī)器在使用大型水平螺桿上與較早的Henley ExtruderTM類似。這種類型的設(shè)備在螺桿的污染以及合金隔離上存在問題。
美國專利4,332,629描述了通過沖壓機(jī)擠壓而制造鉛-銻合金帶。這個(gè)過程限于一定的厚度和長寬比。而且，該過程在生產(chǎn)速度上有限制，該專利公開了6-10ft/min(1.9-3.2kg/min)的生產(chǎn)速度。關(guān)于實(shí)驗(yàn)室測試中的腐蝕和極柵生長，通過沖壓機(jī)擠壓而生產(chǎn)的帶具有不好的結(jié)果。而且該過程沒有提供對(duì)于微結(jié)構(gòu)的控制，并且顆粒尺寸受合金選擇的限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種擠壓方法和設(shè)備，其能夠?yàn)檎?fù)蓄電池板極的生產(chǎn)而經(jīng)濟(jì)地生產(chǎn)具有期望外形的優(yōu)良擠壓的鉛合金帶，其中正負(fù)蓄電池板極能抵抗鉛-酸蓄電池中的垂直極柵生長以及腐蝕中的重量損失。帶是以可與持續(xù)澆鑄和滾卷帶相競爭的速度而生產(chǎn)的，擠壓的帶在任一下列范圍與現(xiàn)有技術(shù)相比都具有優(yōu)良的質(zhì)量腐蝕引起的生長、腐蝕重量損失、形狀、極柵重量、成本以及自動(dòng)化程度。
本發(fā)明優(yōu)選地用于要被盤繞以用于持續(xù)蓄電池生產(chǎn)線的鉛-合金帶的生產(chǎn)。該帶可以用于通過將帶持續(xù)互換膨脹入經(jīng)膨脹的網(wǎng)格或通過將帶持續(xù)旋轉(zhuǎn)膨脹入經(jīng)膨脹的網(wǎng)格而生產(chǎn)蓄電池網(wǎng)格，例如在Cominco有限公司的1982年2月16日授權(quán)的美國專利No.4,315,356、1981年9月29日授權(quán)的美國專利No.4,291,443、1981年11月3日授權(quán)的美國專利No.4,297,866、1995年10月31日授權(quán)的美國專利No.5,462,109以及1999年4月27日授權(quán)的美國專利No.5,896,635中所披露的，這里引入這些專利的內(nèi)容作為參考。然后將經(jīng)膨脹的網(wǎng)格粘貼并分割為可以放入一塊蓄電池的獨(dú)立的蓄電池板極。
擠壓帶的最小和最大顆粒尺寸將隨帶的厚度而變化，但是能夠利用在帶停止擠壓模具之后噴水而迅速冷卻的方法得到控制。擠壓合金帶的微結(jié)構(gòu)是同質(zhì)、穩(wěn)定的，并且能夠通過機(jī)械參數(shù)調(diào)整而方便地控制。正確選擇了合金和顆粒的尺寸，可以大大較少在具有擠壓帶的鉛-酸蓄電池中正極柵的垂直生長。與用于帶生產(chǎn)的現(xiàn)有的持續(xù)過程相比，在通常實(shí)驗(yàn)室測試中，正極柵的生長減少了50％-75％。由極柵的腐蝕引起的重量損失與從持續(xù)澆鑄帶生產(chǎn)的極柵的類似，小于滾卷帶或疊箱鑄型極柵的重量損失。在擠壓中，通過控制帶外形可以使帶在帶的寬度上具有不同的極柵厚度。這使得能夠以極細(xì)的電線制成板極，同時(shí)板極仍然具有足以克服與較細(xì)的接線片相關(guān)聯(lián)的制造問題的接線片厚度。這使得在負(fù)板極中明顯的重量節(jié)約并較少了蓄電池的總重量和成本。可以看出，通過修改模具塊以允許帶生產(chǎn)而非管生產(chǎn)，可以生產(chǎn)期望的外形的平面高質(zhì)鉛合金帶。通過引入新型帶冷卻系統(tǒng)，可以對(duì)于用于鉛-酸蓄電池的蓄電池板極的制造，在合金組成、顆粒尺寸和厚度上對(duì)帶進(jìn)行優(yōu)化，其中新型帶冷卻系統(tǒng)優(yōu)選地是在擠壓機(jī)模具塊之外的噴水系統(tǒng)。
擠壓帶生產(chǎn)方法的主要優(yōu)點(diǎn)是對(duì)于材料的顆粒尺寸及顆粒結(jié)構(gòu)的絕對(duì)控制。這使得可以優(yōu)化用于減少腐蝕、限制腐蝕引起的生長、增加強(qiáng)度并操縱合金的老化過程的參數(shù)。
特別的，有八個(gè)方面用于優(yōu)化蓄電池中的帶和得到的極柵。
1.顆粒尺寸擠壓提供了在從20微米至500微米的大范圍中控制最終產(chǎn)品的實(shí)際顆粒尺寸的可能性。應(yīng)當(dāng)注意，最小顆粒尺寸將進(jìn)一步受到帶厚度和帶合金成分的影響。盡管通過修改從模具塊出口的冷卻距離或冷卻速度有可能生產(chǎn)該區(qū)域中的任何尺寸，但應(yīng)當(dāng)注意，對(duì)于蓄電池性能優(yōu)選地是正電極的顆粒尺寸在100-500微米的范圍，最好在100-300微米的范圍。這是因?yàn)樵谛∮?00微米，如20-100微米，的極小顆粒尺寸處，腐蝕破壞的顆粒邊界通路幾乎筆直地沿許多顆粒的邊界通過材料。在大于100微米的非常大的顆粒尺寸處，通路也非常直地沿著僅僅一個(gè)或兩個(gè)顆粒的通路。然而，負(fù)電極不受到腐蝕破壞的影響，并且直至10-30微米的小顆粒尺寸是可以接受的。
2.顆粒結(jié)構(gòu)擠壓帶生成同源、等軸的顆粒結(jié)構(gòu)，這與任何其它帶生產(chǎn)方法都不相似。在現(xiàn)有的持續(xù)澆鑄中，顆粒是柱狀的且非常長。這可能導(dǎo)致用于腐蝕的非常直的通路沿顆粒邊界貫穿帶的整個(gè)厚度，導(dǎo)致蓄電池中顯著的極柵生長。滾卷帶具有非常異源、分層的結(jié)構(gòu)，在帶的厚度中貫穿了顯著的缺陷結(jié)構(gòu)。盡管該結(jié)構(gòu)確實(shí)表現(xiàn)了高強(qiáng)度，但它還允許在帶上嚴(yán)重的腐蝕破壞，從而由于在缺陷處的腐蝕破壞而導(dǎo)致很高的重量損失。變形的顆粒被腐蝕破壞簡單地逐層剝落。具有了擠壓帶，具有優(yōu)化的顆粒尺寸并且材料的厚度約為6-10個(gè)顆粒(100-300微米顆粒尺寸)的等軸、同源結(jié)構(gòu)提供了非常有限的缺陷結(jié)構(gòu)，還展示了長且卷繞的通路用于在正電極的顆粒邊界上的腐蝕破壞。為了使腐蝕產(chǎn)品穿透帶并通過帶的厚度進(jìn)行處理，顆粒邊界通路將非常長并相當(dāng)?shù)販p慢過程。
3.帶公差擠壓帶可以具有非常準(zhǔn)確的物理尺寸，帶厚公差為+/-0.025mm。由于得到的帶能夠被制成所需的精確寬度而不影響邊緣附近的帶的性能，所以無需修剪得到的帶的邊緣。
4.合金擠壓提供了較寬范圍的可能的合金，這與持續(xù)澆鑄或滾卷帶相似。有幾個(gè)元素在擠壓帶的合金成分中應(yīng)當(dāng)避免。它們包括鋁、鉍和硫，它們將優(yōu)先地沉積在擠壓螺桿上，在螺桿將鉛傳送至模具塊時(shí)增加螺桿上的摩擦。在一個(gè)特定的點(diǎn)，摩擦力將導(dǎo)致鉛停止在螺桿腔內(nèi)的移動(dòng)，從而導(dǎo)致減少螺桿維護(hù)及清潔所需的時(shí)間。
5.鉛放置(帶外形)對(duì)于擠壓帶，為了得到所需的帶外形(即帶的寬度和厚度)，鉛通過機(jī)械模具。考慮到這一點(diǎn)，使帶的外形有用于接線片焊接和導(dǎo)電的足夠的鉛厚度；然而為了減少正板極或負(fù)板極的重量，可以減少電線厚度。由于帶的厚度可以在極柵的頂部邊界和底部邊界之間大為減少，所以這在負(fù)板極中非常有用。因?yàn)閷?dǎo)電性的原因，這在正極柵中的金屬重置也是很有用的。
6.帶的孔隙率眾所周知，擠壓鉛產(chǎn)品具有零孔隙率。因?yàn)槿魏嗡降目紫堵识紝?dǎo)致海水浸入以及電纜故障，給電纜的所有者/操作者帶來巨大損失，所以這在潛水電纜工業(yè)中非常重要。于是對(duì)擠壓產(chǎn)品作了很多試驗(yàn)以證明絕對(duì)沒有孔隙率，由于任何例如孔隙率這樣的缺陷都能夠?qū)е轮鲃?dòng)的腐蝕破壞，所以絕對(duì)沒有孔隙率對(duì)于蓄電池帶是期望的。在持續(xù)澆鑄帶中，孔隙率的水平很低，盡管依賴于合金成分、澆鑄速度等有一些次要水平的孔隙率。由于在滾卷過程期間產(chǎn)品中逐漸減小的夾雜物和雜質(zhì)，滾卷產(chǎn)品可以具有極高水平的孔隙率。疊箱鑄型極柵盡管不是持續(xù)的，但是具有很高水平的孔隙率，能夠引起由于腐蝕期間極高的重量損失而造成的板極故障。這些孔在產(chǎn)品中是缺陷，導(dǎo)致向腐蝕破壞開放的表面區(qū)域更多。
7.極柵設(shè)計(jì)對(duì)于擠壓帶，機(jī)械性能給人的印象非常深刻。在生產(chǎn)之前具有高初始伸張強(qiáng)度(其隨合金而變化)和很高的延長(＞40％)。延長在早期的老化過程中一直較高，這使得可以使用旋轉(zhuǎn)膨脹系統(tǒng)中的高延長加工。較高的延長加工的使用使得蓄電池極柵網(wǎng)格的菱形設(shè)計(jì)幾乎成為方的，從而使SWD/LWD比接近1。在菱形中，SWD是從菱形的頂部到底部的高，LWD是菱形的寬。由于與現(xiàn)有的延長工具生成的極柵相比，這種幾何類型的材料在物理上在垂直方向更堅(jiān)固，所以這將有助于減少生長。如圖4所示，現(xiàn)有的SWD/LWD比遠(yuǎn)小于1。
8.帶的老化圖5顯示，持續(xù)澆鑄和滾卷帶產(chǎn)品在一定時(shí)間后都將遭受過度老化。該現(xiàn)象依賴于合金成分和環(huán)境條件，顯著地降低極柵材料的強(qiáng)度，從而增加了極柵生長的可能性。在標(biāo)準(zhǔn)的60℃老化測試中，滾卷帶在大約90天后將嚴(yán)重的過度老化。持續(xù)澆鑄材料能夠依賴于合金成分而延長這個(gè)時(shí)期。發(fā)現(xiàn)在擠壓帶中，老化過程持續(xù)至多130天而沒有任何顯著的過度老化。這似乎不依賴于合金成分，然而顆粒尺寸有一些影響，在10至30微米范圍內(nèi)的較小的顆粒尺寸在顯著老化后總強(qiáng)度減少較低，約為10％。
生產(chǎn)用于蓄電池電極的鉛合金帶的方法普遍包括通過模具塊擠壓鉛合金，以生產(chǎn)具有期望的形狀的擠出品，并迅速冷卻該擠出品以得到在大約10至300微米范圍內(nèi)的鉛合金顆粒尺寸。更具體地，該方法包括將鉛合金擠壓為充分平面的外形或管擠出品的形狀，切開并打開管，并在迅速冷卻擠出品之前將打開的管滾卷入平面帶。平面帶優(yōu)選地在壓力下被冷卻，并且冷卻的繞卷帶成為盤管。該方法還包括通過旋轉(zhuǎn)膨脹或互換膨脹而切開并膨脹冷卻的平面帶使其成為膨脹的極柵、沖壓、機(jī)加工、噴水切割、電火花切割或激光切割。膨脹的極柵特別適合用作蓄電池電極，例如鉛-酸蓄電池。


現(xiàn)在將參考附圖介紹本發(fā)明的過程及產(chǎn)品，附圖中圖1是顯示柱狀或顆粒結(jié)構(gòu)的典型合金的現(xiàn)有的持續(xù)澆鑄帶的橫斷面的顯微照片；圖2是根據(jù)本發(fā)明的方法生產(chǎn)的合金的持續(xù)擠壓帶的橫斷面的顯微照片；圖3是根據(jù)用于負(fù)電極制造的本發(fā)明的方法生產(chǎn)的合金的持續(xù)擠壓帶的橫斷面的顯微照片；圖4是確認(rèn)了極柵成分的蓄電池極柵的示意平面圖；圖5是描述根據(jù)本發(fā)明生產(chǎn)的擠壓的老化與現(xiàn)有材料的老化特性相對(duì)比的圖；圖6是顯示垂直生長的圖；圖7是顯示合金C的垂直生長的圖；圖8是顯示本發(fā)明的蓄電池極柵的垂直生長與現(xiàn)有極柵相比較的圖；圖9是典型的帶擠壓的橫斷面，顯示了帶外形；以及圖10是經(jīng)部分切除的具有從本發(fā)明的帶擠壓生產(chǎn)的蓄電池板極極柵的蓄電池的透視圖。
具體實(shí)施例方式
為了可以生產(chǎn)蓄電池帶，對(duì)H.F.SandelinTM擠壓機(jī)作了大量修改。為了生產(chǎn)扁平的帶而不是現(xiàn)有的光纜套管，重新設(shè)計(jì)了模具塊，并且修改了控制系統(tǒng)以簡化操作并節(jié)省在擁擠的蓄電池制造設(shè)備中的空間。通過外部帶冷卻系統(tǒng)的增加而進(jìn)一步修改系統(tǒng)，外部帶冷卻系統(tǒng)允許鉛合金帶脫離模具塊熱量并在受控的條件下被冷卻以允許顆粒生長到期望的顆粒尺寸的時(shí)間。如果帶冷卻得過快，則顆粒尺寸非常?。蝗绻焕鋮s得過遲，則顆粒尺寸非常大。盡管可以生產(chǎn)非常細(xì)或非常粗糙的顆粒尺寸，但是由于在多種測試條件下的不良性能，它們對(duì)于在蓄電池生產(chǎn)中的使用不是理想的。圖1顯示了現(xiàn)有技術(shù)持續(xù)地澆鑄的鉛合金帶的柱狀顆粒結(jié)構(gòu)。圖2通過比較顯示了本技術(shù)的顆粒尺寸在100-300微米的同源同軸鉛合金顆粒結(jié)構(gòu)。圖3顯示了本發(fā)明的相對(duì)細(xì)顆粒、同源、同軸鉛合金顆粒結(jié)構(gòu)，顆粒尺寸在10-30微米范圍內(nèi)。
圖9描述了適合于膨脹為圖4所示的菱形圖案網(wǎng)格的鉛合金的擠壓的典型外形20的橫斷面，膨脹是利用在美國專利No.4,291,443和No.4,315,356中詳細(xì)說明的旋轉(zhuǎn)膨脹而實(shí)現(xiàn)的。盡管旋轉(zhuǎn)膨脹是膨脹的優(yōu)選方法，但是膨脹能夠受到互換膨脹、沖壓、機(jī)加工、噴水切割、電火花切割和激光切割的影響。示例性的外形20具有相對(duì)較厚的側(cè)邊緣22、24和中央部分26，具有薄的中間部分28、30，以為了好的接線片支撐和好的電連接而允許在已完成的蓄電池板極中提供恰當(dāng)?shù)暮窠泳€片，同時(shí)允許接線片之間的細(xì)網(wǎng)格線的膨脹。這導(dǎo)致通過與現(xiàn)有蓄電池板極相比減少蓄電池板極質(zhì)量同時(shí)在數(shù)量上增加負(fù)板極中的活性粘合材料而充分節(jié)省重量，以提高蓄電池性能并延長蓄電池壽命。使用成型正負(fù)蓄電池板極以減少總板極厚度使得能夠生產(chǎn)特別適合于36伏應(yīng)用的較薄的粘合板極。
圖10描述了具有塑料罩殼102的蓄電池100，塑料罩殼具有蓋子104，蓋子104包括出口蓋106，出口蓋106包含本發(fā)明的方法生產(chǎn)的被擠壓并膨脹的蓄電池電極板極。包括粘合劑107的板極垂直地堆放，負(fù)板極72與正板極74相交替并由板極隔離物112相互隔離。負(fù)板極72的極柵接頭片114由金屬頂梁116互聯(lián)至負(fù)蓄電池柱118，并且正板極74的極柵接頭片(未顯示)由金屬頂梁122互聯(lián)至正蓄電池柱124。未顯示的硫酸溶液被大量增加，以浸沒用于操作蓄電池的蓄電池板極。
應(yīng)當(dāng)注意，盡管更為優(yōu)選的是通過模具塊的改變生產(chǎn)具有期望外形的平坦帶，但它對(duì)于生產(chǎn)高質(zhì)量蓄電池帶并不是絕對(duì)有必要。有可能生產(chǎn)鉛合金管，并且通過向現(xiàn)有電纜套管模具增加刀口而用刀切開管并隨后打開及碾平管。這個(gè)打開和碾平的過程或者可以在金屬淬火之前完成或者可以在淬火之后完成。由于打開帶并將其碾平在機(jī)械上較容易而它仍然處于升高的溫度，所以優(yōu)選的在淬火之前切開并打開管。SandelinTM擠壓機(jī)能夠得到超過78-156ft/min(25-50kg/min)的帶的生產(chǎn)速度，生產(chǎn)速度依賴于合金。
得到好結(jié)果所需的優(yōu)質(zhì)鉛合金的代表有但是不限于包含0.05-0.09Ca、0.6-1.8 Sn、0.01-0.06 Ag及均衡Pb的合金。更優(yōu)選的是0.06-0.08Ca、1.4-1.6 Sn、0.010-0.035 Ag和均衡鉛的合金。
需要為了持續(xù)擠壓而在+/-1℃內(nèi)調(diào)節(jié)鉛擠壓機(jī)的擠壓螺桿腔中的溫度的高精確控制系統(tǒng)、用于控制顆粒尺寸的水冷系統(tǒng)和帶干燥系統(tǒng)，以及恒定張力帶纏繞器。
在現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)知道，鉛擠壓機(jī)由底座、變速箱、用于變速箱的潤滑單元、主馬達(dá)、螺桿外殼、加以螺桿、用于螺桿外殼的冷卻系統(tǒng)、模具塊、供水管和進(jìn)水管以及坩堝組成，正如由H.Folke SandelinAB以HANSSON-ROBERTSON持續(xù)鉛擠壓機(jī)商標(biāo)所銷售的。
鉛合金被載入電加熱的坩堝并被加熱至約380℃的溫度。溶化的合金流經(jīng)坩堝的不同區(qū)，典型為三個(gè)區(qū)，然后通過坩堝的輸出閥流至重力送料管。電加熱的送料管使得合金可以流經(jīng)它的Ω結(jié)構(gòu)到達(dá)直進(jìn)料管并進(jìn)入螺桿外殼。液態(tài)合金吸濕性很好并且能夠流經(jīng)水不能滲透的開口，所以當(dāng)液態(tài)材料到達(dá)螺桿外殼時(shí)，需要在它能夠由螺桿外殼內(nèi)的旋轉(zhuǎn)擠壓螺桿傳送之前使它成為可塑性的。經(jīng)調(diào)節(jié)的量的冷卻水應(yīng)用于螺桿外殼的冷卻區(qū)，以將合金溫度降至熔點(diǎn)以下(鉛的熔點(diǎn)是327℃)。一旦開始傳送，合金就在高達(dá)2000大氣壓(203Mpa)的壓力下壓入模具塊。模具塊在鉛流經(jīng)模子的同時(shí)將鉛形成期望的形狀。此刻，材料的溫度約為200℃。擠壓后，在預(yù)設(shè)的位置(根據(jù)合金)冷卻帶以達(dá)到期望的顆粒尺寸。冷卻離模具塊出口越遠(yuǎn)，顆粒尺寸將越大。
擠壓機(jī)的輸出隨選擇的合金而變化。純鉛和Pb-Sn的二元合金可以以高達(dá)50kg/min輸出，然而三元和四元合金的輸出為23-30kg/min。
為了得到對(duì)于正電極帶的令人滿意的結(jié)果，應(yīng)將顆粒尺寸保持在大約100-300微米的范圍內(nèi)。很小的顆粒尺寸能夠?qū)е掠捎谪灤┎牧虾穸鹊南鄬?duì)較直的邊界通路而引起的顯著的垂直生長。很大的顆粒尺寸，即貫穿帶的厚度僅有1-2個(gè)顆粒，由于相同的原因能夠?qū)е峦瑯拥膯栴}。然而，由于負(fù)電極不受到鉛酸蓄電池的電化學(xué)特性而引起的腐蝕破壞的影響，所以在10-30微米的范圍中的小顆粒尺寸適于負(fù)合金帶。
在負(fù)極柵電極的生產(chǎn)中，為了增加極柵的機(jī)械強(qiáng)度，通常添加高水平的鈣。這使制造過程中的處理更方便。對(duì)于0.05至0.10wt％范圍內(nèi)的鈣添加水平，經(jīng)常在實(shí)際制造帶之前發(fā)生由于生產(chǎn)過程期間的氧化而引起的高水平的鈣損失。對(duì)于具有極細(xì)顆粒尺寸的擠壓帶，初始老化淬火比其他顆粒尺寸的快。處理在最初的2-3天期間是重要的。為了得到與具有0.08wt％鈣的持續(xù)澆鑄負(fù)帶相同的機(jī)械強(qiáng)度，有可能生產(chǎn)鈣水平較低(0.05-0.07wt％鈣)的擠壓帶。這將導(dǎo)致需要較少的合金元素，降低生產(chǎn)成本。而且，通過坩堝與擠壓機(jī)串聯(lián)的構(gòu)造，坩堝中鉛合金的氧化被最小化，從而將帶生產(chǎn)前的鈣損失最小化。
優(yōu)選的是高抗張強(qiáng)度合金，高鈣合金給出了最好的結(jié)果。于是，關(guān)鍵的操作參數(shù)是合金選擇和控制顆粒尺寸的淬火位置。
現(xiàn)在將參考下面的非限定性例子描述本發(fā)明的產(chǎn)品。下面具體描述了一個(gè)加速的測試，該測試具有從現(xiàn)有的持續(xù)澆鑄帶、滾卷帶或疊箱鑄型處理生產(chǎn)的適當(dāng)?shù)钠帘螏А?br> 使用期望的方法生產(chǎn)蓄電池尺寸極柵。赤裸的未粘貼的極柵在75℃被放置于包含1.270sg硫酸的電池中。典型的負(fù)合金的相反的負(fù)電極被放置在要測試的每個(gè)正極柵之間。典型地，每一個(gè)電池將容納4至16個(gè)用于測試的正極柵。向正極柵施加與水銀參考電極相對(duì)的恒定的200mV的過電勢(shì)。為了設(shè)置該電勢(shì)，使用通常為澆鑄的PbCaSnAg合金且被旋轉(zhuǎn)膨脹而膨脹的的控制極柵。這個(gè)測試運(yùn)行了20天，并且然后剝?nèi)O柵的腐蝕產(chǎn)物，還確定了總重量損失。然后對(duì)控制極柵作出腐蝕性能和垂直生長的比較。觀察了蓄電池中這種類型的加速裸極柵測試和粘貼的板極性能之間的正相關(guān)。
作出了與典型的滾卷產(chǎn)品和疊箱鑄型極柵的比較。實(shí)驗(yàn)室測試的結(jié)果在下列表中顯示。
例1確定最佳合金和顆粒尺寸對(duì)于不同的合金做了測試，并且每一種合金都是以不同的顆粒尺寸進(jìn)行測試，通過在脫離模具塊之后改變帶的淬火位置而完成測試，如圖6和表1所示。通過在標(biāo)準(zhǔn)電纜套管模式中運(yùn)行擠壓機(jī)而不將內(nèi)部冷卻至模具塊，還生產(chǎn)了在10-30微米范圍內(nèi)的很小的顆粒尺寸。
表1

例2從上述初始測試中，選擇合金C，即CaSnAg合金用于進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)。為了確定擠壓帶的顆粒尺寸的最佳范圍，改變顆粒尺寸。決定試驗(yàn)三個(gè)不同的顆粒尺寸，一個(gè)是很細(xì)的顆粒(20-30微米)，一個(gè)是大顆粒(400-500微米)，一個(gè)是介于這兩個(gè)極端值之間(100-300微米)某處的顆粒尺寸。
圖7中總結(jié)了該測試。
圖7中所示的所有數(shù)據(jù)都是多次重復(fù)測試的平均。每一測試都將由于周圍環(huán)境的改變以及每一測試期間電流和電壓的小波動(dòng)而輕微改變。
從圖7中可以看出，實(shí)際顆粒尺寸平均約為150微米的中間顆粒Pb 0.06Ca 1.5Sn 0.03Ag(正常)合金在該測試中最佳。
例3將這些結(jié)果與其他持續(xù)過程以及重疊箱鑄型極柵的結(jié)果相比較。圖8中總結(jié)了結(jié)果。
當(dāng)極柵生長與極柵質(zhì)量相比較時(shí)，擠壓帶是這些方法中最優(yōu)選的，極柵生長與蓄電池壽命直接相關(guān)，極柵質(zhì)量直接涉及蓄電池的制造成本以及蓄電池要放入的車輛的燃料消耗。
應(yīng)當(dāng)注意，盡管合金C是最優(yōu)選的，但是有很多中合金能夠?qū)τ谏a(chǎn)蓄電池電極所使用的帶提供可接受的結(jié)果，如圖6所示。
在SandelinTM中有可能生產(chǎn)顆粒尺寸在很廣范圍內(nèi)的很多種蓄電池合金。對(duì)于選擇合金C，并不對(duì)本發(fā)明的合金的范圍作出限定，而僅僅顯示了被認(rèn)為是最優(yōu)選的一種具有特定顆粒尺寸的特定的合金。
在隨后的圖中表明合金的老化也給人留下深刻印象，如圖5所示。
從該圖可以看出，擠壓帶的老化特性非常好。當(dāng)與相似合金的持續(xù)澆鑄和滾卷帶相比較時(shí)，有顯著的不同。擠壓帶比現(xiàn)有的持續(xù)澆鑄帶堅(jiān)固很多。現(xiàn)有的滾卷材料盡管最初比擠壓帶平均堅(jiān)固很多，而隨時(shí)間推移在張力上大大降低。相似合金的擠壓帶確實(shí)由達(dá)到的最大強(qiáng)度輕微降低；然而降低與滾卷帶中所顯示的下降相比要小。而且，顯然盡管細(xì)顆粒擠壓材料比中等顆粒尺寸的擠壓帶老化得略快，但是它隨時(shí)間推移總體上具有較低的強(qiáng)度。強(qiáng)度在最初的一至三天是相似的，然而數(shù)據(jù)顯示細(xì)顆粒尺寸材料在短期內(nèi)具有略高的強(qiáng)度。在這段時(shí)間期間，在制造中處理材料。于是，對(duì)于負(fù)合金帶，細(xì)顆粒尺寸將在制造和處理窗期間對(duì)材料增加一些所需的強(qiáng)度。
當(dāng)然，應(yīng)當(dāng)理解，可以在不脫離所附權(quán)利要求定義的本發(fā)明的范圍的前提下，對(duì)這里說明和描述的本發(fā)明的實(shí)施例中作出修改。
權(quán)利要求
1.一種生產(chǎn)用于蓄電池電極的鉛合金帶的方法，包括將鉛合金擠壓通過模具塊以生產(chǎn)具有期望形狀的擠出品，并迅速冷卻擠出品以得到在大約10至300微米范圍內(nèi)的鉛合金顆粒尺寸。
2.在如權(quán)利要求1的方法，在迅速冷卻擠出品之前將鉛合金擠壓成管擠出品形狀、切開并打開管、并將打開的管滾卷為平坦帶。
3.如權(quán)利要求1的方法，將鉛合金擠壓為平坦帶的形狀。
4.如權(quán)利要求1的方法，擠壓鉛合金以生產(chǎn)具有期望外形的擠出品。
5.如權(quán)利要求2或3的方法，在張力下迅速冷卻平坦帶，并將冷卻后的帶繞成盤管。
6.如權(quán)利要求2或3的方法，還包括利用旋轉(zhuǎn)膨脹將冷卻后的平坦帶切開并膨脹為膨脹的極柵。
7.如權(quán)利要求2或3的方法，還包括通過往復(fù)膨脹、沖壓、機(jī)加工、噴水切割、電火花切割或激光切割而將冷卻的平坦帶形成為膨脹的極柵。
8.如權(quán)利要求4的方法，在張力下迅速冷卻擠出品，并將冷卻后的擠出品繞成盤管。
9.如權(quán)利要求4的方法，還包括利用旋轉(zhuǎn)膨脹將冷卻后的擠出品切開并膨脹為膨脹的極柵。
10.如權(quán)利要求4的方法，還包括通過往復(fù)膨脹、沖壓、機(jī)加工、噴水切割、電火花切割或激光切割而將冷卻的擠出品形成為膨脹的極柵。
11.一種由如權(quán)利要求1至10中任一方法生產(chǎn)的用于蓄電池電極的擠壓鉛合金帶。
12.一種由權(quán)利要求6、7、9或10中任一方法生產(chǎn)的用作蓄電池電極的膨脹極柵。
13.一種具有由根據(jù)權(quán)利要求6、7、9或10中任一方法生產(chǎn)的多個(gè)蓄電池電極的鉛酸蓄電池。
全文摘要
一種通過在升高的溫度下擠壓鉛合金以生成具有期望的外形的鉛合金帶并迅速冷卻擠壓帶以得到期望的微結(jié)構(gòu)，而生產(chǎn)用于制造鉛－酸蓄電池的正負(fù)電極的鉛合金帶的方法。由鉛合金帶制成的蓄電池極柵減少了垂直生長并提高了抗蝕能力。
文檔編號(hào)H01M4/82GK1636289SQ02805544
公開日2005年7月6日 申請(qǐng)日期2002年2月20日 優(yōu)先權(quán)日2001年2月26日
發(fā)明者道格拉斯·G·克拉克, 肯尼斯·亨寧·呂納·古斯塔夫松, 德里克·威廉·拉賽爾, 阿爾伯特.M.文斯 申請(qǐng)人:泰克柯明柯金屬有限公司