专利名称：电动车用动力型密闭免维护铅酸蓄电池板栅合金材料的制作方法
随着人类环保意识的增强和石油资源的日趋枯竭，全世界对无污染电动汽车的需要急剧增加。美国加洲到2003年洲内出售各种品牌的汽车中必须是10％的无污染、无排放物的电动汽车。通用、福特等著名汽车公司相继推出试用型电动汽车，目前电池性能低是制约电动汽车快速发展的首要因素。美国成立USABC(美国先进电池联盟)联合三大汽车公司，投资2.6亿美元，希望能够研制出卓越的电池技术，以推动电动车的发展。
全世界广泛研究的能够在电动车上使用的电池目前认为有铅酸电池、镍镉电池、镍一氢化物电池、钠硫电池、燃料电池。而锂二次电池作为电动车电池普遍认为为时尚早。以上几种二次电池除铅的年产量为600万吨外，其它金属如镍年产量仅为60万吨，镉的年产量为2.5万吨，锂的生产更加有限，银锌电池从比能量和其它性能应该是一种很好的动力电源，但是银的全球产量仅为7500吨，很难满足民用化电动车的需求。钠硫电池虽然不存在料源问题，但无法保证其安全性。氢氧燃料电池特别是质子交换膜燃料电池，虽然氢氧来源无限，但电板需要采用贵重金属铂和钯，产量仅为20-30吨，所以目前为普及性的民用化电动车电池，铅酸电池是首选的，因此研制高性能的电动车用动力型密闭电池有着极为重要的意义。
众所同知密闭铅酸电池是铅酸电池革命性的进展，所依据的技术除氧循环理论的建立之外，是采用了析氢过电位高的板栅合金材料。而电动车用动力型电池是密闭电池中技术要求最高的电池。生产该电池的关键技术是提供一种优质的电池板栅材料，以满足电动车对电池的特殊需要。
本发明的目的就是要提出一种优质的电动车用动力型密闭电池的板栅合金材料，本发明的目的是这样实现的。在纯度为99.996％的Pb中加入05％Ca+0.01-0.4％A(其中A＝Na2S4或Na2S5)+0.01-0.9％Sn+0.01-0.2％Ti+0.001-0.08％Cu+0.01-0.5％Al+0.01-0.3％In众所同知，密闭铅酸电池的关键技术是提供析氢过电位为1.46V以上的板栅合金材料，而合金材料析氢过电位的影响因素是合金元素及含量，普通国际上通用的Pb-Ca-Sn-Al合金的析氢过电位为1.46-1.48V可以制作密闭电池。Ca的含量为0.08％，Sn的含量为0.3-0.6％，Al的含量为0.02-0.03％，目前国内外众多厂家都采用该合金材料。然而该材料存在着严重的缺陷第一，Ca含量为0.08％时，材料的机械材强度偏低，在制作大型电池时板栅的强度不够，如果将Ca含量提高，板栅的抗腐蚀性能，析氢过电位，尤其是表面腐蚀产物都发生较大的变化，严重地影响板栅的综合性能。在电池深度放电时，表面生成大量电阻值非常高的PbSO4阻挡层，而造成电池的“早期容量下降”。
Pb-Ca-Sn-Al合金的这一缺陷，严重制约了密闭电池的应用。如日本工业JISC8707-92标准的在75％放电深度条件下循环寿命仅为200次，如100％的放电深度，电池的循环寿命不到100次，用作电动车用动力型电池是不可能。如何克服Pb-Ca合金这一致命的缺陷，成为密闭电池能否应用于电动车动力电池的关键。本发明提出的新型板栅合金材料克服了Pb-Ca-Sn-Al合金的缺陷，使用该合金制作的密闭电池的各项指标可满足电动车对电池的需求。
用该合金材料制作的12V100AH电动汽车用动力型密闭电池板栅的布氏硬度为145.04N/mm2，抗拉强度为59.6N/mm2，析氢过电位为1.56V，电池的密闭反应效率为99.5％，电池1CA放电可达到54分钟，比日本工业JISC标准高出一倍，循环寿命在75％放电深度条件下达到980次，XPS分析证明板栅的表面腐蚀产物为PbO2不含PbSO4。
用合金材料制作的12V12AH电动助力车密闭电池板栅的机械性能布氏硬度为135.24N/mm2，抗拉强度为55.66N/mm2，析氢过电位为1.58V，电池的密闭反应效率为99.7％，电池的1CA放电达到58分钟，循环寿命设计为75％放电深度为300次，实际达到495次。产品推向市场，用户反映良好，实践证明该合金材料是电动车动力电池优质的板栅合金材料。
实施例1为确保合金元素在熔炼过程中烧损减少，采用真空熔炼炉，其中化学活性很强的Na和S用普通化学方法合成N2S5，或者从普通碱厂外购Na2S5成品，将Pb熔化升温到650±10℃，加入其它辅助材料，其材料的成份为Pb+0.05％Ca+0.1％Na2S5+0.6％Sn+0.01％Ti+0.02％Cu+0.02％Al+0.01％In实施例2为确保合金元素在熔炼过程中烧损减少，采用真空熔炼炉，其中化学活性很强的Na和S用普通化学方法合成N2S5，或者从普通碱厂外购Na2S5成品，将Pb熔化升温到650±10℃，加入其它辅助材料，其材料的成份为Pb+0.03％Ca+0.2％Na2S5+0.6％Sn+0.01％Ti+0.02％Cu+0.02％Al+0.01％In实施例3为确保合金元素在熔炼过程中烧损减少，采用真空熔炼炉，其中化学活性很强的Na和S用普通化学方法合成N2S5，或者从普通碱厂外购Na2S4成品，将Pb熔化升温到650±10℃，加入其它辅助材料，其材料的成份为Pb+0.03％Ca+0.2％Na2S4+0.6％Sn+0.01％Ti+0.02％Cu+0.02％Al+0.01％In实施例4为确保合金元素在熔炼过程中烧损减少，采用真空熔炼炉，其中化学活性很强的Na和S用普通化学方法合成N2S5，或者从普通碱厂外购Na2S5成品，将Pb熔化升温到650±10℃，加入其它辅助材料，其材料的成份为Pb+0.02％Ca+0.2％Na2S5+0.5％Sn+0.01％Ti+0.02％Cu+0.02％Al+0.01％In实施例5为确保合金元素在熔炼过程中烧损减少，采用真空熔炼炉，其中化学活性很强的Na和S用普通化学方法合成N2S5，或者从普通碱厂外购Na2S5成品，将Pb熔化升温到650±10℃，加入其它辅助材料，其材料的成份为Pb+0.05％Ca+0.12％Na2S5+0.6％Sn+0.01％Ti+0.2％Cu+0.02％Al+0.01％In实施例6为确保合金元素在熔炼过程中烧损减少，采用真空熔炼炉，其中化学活性很强的Na和S用普通化学方法合成N2S5，或者从普通碱厂外购Na2S5成品，将Pb熔化升温到650±10℃，加入其它辅助材料，其材料的成份为Pb+0.05％Ca+0.1％Na2S5+0.5％Sn+0.02％Ti+0.02％Cu+0.08％Al+0.02IN实施例7为确保合金元素在熔炼过程中烧损减少，采用真空熔炼炉，其中化学活性很强的Na和S用普通化学方法合成N2S5，或者从普通碱厂外购Na2S4成品，将Pb熔化升温到650±10℃，加入其它辅助材料，其材料的成份为Pb+0.02％Ca+0.3％Na2S4+0.6％Sn+0.02％Ti+0.03％Ca+0.03％Al+0.03％In实施例8为确保合金元素在熔炼过程中烧损减少，采用真空熔炼炉，其中化学活性很强的Na和S用普通化学方法合成N2S5，或者从普通碱厂外购Na2S4成品，将Pb熔化升温到650±10℃，加入其它辅助材料，其材料的成份为Pb+0.01％Ca+0.4％Na2S4+0.01％Sn+0.01％Ti+0.001％Cu+0.01％Al+0.01％In实施例9为确保合金元素在熔炼过程中烧损减少，采用真空熔炼炉，其中化学活性很强的Na和S用普通化学方法合成N2S5，或者从普通碱厂外购Na2S4成品，将Pb熔化升温到650±10℃，加入其它辅助材料，其材料的成份为Pb+0.5％Ca+0.01％Na2S4+0.9％Sn+0.2％Ti+0.08％Cu+0.5％Al+0.3％In实施例10为确保合金元素在熔炼过程中烧损减少，采用真空熔炼炉，其中化学活性很强的Na和S用普通化学方法合成N2S5，或者从普通碱厂外购Na2S5成品，将Pb熔化升温到650±10℃，加入其它辅助材料，其材料的成份为Pb+0.01％Ca+0.4％Na2S5+0.01％Sn+0.01％Ti+0.001％Cu+0.01％Al+0.01％In实施例11为确保合金元素在熔炼过程中烧损减少，采用真空熔炼炉，其中化学活性很强的Na和S用普通化学方法合成N2S5，或者从普通碱厂外购Na2S5成品，将Pb熔化升温到650±10℃，加入其它辅助材料，其材料的成份为Pb+0.5％Ca+0.01％Na2S5+0.9％Sn+0.2％Ti+0.08％Cu+0.5％Al+0.1％In
权利要求
1.本发明提出一种电动车用动力型全密闭免维护铅酸蓄电池板栅合金材料，其特征在于该合金材料的组成为Pb+0.01～0.05％Ca+0.01-0.4％A+0.01-0.9％Sn+0.01-0.2％Ti+0.001-0.08％Cu+0.01-0.5％Al+0.01-0.3％In，其中A为Na2S4或Na2S5。该合金的制备方法是首先将Na和S用普通化学方法反应生成Na2S4或Na2S5化合物作为合金的复合强化剂。
2.按照权利要求1所述的合金材料其特征在于该合金材料的组成为Pb+0.01～0.03％Ca+0.05-0.4％Na2S4+0.6％Sn+0.02％Ti+0.03％Cu+0.03％Al+0.03％In该合金的制备是将Na和S用普通化学方法合成为Na2S4作为该合金的复合强化剂。
3.按照权利要求1所述的合金材料其特征在于该合金材料的组成为Pb+0.03％Ca+0.02-0.4％Na2S4+0.5％Ti+0.02％Cu+0.08％Al+0.02％In该合金的制备方法是将活性很强的Na和S，用普通化学方法合成Na2S4作为该合金材料的复合强化剂。
4.按照权利要求书2所述的合金材料其特征在于该合金材料的组成为Pb+0.02％Ca+0.3％Na2S4+0.6％Sn+0.02％Ti+0.03％Al+0.03％In其制备方法是将Na和S元素用普通化学方法合成为Na2S4作为该合金材料的复合强化剂。
5.按照权利要求书3所述的合金材料其特征在于该合金材料的组成为Pb+0.05％Ca+0.1％Na2S4+0.5％Sn+0.02％Cu+0.08％Al+0.02％In其制备工艺是将Na和S按普通化学方法制成Na2S4作为合金材料的复合强化剂。
6.按照权利要求书1所述的合金材料其特征在于该合金材料的组成为Pb+0.05％Ca+0.12％Na2S5+0.6％Sn+0.01％Ti+0.02％Cu+0.02％Al+0.01％In其制备工艺是将Na和S按普通化学方法合成Na2S5作为材料的复合强化剂。
7.按照权利要求书1所述合金材料其特征在于该合金材料的组成为Pb+0.02％Ca+0.2％Na2S5+0.5％Sn+0.01％Ti+0.02％Cu+0.02％Al+0.01％In其制备工艺是将Na和S按普通化学方法制成Na2S5作为材料的复合强化剂。
8.按照权利要求书1所述的合金材料，其特征在于该合金材料的组成为Pb+0.03％Ca+0.2％Na2S4+0.6％Sn+0.01％Ti+0.02％Cu+0.02％Al+0.01％In其制备工艺是将Na和S按普通化学方法制成Na2S4作为材料的复合强化剂。
9.按照权利要求书1所述的合金材料，其特征在于该合金材料的组成为Pb+0.03％Ca+0.2％Na2S5+0.6％Sn+0.01％Ti+0.02％Ca+0.02％Al+0.01％In其制备方法是将Na和S按普通化学方法制成Na2S5作为材料的复合强化剂。
10.按照权利要求书1所述的合金材料，其特征在于该合金材料的组成为Pb+0.05％Ca+0.1％Na2S5+0.6％Sn+0.01％Ti+0.02％Cu+0.02％Al+0.01％In其制备方法是将Na和S按普通化学方法制成Na2S5作为材料的复合强化剂。
全文摘要
本发明提出一种电动车用动力型密闭铅酸蓄电池的板栅合金材料。其特点是该合金材料的电阻比普通板栅合金材料低30%,对电动车动力型电池长时间高倍率放电条件下工作是十分有利的。该合金材料的布氏硬度为145.04N/mm
文档编号H01M4/68GK1267097SQ00105490
公开日2000年9月20日 申请日期2000年4月3日 优先权日2000年4月3日
发明者陈有孝, 李柠 申请人:陈有孝, 烟台泰富新能源有限公司