本發(fā)明涉及鉛酸蓄電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及鉛酸蓄電池極板板柵。
技術(shù)背景
板柵在蓄電池中的作用有三個(gè)方面：一是作為活性物質(zhì)的載體起著骨架支撐和粘附活性物質(zhì)的作用；二是作為電流的傳導(dǎo)體起著集流、匯流和輸流的作用；三是作為極板的均流體起著使電流均勻分布到活性物質(zhì)中的作用。
目前生產(chǎn)上使用的制作板柵的合金有三類：一類是傳統(tǒng)的鉛銻合金，銻的含量在4％～7％質(zhì)量分?jǐn)?shù)；一類是低銻或超低銻合金，銻的含量在2％質(zhì)量分?jǐn)?shù)或者低于1％質(zhì)量分?jǐn)?shù)；一類是鉛鈣系列，實(shí)際為鉛-鈣-錫-鋁四元合金，鈣的含量在0.06％～0.1％質(zhì)量分?jǐn)?shù)。上述合金鑄成的正極板柵，在蓄電池充電過程中都會(huì)被氧化成硫酸鉛和二氧化鉛，最后導(dǎo)致喪失支撐活性物質(zhì)的作用而使電池失效；或者由于二氧化鉛腐蝕層的形成，使鉛合金產(chǎn)生應(yīng)力，使板柵長(zhǎng)大變形，這種變形超過4％時(shí)將使極板整體遭到破壞，活性物質(zhì)與板柵接觸不良而脫落，或在匯流排處短路。
鉛酸蓄電池經(jīng)歷一百多年的發(fā)展，雖然其技術(shù)在各個(gè)方面取得了很大突破，但還存在許多不足，體積大、重量重、活性物質(zhì)利用率低、質(zhì)量比能量低(30-40wh/kg)是其最突出的不足和缺點(diǎn)。從鉛酸蓄電池的組成結(jié)構(gòu)來看，傳統(tǒng)鉛酸蓄電池的正負(fù)板柵主要由密度較大的鉛合金構(gòu)成，增加了鉛酸電池自身的重量，板柵中的鉛相當(dāng)一部分只是充當(dāng)支撐和匯流的作用，并不參與電池自身充放電的作用，因此影響鉛酸電池的比能量。
鋁及其合金價(jià)格便宜，密度低，但強(qiáng)度高，塑性好，可加工成各種型材，具備良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和耐蝕性，作為鉛酸電池板柵材料能夠有效提升電池的各項(xiàng)性能。但是金屬鋁是一種十分活撥的金屬，表面形成的三氧化二鋁是一種兩性氧化物，在硫酸溶液中不耐腐燭。因此，金屬鋁作為板柵基體的關(guān)鍵在于能否在其表面覆蓋一層與基底結(jié)合牢固、結(jié)構(gòu)完整的保護(hù)層來阻斷電解液的腐蝕。
近年來，針對(duì)鉛酸蓄電池用鋁基輕型板柵的研究很多，如中國(guó)專利201310730624.4采用重力澆鑄法制備鋁合金柵格并在其表面鍍銀后，與鉛錫合金制備的邊框進(jìn)行嵌入式配合作為板柵材料。中國(guó)專利201010524211.7以鈦或鈦合金或銅或銅合金或鋁或鋁合金粉末或板材為基底，將基底添加二種或二種以上特定物質(zhì)的粉末經(jīng)軋制成型獲得鉛酸蓄電池輕質(zhì)板柵。中國(guó)專利201120070374.2使用有無數(shù)附有碳纖維材料的蜂巢式孔穴鋁箔蜂巢板柵，在孔穴內(nèi)填滿鉛膏，用做鉛酸蓄電池極板。中國(guó)專利201310467238.0用碳、鋁或?qū)щ姾辖鹬瞥砂鍠?，將鉛或鉛合金噴涂在板柵表面后強(qiáng)力擠壓或直接用薄鉛板強(qiáng)力擠壓包覆在板柵表面，制備輕型板柵。中國(guó)專利201110310109.1使用多孔鋁或鋁合金為基體，經(jīng)預(yù)處理后采用熔鹽化學(xué)鍍鉛及金屬浴工藝處理，獲得鉛酸電池用高比表面積多孔鋁基輕質(zhì)板柵等。但這些專利技術(shù)在操作便利性、制備成本及鋁鉛結(jié)合性能等方面都存在不足。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種鍍鉛層在鋁合金基底上結(jié)合力強(qiáng)、板柵重量輕、比能量較高的鉛酸蓄電池用輕型板柵及其制備方法。
本發(fā)明的目的通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：
一種鉛酸蓄電池用輕型板柵及其制備方法，包括鋁合金板柵、采用電鍍或化學(xué)鍍方法鍍?cè)阡X合金板柵表面的鍍鎳層、采用電鍍方法鍍?cè)阱冩噷颖砻娴腻冦U層。
本發(fā)明所述鋁合金板柵為網(wǎng)狀板柵或輻射狀板柵或方格狀板柵。所述采用電鍍方法將鍍鎳層鍍?cè)阡X合金板柵表面的技術(shù)參數(shù)為：電鍍鎳液成分為niso4·6h2o50～70g/l、檸檬酸三鈉80～110g/l、h3bo35～8g/l、nacl8～10g/l、na2so435～45g/l、明膠0.3～0.5g/l，以鋁合金板柵為陰極，單側(cè)面積接近的鎳板為陽(yáng)極，施鍍溫度30～45℃，電流密度1～3adm-2，電鍍時(shí)間30min～50min。所述采用化學(xué)鍍方法將鍍鎳層鍍?cè)阡X合金板柵表面的技術(shù)參數(shù)為：化學(xué)鍍鎳液成分為niso4·6h2o20～50g/l、次亞磷酸鈉20～35g/l、乳酸15～30ml/l、丁二酸1～3g/l、檸檬酸三鈉1～3g/l、光亮劑1ml/l、穩(wěn)定劑0.5g/l，加入氨水調(diào)節(jié)ph值到4.4～4.6，施鍍溫度85℃～90℃，化學(xué)鍍時(shí)間1h～2h。所述光亮劑成分為1,4-丁炔二醇450～510g/l、環(huán)氧氯丙烷130～160g/l、對(duì)甲苯磺酰胺3～5g/l、氫氧化鈉30～40g/l；穩(wěn)定劑為次亞硫酸鈉或硫脲或氯化鉛。所述鍍鉛層成分為純鉛或錫含量為0～5％的鉛錫合金；鍍鉛層采用甲基磺酸體系或氟硼酸體系電鍍方法獲得；所述甲基磺酸體系電鍍技術(shù)參數(shù)為：電鍍鉛液成分為甲基磺酸80～120ml/l、甲基磺酸鉛150～200g/l、0～50g/lsn2+、酒石酸鉀鈉2～5g/l、添加劑0.5～5g/l、ph＝1～1.5，施鍍溫度40℃，電流密度3adm-2，電鍍時(shí)間3～7h；所述氟硼酸體系電鍍技術(shù)參數(shù)為：電鍍鉛液成分為氟硼酸190～220ml/l、硼酸15～20g/l、醋酸鉛180～220g/l、氟硼酸亞錫0～30g/l、明膠1g/l、硫脲0.2g/l，施鍍溫度40℃，電流密度3adm-2，電鍍時(shí)間4～7h。所述添加劑為聚乙二醇或?qū)Ρ蕉印Ｋ鲣X合金板柵的厚度為1mm～2mm，鍍鎳層厚度為10μm～50μm，鍍鉛層厚度為0.1mm～0.5mm。
本發(fā)明的鋁基輕型板柵材料可用于制作蓄電池正負(fù)極板，與傳統(tǒng)的鉛合金板柵相比，本發(fā)明中基底鋁的加入可大幅提高板柵性能，并且可減少鉛的用量，由此減輕蓄電池的重量。鍍鎳層與鋁合金板柵基底結(jié)合牢固，形成結(jié)構(gòu)完整的保護(hù)層，可大幅提高蓄電池的質(zhì)量比能量及放電容量。本發(fā)明的輕型板柵制備工序簡(jiǎn)單，制備成本低，經(jīng)久耐用，可用作大容量、高功率輸出和長(zhǎng)循環(huán)壽命的極板。
附圖說明
圖1是本發(fā)明鉛酸蓄電池用輕型板柵的剖面圖。
具體實(shí)施方式
如圖1所示，本發(fā)明的鉛酸蓄電池用輕型板柵包括鋁合金板柵1、采用電鍍或化學(xué)鍍方法鍍?cè)阡X合金板柵表面的鍍鎳層2、采用電鍍方法鍍?cè)阱冩噷颖砻娴腻冦U層3。
實(shí)施例一：將網(wǎng)狀鋁合金板柵置于電鍍鎳液中進(jìn)行電鍍，電鍍鎳液成分為niso4·6h2o70g/l、檸檬酸三鈉90g/l、h3bo35g/l、nacl10g/l、na2so440g/l、明膠0.45g/l，以鋁合金板柵為陰極，單側(cè)面積接近的鎳板為陽(yáng)極，施鍍溫度40℃，電流密度2adm-2，電鍍時(shí)間30min，鍍鎳完畢后用清水洗凈烘干，將鍍鎳后的板柵再置于甲基磺酸體系鍍鉛，電鍍鉛液成分為甲基磺酸120ml/l、甲基磺酸鉛200g/l、酒石酸鉀鈉2g/l、聚乙二醇0.5g/l，ph＝1～1.2，施鍍溫度40℃，按電流密度3adm-2電鍍7h，獲得表面為純鉛鍍層的鉛酸蓄電池用輕型板柵。鋁合金板柵的厚度為1mm，鍍鎳層厚度為10μm，純鉛鍍層厚度為0.1mm。
實(shí)施例二：將輻射狀鋁合金板柵置于電鍍鎳液中電鍍50min，電鍍鎳液成分為niso4·6h2o60g/l、檸檬酸三鈉110g/l、h3bo37g/l、nacl8g/l、na2so445g/l、明膠0.5g/l，以鋁合金板柵為陰極，單側(cè)面積接近的鎳板為陽(yáng)極，施鍍溫度45℃，電流密度1adm-2，電鍍時(shí)間40min，鍍鎳完畢后用清水洗凈烘干。將鍍鎳后的板柵再置于甲基磺酸體系電鍍鍍鉛，電鍍鉛液成分為甲基磺酸90ml/l、甲基磺酸鉛150g/l、20g/lsn2+、酒石酸鉀鈉4g/l，對(duì)苯二酚1.5g/l，ph＝1～1.5，施鍍溫度40℃，按電流密度3adm-2電鍍5h，獲得表面鍍鉛層為含錫1.73％的鉛錫合金的鉛酸蓄電池用輕型板柵。鋁合金板柵的厚度為2mm，鍍鎳層厚度為30μm，鉛錫合金鍍層厚度為0.3mm。
實(shí)施例三：將方格狀鋁合金板柵置于電鍍鎳液中電鍍40min，電鍍鎳液成分為niso4·6h2o50g/l、檸檬酸三鈉80g/l、h3bo38g/l、nacl9g/l、na2so435g/l、明膠0.3g/l，以鋁合金板柵為陰極，單側(cè)面積接近的鎳板為陽(yáng)極，施鍍溫度30℃，電流密度3adm-2，電鍍時(shí)間50min，鍍鎳完畢后用清水洗凈烘干。。將鍍鎳后的板柵再置于甲基磺酸體系電鍍鍍鉛，電鍍鉛液成分為甲基磺酸80ml/l、甲基磺酸鉛180g/l、50g/lsn2+、酒石酸鉀鈉5g/l，聚乙二醇5g/l，ph＝1.2～1.5，施鍍溫度40℃，按電流密度3adm-2電鍍3h，獲得表面鍍鉛層為含錫5％的鉛錫合金的鉛酸蓄電池用輕型板柵。鋁合金板柵的厚度為1.5mm，鍍鎳層厚度為20μm，鉛錫合金鍍層厚度為0.5mm。
實(shí)施例四：將方格狀鋁合金板柵置于化學(xué)鍍鎳液中，溫度為90℃時(shí)化學(xué)鍍1小時(shí)，化學(xué)鍍鎳液成分為niso4·6h2o30g/l、次亞磷酸鈉30g/l、乳酸24ml/l、丁二酸2g/l、檸檬酸三鈉1g/l、光亮劑1ml/l(光亮劑成分為1,4-丁炔二醇480g/l，環(huán)氧氯丙烷130g/l，對(duì)甲苯磺酰胺5g/l，氫氧化鈉40g/l)、次亞硫酸鈉0.5g/l，加入氨水調(diào)節(jié)ph值到4.4～4.6?；瘜W(xué)鍍完成后用清水洗凈后烘干。將鍍鎳后的板柵再置于甲基磺酸體系電鍍鍍鉛，鍍鉛方法與實(shí)施例二相同，獲得表面鍍層為鉛錫合金的鉛酸蓄電池用輕型板柵。鋁合金板柵的厚度為1.5mm，鍍鎳層厚度為25μm，鉛錫合金鍍層厚度為0.4mm。
實(shí)施例五：將輻射狀鋁合金板柵置于化學(xué)鍍鎳液中，溫度為85℃時(shí)化學(xué)鍍2小時(shí)，化學(xué)鍍鎳液成分為niso4·6h2o50g/l、次亞磷酸鈉20g/l、乳酸30ml/l、丁二酸3g/l、檸檬酸三鈉3g/l、光亮劑1ml/l(光亮劑成分為1,4-丁炔二醇510g/l，環(huán)氧氯丙烷150g/l，對(duì)甲苯磺酰胺3g/l，氫氧化鈉30g/l)、硫脲0.5g/l，加入氨水調(diào)節(jié)ph值到4.4～4.6?；瘜W(xué)鍍完成后用清水洗凈后烘干。將鍍鎳后的板柵置于氟硼酸體系電鍍鍍鉛，電鍍鉛液成分為氟硼酸220ml/l、硼酸20g/l、醋酸鉛180g/l、氟硼酸亞錫20g/l、明膠1g/l，硫脲0.2g/l，施鍍溫度40℃，按電流密度3adm-2電鍍6h，獲得表面鍍層為含錫量2.07％的鉛錫合金鍍鉛層的鉛酸蓄電池用輕型板柵。鋁合金板柵的厚度為2mm，鍍鎳層厚度為40μm，鉛錫合金鍍層厚度為0.4mm。
實(shí)施例六：將方格狀鋁合金板柵置于化學(xué)鍍鎳液中，溫度為88℃時(shí)化學(xué)鍍1.5小時(shí)，化學(xué)鍍鎳液成分同實(shí)施例四。將鍍鎳后的板柵置于氟硼酸體系電鍍鍍鉛，電鍍鉛液成分為氟硼酸190ml/l、硼酸18g/l、醋酸鉛200g/l、氟硼酸亞錫30g/l、明膠1g/l，硫脲0.2g/l，施鍍溫度40℃，按電流密度3adm-2電鍍4h，獲得表面鍍層為含錫量為1.94％的鉛錫合金鍍鉛層的鉛酸蓄電池用輕型板柵。鋁合金板柵的厚度為1.5mm，鍍鎳層厚度為30μm，鉛錫合金鍍層厚度為0.3mm。
實(shí)施例七：將網(wǎng)狀鋁合金板柵置于化學(xué)鍍鎳液中，溫度為90℃時(shí)化學(xué)鍍1.5小時(shí)，化學(xué)鍍鎳液成分為niso4·6h2o20g/l、次亞磷酸鈉35g/l、乳酸15ml/l、丁二酸1g/l、檸檬酸三鈉2g/l、光亮劑1ml/l(光亮劑成分為1,4-丁炔二醇450g/l，環(huán)氧氯丙烷160g/l，對(duì)甲苯磺酰胺4g/l，氫氧化鈉35g/l)、氯化鉛0.5g/l，加入氨水調(diào)節(jié)ph值到4.4～4.6?；瘜W(xué)鍍完成后用清水洗凈后烘干。將鍍鎳后的板柵置于氟硼酸體系電鍍鍍鉛，電鍍鉛液成分為氟硼酸200ml/l、硼酸15g/l、醋酸鉛220g/l、明膠1g/l，硫脲0.2g/l，施鍍溫度40℃，按電流密度3adm-2電鍍7h，獲得表面鍍層為純鉛的鉛酸蓄電池用輕型板柵。鋁合金板柵的厚度為1.5mm，鍍鎳層厚度為40μm，鍍鉛層厚度為0.4mm。