[发明专利]一种铅酸电池用铝基轻型板栅及其制备方法

说明书

技术领域

本发明公开了一种铅酸电池用铝基轻型板栅及其制备方法，涉及铅酸电池、化学镀、复合材料等领域，特别涉及一种高比表面积多孔铝及铝合金轻型板栅及其表面铅镀层制备技术。

背景技术

铅酸蓄电池最早是由盖斯腾·普朗特于1859年发明的，经历150多年而不衰。由于其在大电流放电性能、浮充寿命、自放电、原材料、回收率及经济性等方面都占有优势，在镍-镉电池、镍-氢电池、锂离子电池等新型电池相继上市的几十年中，仍能牢固地占据大部分市场份额。

然而，铅酸电池由于比能量低和寿命不长的缺点限制其应用领域的拓展，科研工作者拟采用重量轻、耐腐蚀和导电性能好的轻型板栅改进铅酸电池比能量低和寿命不长的技术瓶颈。

专利200920087021.6采用碳作为板栅基体材料，在材料基体上电镀铅镀层后，作为板栅材料。专利201010166314.0采用三维结构泡沫碳作骨架，在材料基体上电镀铅镀层后，作为板栅材料。专利200810068869.4将泡沫塑料金属化后电镀，制备成塑料基泡沫板栅。专利03132621.8公开了一种泡沫铜基轻型板栅，采用泡沫铜作为板栅基体，再将泡沫铜浸入铅或铅合金中热浸镀一定时间即可。专利200420069193.8提供了一种复合式板栅，将传统板栅与铅布复合。专利200910219598.2采用孔隙率大于83％的泡沫Ti-0.2Pd合金作为板栅基体，先镀覆过镀层金属铜和锡后，在过渡层上浸镀或电镀铅镀层，即可制得钛基轻型板栅。专利200610110234.7采用三维网状结构泡沫钛为基架，电镀铅或二氧化铅作为正极或负极板栅。从上可知，新型铅酸电池板栅材料从材质上分为金属材料和非金属材料两种，非金属材料由于导电性较差，机械强度不高，较难作为板栅材料，而已公开的金属材料主要为铜、钛，两者虽然导电性和机械强度都能满足铅酸电池的要求，但金属铜、钛价格昂贵，且铜若溶解进入电解液将严重危害电池的性能。因此，都不是理想的板栅材料。

金属铝及其合金价格便宜，导电性优良，机械强度高，密度小，且在硫酸溶液中可以钝化，即使铝离子进入电解液也对电池性能影响小，是一种较理想的铅酸电池板栅材料。但是，金属Al若直接与电解液接触会生成Al₂O₃为绝缘体，增加电池内阻，故需要在表面镀制Pb或Pb合金保护层。然而金属Al与Pb在热力学体系中被划分为难混溶体系，而且金属Al在空气中极易形成一层致密的氧化物薄膜，问题的关键在于如何能够在Al基体表面形成一层致密、无孔、与基体结合力良好的Pb镀层。

传统的铝表面镀铅工艺，一般需要先在铝基体表面镀制过渡层，如专利200710065927.3公布了一种铅-铝复合阳极板的制备方法，利用浸渍的方法在铝板表面预先镀一层其它金属(如：Ag、Mg、Sr、Zn或Sn)。专利01135605.7公布了一种铅镀轻型高导板栅的生产方法，需要在铝板表面预先浸镀锌或铜作为过渡层。专利200910094290.X公布了一种铝及铝合金表面直接电镀铅的方法，铝基体在镀铅之前要经过机械打磨、除油、碱蚀、酸洗工序，且在碱蚀和酸洗工序之间还有电净、活化工序。虽然此法省去了预镀过渡层的步骤，但所需的预处理步骤多而复杂，且只能得到纯铅镀层，不利于其实际应用。而且本发明铝板栅为多孔状，电镀的方法很难获得厚度均匀、覆盖完整的铅镀层。

发明内容

本发明针对现有铅酸电池用板栅材料以及金属铝表面镀铅工艺的不足，提供了一种铅酸电池用高比表面积多孔铝基轻质板栅及其制备方法。

本发明一种铅酸电池用高比表面积多孔铝基轻质板栅，包括多孔铝或铝合金(Al-Me)基体和铅或铅合金(Pb-Me’)保护层。

本发明一种铅酸电池用高比表面积多孔铝基轻质板栅中，所述铝或铝合金(Al-Me)基体为具有高比表面积的泡沫铝或泡沫铝与致密铝合金的复合结构；所述泡沫铝的孔径为0.1～2mm，孔结构为通孔，以保证板栅由传统的二维变为三维，有利于提高活性物质利用率。

本发明一种铅酸电池用高比表面积多孔铝基轻质板栅中，所述铝或铝合金(Al-Me)基体中合金元素Me为Cu、Mg、Sn、Si、Mn、Zn、Na、Fe、Ti中的至少一种，Me的质量百分含量为0～15％；这些合金元素可以促进Al基体与Pb镀层之间形成过渡层，产生冶金结合。