[发明专利]铅合金、电极和蓄电池

说明书

本发明涉及一种铅合金，尤其是电极板栅合金，其包含铅、0.04wt.％‑0.08wt.％的钙和0.003wt.％‑0.025wt.％的至少一种稀土金属，所述至少一种稀土金属是钇。本发明还涉及：根据本发明的铅合金的用途；具有至少部分地由至少一种根据本发明的铅合金形成的电极框架的电极；以及具有根据本发明的电极的铅酸蓄电池。

技术领域

本发明涉及：包括至少一种稀土金属的铅合金；根据本发明的铅合金的用途；包括电极框架的电极，所述电极框架至少部分地由根据本发明的铅合金中的一种组成；以及包括根据本发明的电极的铅酸蓄电池。

背景技术

在现有技术中，铅合金作为在铅酸蓄电池中使用的电极框架的材料基本上是公知的。电极大多具有固定的电极框架，以接收糊状活性电极物质。电极框架通常被设计成电极板栅。然而，其它形式的电极框架也可以从现有技术中获知。不论电极框架的最终形式如何，铅合金通常被称为电极板栅合金。

铅合金的选择受多种因素的影响。一方面，铅合金必须能够以经济合理的方式被加工成电极框架。再者，铅合金必须具有较好的机械稳定性，以便在蓄电池的整个使用寿命期间能够支撑得起其本身较高的重量和电极物质的重量。此外，当按预期在铅酸蓄电池中使用时，电极框架一方面始终与高腐蚀性电解质接触，另一方面还与活性电极物质的腐蚀性成分接触。因此，除了上述特性外，铅合金还必须是耐腐蚀的。

在本文中，例如，含有铅-钙-铈的合金从文献US 2,860,969 A中获知。该文献关注的是消除铅-锑合金作为电极板栅材料的缺点。锑最初用于铅合金中以赋予合金机械稳定性。具体提出的含有PbCaSnCe的合金提供钙作为锑的替代物，以提供必要的机械稳定性并防止锑由于正极板栅腐蚀而沉积在负极板上。众所周知，锑对负活性物质的污染会通过负极板的电解和硫酸化而导致水损失的增加。

相反，合金中的组分铈用于通过晶粒尺寸的细化来改善腐蚀性能。晶粒粗大结构的板栅具有由少量晶粒组成的腹板和框架。在这种情况下，晶界处的腐蚀会迅速深入渗透到腹板或框架中。这种晶间腐蚀通常会导致板栅过早解体。

然而，上述合金制成的电极框架具有在正常运行期间容易发生板栅生长的缺点，这可能导致正极板栅物质的键合受损，并最终导致相当大的蓄电池容量损失。板栅生长现象是板栅合金的抗蠕变性随着时间的推移而逐渐减弱的结果。这种机械强度的不可逆转的损失也被称为“老化”。在这些条件下，腐蚀层厚度的增加会产生导致板栅腹板和框架显著延长的轴向力。

发明内容

因此，本发明是基于提供合金的复杂技术目的的，该合金适合作为电极框架的材料，即，该合金在工业生产中可以被经济地加工，且具有足够的机械稳定性和耐腐蚀性，并且在铅酸蓄电池中的运行期间还至少具有针对板栅生长的减缓趋势的作用。

为了实现这个目的，本发明提出了一种铅合金，该铅合金包括铅、0.03wt.％-0.09wt.％的钙以及0.003wt.％-0.025wt.％的至少一种稀土金属，所述至少一种稀土金属是钇。

就本发明而言，“稀土金属”包括镧系元素的金属和元素周期表中第Ⅲ族副族元素钪和钇的金属。“铅合金”是指含铅重量占主要比例的那种类型的合金组合物。具体的其它潜在合金组分与主要组分铅共计100wt.％。

根据本发明的铅合金的特点在于这样的创造性构思，即利用具体成分中的铅和稀土金属的组合的协同效应来获得合金，该合金相比现有技术中已知的铅合金表现出更少的板栅生长。

在这种情况下，令人惊讶地表明，通过选择合适的稀土金属作为合金组分，可以在含钙的铅合金的预期使用期间减少含钙的铅合金的板栅生长。研究发现，对于含钙的铅合金，这种效果可以通过稀土金属钇来很大程度地实现。在这种特殊的合金组合物中，钇一方面通过晶粒细化来提高耐腐蚀性，并且另一方面抑制由钙组分引起的板栅生长趋势，从而展现了之前未被认识到的双重效应。