稀土材料 | 稀土铅酸蓄电池铅基板栅合金材料

迄今为止，铅酸蓄电池以其较大的实用性、较高的性价比，在化学电源应用中仍然占据重要地位，其产量约占化学电源总量的60％以上。随着电力、通信事业的发展，特别是电动自行车、电动摩托车等电动交通工具的需求，铅酸蓄电池显示出愈来愈大的应用前景。

通常铅酸蓄电池板栅采用的是Pb-Sb和Pb-Ca合金。Pb-Sb合金长期用作板栅材料是由于它良好的硬度和抗拉、抗张强度以及优越的浇铸性能，合金中的锑促进了板栅与活性物质的结合，提高了正极充放电容量，特别是增强了正极耐过放电能力，延长了电池深放电的使用寿命。

但在充放电过程中转移到负极板上的锑会造成氢过电位的降低，引起大量失水和自放电，而不能用于少维护和免维护电池。过充时，还会逸出有毒气体，而且，正极板栅腐蚀速率随锑含量的增加而增加。Pb-Ca合金随密封式免维护电池的推广得以广泛应用。采用铅钙合金做板栅材料的铅酸电池低温启动性能好，失水性能良好，自放电小，但循环寿命差，尤其是需要深循环时，再充接受能力较差，易发生早期容量损失。

稀土铅基（Pb-RE）板栅合金具有Pb-Sb和Pb-Ca合金的优点，同时能克服这两大系列合金的不足，而且无环境危害。稀土铅基板栅合金可望成为能满足新型铅酸蓄电池高性能指标要求的第三系合金。

稀土在铅酸蓄电池铅基板栅合金中的应用，有以下三方面的优势和特点：（1）能大幅度提高铅酸蓄电池的性能指标，降低生产成本，延长使用寿命2～3倍；（2）可避免铅酸蓄电池现有板栅合金中镉、砷等有害元素的使用，有效保护环境；（3）能拓展稀土的应用领域，充分利用我国稀土资源的优势。

作为铅酸蓄电池的板栅合金，尤其是正极板栅合金，要满足以下性能要求：

（1）力学性能。板栅合金必须有足够的硬度和强度以承受制造过程中及随后的电池工作期间的机械作用和所遭受的各种变形。

（2）耐腐蚀性能。板栅合金应具有良好的耐腐蚀性，它的结构和组织应能抵抗充放电或搁置期间电解液的腐蚀。

（3）活性物质和板栅之间的机械接触和电接触。板栅合金应能与活性物质接触，即通过机械化学的、化学的或电化学的作用使得板栅和活性物质之间存在良好的“裹附力”。板栅的结构应不妨碍活性物质的膨胀、收缩，不然就容易使板栅变形，从而导致活性物质的脱落或龟裂和翘曲。

（4）导电能力。板栅合金本身的电阻要小，以便加强极板的导电能力和使电流均匀分布的能力。此外，合金中的添加剂不能对上述性能产生有害的影响，即合金被氧化的成分既不能增加电流传导方向上氧化物腐蚀层的电阻，也不能有助于活性物质钝化。

（5）铸造性能。如果板栅是通过浇铸而制造的，则合金必须具有良好的铸造性能。因此，在具备采用铸片机高速生产的条件下，当模具温度低于熔融金属的温度时，模腔必须被熔融合金所充满。

（6）优良的可焊性。因为在电池装配过程中，正极群和负极群是通过正极板的和负极板分别焊接而成的，因此，板栅合金必须有良好的焊接性能。

（7）成本及价格。低含量的、且价值不贵的添加剂可用于标准合金生产中以保证板栅的价格不至过高，同时这些添加剂还必须满足高效率的生产技术。

除此之外，还应该注意到其他的物理和化学性能也会影响到制造板栅的工艺性，诸如抗蠕变性、结晶结构、韧性及流动性以及在合金与二氧化铅界面产生的不良导电膜等都能导致蓄电池使用期限的缩短。目前广泛使用的Pb-Sb和Pb-Ca 两大系列合金均无法完全满足上述性能要求，特别是现有板栅合金中存在的镉、砷等添加元素具有较大的环境危害性，迫切需要开发出一种能满足免维护、高功率、能深放电、长寿命、充电接受能力强以及低成本、绿色环保的铅酸蓄电池板栅材料。

稀土元素与铅的原子半径和电负性相近，晶体结构相同，易于与铅形成固溶体，而且具有极高的析氢、析氧过电位和较强的耐腐蚀能力，具有比铅、钙更高的硬度和更优良的力学性能，可制成具有广泛共熔的且性能更好的铅合金。利用稀土元素替代砷配制新型无砷稀土低锑合金，具有免维护铅酸电池所要求的高析氢过电位和强耐腐蚀性能，腐蚀产物是导电性能良好的a-PbO2，改善了腐蚀膜的导电性，有利于改善免维护电池的深充放电性能，其硬度值也达到了板栅合金的力学性能要求。采用混合稀土制得的板栅合金，具有极强的耐腐蚀能力，可提高铅酸电池寿命两倍以上。

稀土铅基板栅合金无环境危害，具有Pb-Sb和Pb-Ca合金的优点，同时能克服这两大系列合金的不足，能克服铅锑合金较低析氢过电位引起的不耐腐，水耗高，析气量大和铅钙合金再充接受能力较差，易发生早期容量损失，不能大电流、深放电等缺点。稀土铅基板栅合金可能成为能满足新型铅酸蓄电池性能要求的第三系合金。