潜艇用高能量密封铅酸蓄电池正极板栅材料及正极板栅结构

摘要

本发明提出一种潜艇用高能量密封铅酸蓄电池正极板栅合金材料和新型正极板栅结构。新型正极板栅合金材料不仅具有优良的导电性、可铸性、高的机械强度和硬度，更重要的是该材料具有极强的耐腐蚀性能和导电性良好的腐蚀产物。新型正极板栅结构是根据极板电动势和电流分布的特点，将极板高H分为若干段H1、H2……(H＝H1+H2+……)，用极板极耳型式将H1、H2……连接在一起形成极板总高H。新型极板结构克服了由于极板高度过大，造成极板效率降低的缺陷，新型极板结构使极板的效率大为提高，用新型极板结构组装的潜艇用高能量密封铅酸蓄电池容量提高。

说明书

技术领域：本发明涉及潜艇用密封铅酸蓄电池正极板栅材料和正极板栅结构，可以提高潜艇用超大型密封铅酸蓄电池的性能，属于密封铅酸蓄电池领域。

背景技术：铅酸蓄电池以其稳定的性能，超大的容量，低廉的价格一直是常规潜艇的水下动力电源。

几十年来在潜艇上应用的铅酸蓄电池为普通型铅酸蓄电池，该电池存在着容量低、比能量低、使用运输过程中产生大量酸雾、污染环境、易于暴露目标的缺陷。由于潜艇用电池的容量上万安时，电池体积大，板栅的面积也大，尤其是板栅高度近1米，造成板栅的电流分布不合理。为此改变超大型铅酸蓄电池板栅的结构，是改变板栅电流分布，提高电池容量和比能量的重要方法之一。本发明提出的优质正极板栅合金材料，使活性物质与板栅有优良的结合，新型正极板栅结构，获得了合理的电流分布，有效地提高了超大型潜艇用密封铅酸蓄电池的性能。

发明内容：常规潜艇的水下动力是铅酸蓄电池，核潜艇的备用水下电源也是铅酸蓄电池。目前潜艇使用的铅酸蓄电池的体积达到0.25m³～0.3m³，电池高度达到1米以上，电池重量达到650kg～700kg，而普通铅酸蓄电池的10h率重量比能量仅为30Wh/kg，体积比能量也仅为77Wh/dm³，电池比能量低的原因之一是单片极板的尺寸超大。一般情况下，板栅的高度达到800mm～900mm，为此要求板栅合金材料必须具有优良的机械强度、优良的导电性能和优良的可铸性能，才能满足超大型电池的要求。由于铅酸蓄电池的电极反应是由电子传质过程所控制，超大的极板面积，超大的极板高度，严重影响了极板的集流过程，使极板的有效利用率下降，本发明提出一种新型的潜艇用密封铅酸蓄电池的正极板栅合金材料和正极板栅结构。新型正极板栅合金材料具有优良的机械性能、铸造性能、耐腐蚀性能和具有良好导电性能的腐蚀产物，新型板栅结构可获得良好的电流分布，本发明的目的是这样实现的。

本发明提出的新型的潜艇用高能量密封铅酸蓄电池正极板栅合金材料和正极板栅结构，其特征在于：

该电池的正极板栅合金材料组成为：

Pb+Ax+By+Cz+Du+Ev+Fw+Gt

其中：A＝Sb，              x＝0～1.8％；

      B＝K、Na、Ca，   y＝0～0.2％；

      C＝As、Na₂S₅，   z＝0.001～0.3％；

      D＝Sn、Zn ，       u＝0.01～2.0％；

      E＝Al、Mg，        v＝0.01～0.8％；

      F＝Cu、Ce，        w＝0.01～0.5％；

      G＝Bi、Ag，        t＝0.01～0.2％；

正极板栅结构为：将高度为H的板栅分成H₁，H₂，H₃……段，H₁，H₂，H₃……的尺寸一般为200mm～300mm。H₁，H₂，H₃……连接处采用板栅极耳型式的连接方式，如图1所示。该板栅结构克服了超大型板栅电流分布不均匀、板栅集流效率低的缺陷，使生产的正极极板容量大为提高。

附图说明：

附图1：将超大型板栅沿高度H，分成若干部分，H₁、H₂、H₃……。H₁、H₂、H₃……的高度在200mm～300mm之间。H₁与H₂、H₃……的连接采用板栅极耳的型式，极耳宽度为15mm～20mm，连接部分的高度为σ＝8mm～10mm，板栅宽度为B。整体板栅设两个极耳宽度为D＝20mm～30mm，高度为30mm～40mm。

附图2：将超大型板栅高度为880mm，分成4段，H₁＝H₂＝H₃＝H₄＝217mm，H₁与H₂、H₃、H₄连接处高度为σ＝8mm，板栅极耳型式的连接部分的极耳宽20mm，板栅宽度为622mm。整体板栅设计两个极耳，极耳高为30mm，宽为30mm。

具体实施方式：

实施例：

QT60S铅酸蓄电池是常规动力潜艇使用的铅酸蓄电池，电池外型尺寸为653mm×363mm×1053mm。设计成密封铅酸蓄电池的极板的正极板栅尺寸为：880mm×622mm×4mm，正极板栅合金的成份为：100kg纯Pb(Pb含量＞99.994％)+0.09kgCa+0.02kgNa₂S₅+1kgSn+0.02kgAl+0.02kgCu+0.03kgAg，将上述成份的合金在480～520℃的高温条件下熔化，铸成正极板栅。880mm高的板栅其电流分布很不合理，为此将H＝880mm分成4段，H₁＝H₂＝H₃＝H₄＝217mm，σ＝8mm，如图2所示。

该板栅结构克服了由于板栅高度超大造成生产的极板集流效果差，极板效率低的缺陷，新型极板的容量比普通极板的容量提高了60％以上，应用653mm×363mm×1053mm外壳生产的密封铅酸蓄电池10h率容量达到24000Ah，比标准要求的10h率容量10300Ah提高133％。