一种电池极板用钙铝铅合金及其制备方法

摘要

本发明的目的就是弥补现有技术的不足，提供了新型的制作电池极板用的较短工序生产出钙利用率较高、化学成分稳定的钙铝铅中间合金替代现有技术中的钙铝合金。采用该合金制成的电池极板洁净度高、电学性能强、寿命长、强度更高、性能更加稳定。而且冶炼成本大幅降低。为达到所述目的，本发明一种电池极板用钙铝铅合金，作为制造电池极板的中间合金，由钙、铝、铅三种原料合成，其中各原料的质量百分比为：钙：60％-85％；铝：10％-35％；铅：3％-12％。采用本发明所述的工艺，在最终制备电极板时，配置铅钙合金工序中加入钙铝铅中间合金做到一次加入，不需二次补加，同时钙铝溶解充分，分布均匀，尽量提高电池极板的综合性能。

说明书

技术领域

本发明涉及一种制作电池极板用的中间金属，尤其涉及一种电池 极板用钙铝铅合金及其制备方法。

背景技术

电池极板作为电池重要的组成部分，其综合性能对电池的影响极 大。目前国内电池极板的生产制备大多数采用铅钙多元合金，且铅钙 合金成分大同小异，配制工艺和配方也只是略有差异。但是配置铅钙 合金在加入钙和铝时早期的方法是单独的加入钙和铝来冶炼，近几年 来因工艺的改进及产量的需求使用钙铝合金来作为中间合金添加，但 是钙铝中间合金在制备、储存、运输、及使用过程中有诸多的缺点， 比如：

(1)钙铝合金在制备及储存运输过程中极其容易氧化，导致在 使用时出现铅渣过多的问题。造成一定的浪费及影响铅钙合金的质 量。

(2)钙铝合金在加入过程中容易出现钙铝收得率不稳定的情况， 目前常规方法是先根据钙含量要求加入钙铝合金后在进行补加铝粒 的工艺。铝粒熔化温度高，加铝时需二次升温。造成冶炼周期加长， 同时能源消耗加大。而且补铝后容易造成不易熔渣粒，影响铅钙合金 浇注板栅后的质量，容易出现毛刺及断筋。

(3)钙铝合金的熔点为580‐650℃之间，目前最佳使用温度为 610℃以上。铅锅升温成本高同时升温耗费时间较长。

对此，我们为了降低铅锅的升温温度，减少升温时间，减少生产 成本，希望能找到一种更好的中间合金，能在较低的温度下就能产生 反应。

《甘肃冶金》‐2002年4期《铅‐钙‐铝合金的研制及推广应用》 一文中公开了一种Pb‐Ca‐Al三元合金的研制过程,并推广应用到锌电 解中,与传统工艺相比在节省用银、提高电流效率方面具有明显经济 效益。但是这样的三元合金是作为最终极板成品而设计的，其特点在 于含铅量非常高，通常在90％以上，而含钙量不足1％。随着技术的 进步，这种合金制成的极板也基本被淘汰掉了。

发明内容：

本发明专利的目的就是弥补现有技术的不足，提供了新型的制作 电池极板用的较短工序生产出钙利用率较高、化学成分稳定的钙铝铅 中间合金替代现有技术中的钙铝合金。采用该合金制成的电池极板洁 净度高、电学性能强、寿命长、强度更高、性能更加稳定。而且冶炼 成本大幅降低。

为达到所述目的，本发明一种电池极板用钙铝铅合金，作为制造 电池极板的中间合金，由钙、铝、铅三种原料合成，其中各原料的质 量百分比为：

钙：60％‐85％；

铝：10％‐35％；

铅：3％‐12％。

优选的，所述三种原料均为固体，且原料的纯度均高于97％。

优选的，所述钙使用电解钙、高纯钙、还原钙，其形态为钙块、 钙屑、钙粉或钙粒。固体钙的来源非常广泛。通常选择以钙块的形式 加入，在使用钙块的情况下，其加入温度可以稍高些。相较于钙屑、 钙粒，采用钙块具有这样的优势：不需要钟罩，可直接加入，操作方 便简单，钙利用率稳定。

进一步的，本发明还包括一种电池极板用钙铝铅合金的制备方 法，包括以下步骤：

步骤1：选料，选择符合纯度要求的原料；

步骤2：配料：将原料按比例配比；

步骤3：装料：将配好的原料装入反应器皿；

步骤4：熔化：在持续惰性气体气氛保护下，将纯铝锭、纯钙块 放到感应炉中混合熔化并搅拌，冶炼温度控制在900℃‐1000℃，全部 熔化后，再将铅锭加入感应炉中混合熔化并搅拌，冶炼温度控制在 950℃‐1050℃，搅拌5min‐10min直至合金全部熔化。这个过程中温 度过高，会造成合金元素损耗增加；温度过低，则合金中元素不能有 效合金化。另外，搅拌时间也要适当控制，搅拌的时间不能过长，以 所加入的金属完全合金化为宜。若时间过长，会使其中的铝、钙过度 损耗。搅拌时间过短则合金容易产生偏析，合金成分不均一。

步骤5：浇铸：将熔化后的成品浇铸成钙铝铅中间合金；

步骤6：检验测量：检测成品质量是否符合要求；

步骤7：将符合要求的产品入库保存。

优选的，所述步骤4和步骤5之间还包括逆搅拌步骤：物料加完 后按和之前搅拌方向相反的方向继续搅拌3‐5分钟。这样能获得所需 的钙铝铅中间合金成分更为稳定的。

优选的，所述步骤4中惰性气体采用氩气。

优选的，所述步骤6中检测要求其他杂质元素总量小于3％。即 使三项主要成分的配比比例符合要求，如果杂质元素过多，该产品依 然属于不合格产品。

本发明该合金的主要特点为：

(1)合金中加入铝可以降低氧含量、使夹杂物改性和去除效率高， 采用稀土、铝、钙多元素复合脱氧除杂，最终更能显著提高电池极板 的电学性能；

(2)本发明的工艺流程短，能获得稳定的钙铝利用率以及稳定 的化学成分与较好外观质量的钙铝铅中间合金；

(3)本发明采取直接熔合钙、铝、铅合金的工艺，能改善合金 的稳定性，能提高电池极板的综合性能；

(4)在本发明中，金属铝的加入同时也是作为保护剂，它可用 于保护所加入的钙不至于在熔炼过程被大量氧化而影响最终产品的 品质；

(5)合金熔炼过程中加入方法简单、方便，最终的钙铝铅中间 合金不易粉化，保存时间长。

本发明用钙铝铅中间合金来取代钙铝中间合金生产电池极板，具 有如下优势：

(1)钙铝铅合金中铝和铅保护了钙，从而降低了钙的损失， 钙的烧损可降低到5％以下；同时在储存、运输过程中不易产生氧化， 同时较钙铝合金更加稳定，不易碰撞着火，增加了存运的安全性。

(2)合金中钙铝铅三元素均匀融合，在加入后能均匀迅速的 熔化并使铅钙合金的钙铝含量均匀，极少出现铅渣及铝不易熔颗粒， 能明显提高铅钙合金的冲击韧性、强度、淬透性，同时也能提高铅钙 合金的析氢析氧过电位；

(3)较高的钙含量和一定含量的铝及铅混合中间合金强化 了夹杂物变性和去除效果；

(4)使用钙铝铅中间合金，没有降温过程，同时使用温度降 低30‐60℃，能更快更充分的溶解，从而缩短了生产时间，降低了升 温成本，提高了劳动效率。一吨铅液加热成本在10元每10度。

(5)本发明的有益效果是采用保护气，因为隔绝了氧气，故 而极大地降低了氧化钙和氧化铝的形成，在搅拌过程中产渣率低，可 以做到基本无渣，这样在工业生产中就不必再去捞取浮渣，同时提高 了钙的利用率；

(6)可以根据客户要求合成不同配比的钙铝铅合金，故而应 用面广，可以满足不同的客户需要，创造了更好的经济效益；

(7)制得的中间合金成分稳定，组织分布均匀，合金流动性 好。

采用本发明所述的工艺，在最终制备电极板时，配置铅钙合金工 序中加入钙铝铅中间合金做到一次加入，不需二次补加，同时钙铝溶 解充分，分布均匀，尽量提高电池极板的综合性能。

具体实施方式:

本发明在制备过程中，原料的比例基本不会发生变化，因此原料 的重量百分比基本和成品中各成分的质量百分比相同。

实例1：

在持续氩气气氛保护下，取纯铝锭2.2kg，在感应炉中升温至 900℃将其熔化，然后在搅拌状态下往其中添加6.8kg纯钙块，混合 冶炼的温度控制在930℃，待其全部熔化后继续搅拌并加入1.0kg铅 块，混合冶炼的温度控制在950℃，搅拌8min直至合金全部熔化， 然后经浇铸装置浇铸成中间合金，在空气中自然冷却并制成中间合金 成品，检测称重后入库。其成分与含量为：Ca:68wt％，Al:22wt％， Pb10wt％。

实例2：

在持续氩气气氛保护下，取纯铝锭2.5kg，在感应炉中升温至 900℃将其熔化，然后在搅拌状态下往其中添加7.0kg纯钙块，混合 冶炼的温度控制在950℃，待其全部熔化后继续搅拌并加入0.5kg铅 块，混合冶炼的温度控制在980℃，搅拌10min直至合金全部熔化， 然后经浇铸装置浇铸成中间合金，在空气中自然冷却并制成中间合金 成品，检测称重后入库。其成分与含量为：Ca:70wt％，Al:25wt％， Pb:5wt％。

实例3：

在持续氩气气氛保护下，取纯铝锭1.0kg，在感应炉中升温至 900℃将其熔化，然后在搅拌状态下往其中添加8.2kg纯钙块，混合 冶炼的温度控制在980℃，待其全部熔化后继续搅拌并加入0.8kg铅 块，混合冶炼的温度控制在1000℃，搅拌8min直至合金全部熔化， 此时进行逆搅拌3分钟。然后经浇铸装置浇铸成中间合金，在空气中 自然冷却并制成中间合金成品，检测称重后入库。其成分与含量为： Ca:82wt％，Al:13wt％，Pb:5wt％。

虽然三种实施例均选用氩气作为保护气，那是由于考虑到氩气的 性价比高。在对产品精度有更高要求的情况下，可选择其他的惰性气 体。为了配合惰性气体，反应炉一般采用真空反应炉。

将该发明中的钙铝合金替换成本发明的钙铝铅合金后，就能将原 原先的加温温度从670‐700摄氏度降低到600度以下。这是因为和现 有技术的铝钙合金相比，本发明铝钙铅合金由于加入了铅，整体的熔 点下降。而且这个铅的含量也是有讲究的。铅的比例过小是无法实现 降温的效果，而比例过高会引起制备过程中温度和原料的配比失调。 通过本发明的配比制成的中间金属性价比最高。采用本发明合金制成 的电池极板洁净度高、电学性能强、寿命长、强度更高、性能更加稳 定。而且冶炼成本大幅降低。由于可以将制备极板时炉内温度降低 30‐60摄氏度。按照每吨产品每降温10度节省20元计算，每制备1 吨成品，经济上就节省60‐120元，而且最终成品的实际效果也要远 高于现有技术中的产品。