韩国SEBANG世邦 ROCKET 火箭蓄电池铅酸蓄电池的制造工艺与配方

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一、板栅的作用：

板栅是极板的骨格,又叫做格子体,它有两种主要作用。一方面它是活性物质的载体,另一方面它起到传导电流和使电流分布均匀的作用。

铅蓄电池的电极活性物质，一般只用硫酸溶液调和，没有经压型、烧结、粘结等：处理，其结构比较疏松，本身不宜受力，不易成形，因之，需要一个载体，来使活性物质能够经受化成、干燥、装配等工序而不分散脱落，此外，还要使经过许多次充放电而维持一定的容量。这就是板栅的第一个作用。

充电时，要从外电源反电流传到活性物质中；放电时，要把活性物质反应产生的电流传递到外电路，板栅就起这样的作用。但如时果电流分布不均匀，就是说活性物质的某些些部分的电流比别的部分的大，那么由于及应反产生的体积的变化，在这些部分也比别的部分大，结果导致活性物质的膨胀甚至脱落。因此，板栅制成有横的和竖的筋条的方形格子，菱形格子或圆形空格。筋条间要有适当的间隔，间隔过宽，空易产生电流分部不均的现象；间隔过窄，则整个板栅重量增加。为了有利于活性物质连结，筋各采取错开形式（如图一），其截面积通常做成椭圆形，菱形、三角形等。

近年来，对动力用电池的正极，采用管式极板，这时活性物质的承载作用，主要由玻璃丝管来承担，板栅作为载体的作用相应地减少了，根据对铅锑合金板栅的研究有人认为，溶介下来而进入正极活性物质中的锑，可能起到有益的作用。因之，板栅的作用也会随着铅蓄电池制造工艺的发展而变化，不是一成不变的。

二、铅锑合金及其予铸

纯铅不适于做板栅材料，这是因为：

（1）纯铅太软，强度很差，受力时易于变形，故不能承受涂板，化成装配等工序操作中的强烈应力作用。

（2）由于强度很差，因此不能承载过大的活性物质重量，除非板栅做的很厚。

（3）难以浇铸成复杂形状的板栅。

（4）长期使用中，在生成的表面腐蚀产物时，体积变化的应力作用下，板栅用纯铅制造时，其筋条会伸长，甚至翘曲。

因此采用铅的合金，主要是铅锑合金，而不用纯铅来制造板栅。

（a）铅锑合金及其性质

表一列举了铅锑合金的一些性质，并与纯铅的相比较，可以看出，铅锑合金有下列优点：

（1）机械强度高；抗张强度及硬度比纯铅高的多，抗张强度和硬度都是机械强度的某一方面的表现。抗张强度是把物体拉断时所需要的力量，以对单位截面积所用的力表示（即每平方厘米的公斤数），抗张强度越大，这个材料抗拒拉断的强度愈强，布氏硬度是把一个钢球在一定压力下，压到材料上，用压痕面积去除负载力，来确定材料的硬度。因之，布氏硬度代表这个材料抗拒外物压入体内的一种强度。含锑量高，搞张强度及硬度的增加还对浇铸板栅，特别是对薄而形状复杂的板栅是有利的。

断裂伸长率是拉断时物体伸长的百分数,伸长率在5%Sb时最大,锑量再高,则减少,伸长率的减少,有利于防止多次充放电后的板栅变形。

（2）浇铸性较好；熔化时流动性比纯铅好。流动性好的一个原因是因为铅锑合金的熔点比纯铅的低，我们知道，固体没有流动性，变成液体才有流动性。液体温度比熔点高的越多，其流动性一般越大。从表一纯铅的熔点是327℃，而一个9% Sb的合金的熔点只有265℃，因之，400℃的液体Pb比熔点高73℃，而400℃的9% Sb液体合金高于熔点，135℃，几乎比纯铅大一倍，显然，合金的流动性比纯铅的大，流动性好，则浇铸时易于浇满铸摸内腔。

（3）铅锑合金的线膨胀系数比纯铅的小些。线膨胀系故是物体温度升高1℃时的伸长与0℃时长度的比值，例如，从表一铅的线膨胀系故长0.0000292，就是说，一个一米长的铅条，升高1℃，变成1.0000292米长。这个数字虽然小，温度升降大时，铅的伸长缩小也就不小了。还有另外一种膨胀系故，叫做体膨胀系故，它是物体温度升高1℃时，体积的膨胀占0℃时价格体积的分数。伸长是往一个方向增长，膨胀是向三个方向都增长所以体膨胀系数大约是线膨胀系数的三倍。

  铅锑合金冷却时收缩,比纯铅少1/3左右。冷却时收缩程度小，这对板栅保持铸模内腔轮廓形状，足有利的。

因之，铅锑合金在面机械性能方面，基本上符合故栅制造的要求。

  但使用铅锑合金也有缺点，如：

（1）  合金的电阻比纯铅的大些。

（2）  耐腐蚀性不如纯铅，而正板板栅腐蚀是使铅蓄电池共初的主要原因，因此，这是用铅锑合金制造板栅的主要缺点。

（3）  锑会从正极板栅溶介下来，引起负极的/自放电。

和它的缺点比较起来，目前铅锑合金优点是主要的缺点是第二位的，然而，为了进一步提高铅蓄电池的性能也不能忽视其缺点，特别是对铅锑合金腐蚀的研究，只有弄清腐蚀的本质，才能更好地掌握它防止它。

（b）铅锑合金的予铸

铅蓄电池板栅所用的铅锑合金，含锑量在5-12%之间。由于铅锑合金的腐蚀问题，目前的趋向是减低含Sb量。通常较薄的板栅，含Sb量较高，约9-10%。例如：2毫米以下的板栅，含Sb量为9%。较厚的板栅，含Sb量低些。例如：3.1毫米的板栅，含Sb量可为6.5%。铅零件含锑量较低，约为3-6%。

（1）通常是预先把铅和锑制成铅锑合金。一种方法是制成高锑合金，约含Sb20%，制造板栅时再添加纯铅到所需的锑含量。另一种方法是直接制成所需含锑量的合金，使用时熔化后即可用。制备合金的流程例示如图二。在熔融步骤，通常先加铅总量的一部分，把合金熔锅的温度控制在350-400℃，然后加入锑，把温度升高到500-550℃，使锑熔化。最后将剩余的铅加入熔锅。要不断搅拌，是混合均匀。

采取这样光加Pb、、加Sb再加Pb的特殊熔化方式，是因为Sb的熔点高（631℃），Pb锑的熔点低（327℃），而合金的完全熔化温度更低（1-11%Sb为320-256℃，见表一）。光加五分之一到一半的Pb，它的熔点是327℃，加温到350-400Pb℃就可使它完全熔化（也可以把上一锅的合金留下一部分，作为引子，熔化温度就更低）。这时再加Sb熔化，最后加余下的Pb时，这时也熔化成合金，因之温度保持在400-450℃就行了。

铅的比重是11.3，锑的比重是6.7，铅重锑轻，因之要搅拌均匀。加Sb时就要不断搅拌，最后加Pb之后，还要搅拌约15分钟，以保证搅匀。

合金的含Sb量，用“凝固点法”测定，测定方法及原理将在后边加以说明。

因为制造板栅时，还要将合金在熔化，所以予铸合金的主要问题是缩短熔化时间。降低熔化温度，以节约燃料及降低烧减※，并尽量使组成均匀。

（2）关于制备合金的铅Pb及Sb原材料纯度的品号规定见表二极表三。但从长期生产实践及科学实验中发现，用粗铅（低品位铅）或二次铅（回收废旧极板熔炼的）制成的合金，其耐腐蚀性能异不比用纯铅制成的合金差。像砷、硫、锡、银、铜等杂质，它们本身就用作铅锑合金的添加剂，以改善铅锑合金的耐腐蚀性能（有时甚至可以改善机械性能，如加锡以改进流动性），因此，通过实践及科学分析，采用粗铅或二次铅来制造板栅合金是完全可行的，对原材料的纯度提出过分的要求，虽然是不十分必要的。

3.板栅的浇铸

在板栅浇铸工序，机械化或半机械化浇铸已相当普遍采用，联动机也在逐步推广。

（a）合金的熔融一一浇铸的温度。

（b）铸模的保温─模温的控制

（C）可以把板栅浇铸时，主要缺陷的产生原因及其防治措施大致总结：

上表只是一般的情况，在生产实践上，不同型号的电池对极板有不同的要求，必须具体问题具体分析。

4.铅锑合金的凝固过程及其原理

板栅的制造过程，实质上是一个铅锑合金的冷却凝固过程，下边将阐述原理，这对一般的合金凝固点有一定的参数意义。

（a）“凝固点法”测定合金的合锑量～步冷曲线。

（i）“凝固点法”是用容积约200ml的带柄铁钳锅，盛去合金液，并插入温度计（0-500℃）。

（ii）步冷曲线可见“凝固点”法实际上就是观察合金液逐步冷却时的温度变化曲线。这种冷却曲线，简称不冷曲线，它的形状与合金的组成有关系。

（b）铅锑合金相图

步冷曲线不能清晰地表现出浓度的关系，这是它的缺点。如果把步冷曲线上析出固体时的温度，对合金液的浓度作图，就克服了这个缺点。这种图叫二元合金相图，如图八。

（C）铅锑合金的平衡冷却晶析过程

上边谈的都是极其缓慢的冷却晶析过程,即平衡冷却晶析过程。

(d)铅锑合金的不平衡冷却晶析过程。

事实上,很少能达成上述的平衡晶析情况,继大多数情况下,冷却不可能很慢,是不平衡晶析过程。平衡是相对的,暂时的有条件的,而不平衡是绝对的,永久的、无条件的。但只有掌握了平衡晶析的情况，才能更好地了解不平衡的过程。

在讨论结晶性高分子的性质时，提到微细体相互联系、相互阻碍，起到相当于交联的作用，使强度与硬度增加。因此，析出的低共熔点致密混合物，也使Pb－Sb合金机械强度增大。正如表一所示，抗张强度与硬度都随含Sb量增加而增长（含Sb量多则低共熔析出多），而在低共熔组成处有极大值。从图十六，还可以看出，在252℃低共熔点析出的α－Pb的组成是A点，含3.5%Sb，在平衡晶析，这个α－Pb相组成在冷却到室温过程中，应当沿AS´S线变化，到100℃时含Sb量减到0.44%，而在不平衡晶析，温度下降快，图相中扩散慢，Sb来不及扩散出去，于是α－Pb图相保持3.5%Sb组成并冷却到室温（如图十六的AK线）。这样，它是一个不稳定的相，Sb要慢慢扩散出来，析出Sb来，时间够了，就析出许多微细Sb晶粒，使强度及硬度进一步增长，这种现象叫做时效硬化。由于是析出微晶所致，又叫析出硬化（或沉淀硬化）。板栅制造后，要放置几天，才能涂膏，就是因为这个缘故。

但放置过久，又产生所谓“变脆”问题。这是因为析出是在晶体界面上（也叫晶间夹层），析出多了，就使合金在看晶界方向比较脆弱，容易脆裂。Pb－Sb合金板栅放置1-3月时，还不要紧，但特别是添加有少数杂质如银等，在晶界上析出，使板栅比较快的很脆了。因此，极板制造后，也不宜放置过久，

过冷度越大，冷却越快，晶核形成速度与晶粒生长速度都和它有关。过冷度不大时，；两个速度都随过冷度增大而增长，但晶核生长速度增长更快，这是因为晶核是“凭空”形成的，而形成的晶核的生长是在晶核表面上析出，表面上有棱角、缺陷，析出容易的多。过冷度大时，两个速度都经历一个最低点而减少，生长速度减到更多，这是由于析出固体后，要扩散过来才能继续析出，过冷度太大，温度过低，扩散太慢，因而速度下降。

虽然过冷度与析出晶粒大小有关系。在过冷度为2时晶析，晶核形成速度较小，而生长速度较大，因之，生成不多的晶核迅速生长，形成比较粗大均匀的晶粒，在过冷度为3时，晶核形成速度与生长速度都比较大，可以得到均匀致密而较细的晶粒，在过冷度为1时，两者的速度都较小，形成粗大晶粒，有时会产生缩孔、气孔，甚至出现裂纹，同时由于晶粒生长很慢，杂质有时间进行聚集，某中于晶界上，引起晶界腐蚀或点蚀。

上边仅仅叙述了冷却晶析的基本原理，在具体的冷却晶析，例如板栅的浇铸，还必须具体分析，不过掌握了基本原理，在处理具体实际时，就比较心中有数了。