蓄电池板栅用合金的基础知识

1. 板栅所用金属的物理化学性质

⑴ 铅(Pb)：原子量207.21，密度11.34g/cm3，熔点327.5℃，沸点1743℃，铅的氧化物有PbO、Pb3O4、PbO2。金属铅是青灰色，有良好的延展性，在常温下生成一层氧化膜，失去金属光泽。铅的国家标准GB469-05规定有5个牌号，高牌号铅杂质少，用作板栅和磨铅粉，低牌号铅用作产品的零部件。

⑵ 锑(Sb)：原子量121.76，密度6.684g/cm3，熔点630℃，沸点1750℃，锑在空气中不易氧化，加热燃烧时生成SbO、Sb2O3、Sb2O5。金属锑为银白色，有光泽，质硬而脆。锑的国家标准GB1599-04规定有4个牌号，一般含锑合金多用2号锑。

⑶ 钙(Ca)：原子量40.08，密度1.54g/cm3，熔点842℃，沸点1484℃。钙为银白色，主要用于与铝、铜、铅制成合金。

⑷ 其他金属和元素有锡(Sn)、铝(Al)、铜(Cu)、镉(Cd)、砷(As)、硒(Se)、硫(S)等。

2. 铅锑合金板栅

⑴ 高锑合金板栅：高锑合金板栅(Sb4%～6%)蓄电池是多年来沿袭下来的一种生产方式，其优点是强度高，能承受加工制作过程中的机械力，利于电流传导，与活性物质结合比较好，在硫酸溶液中有一定的耐腐性。它的缺点是电阻比较大，锑易从正极板上溶解迁移到负极，耗水大，自放电大，此合金板栅在逐步淘汰。

⑵ 低锑合金板栅(Sb≤2%)：随着免维护蓄电池的发展，高锑合金板栅已不适应产品性能需要。低锑合金板栅在蓄电池上的应用更是一项措施，但仍不尽满意，从产品铸造、机械强度以及耐腐蚀方面不够理想。这种合金析气量明显降低，但浇铸条件很严，很容易出现热裂。为了改善这种状态，在低锑合金中加入少量其他元素，如锡(Sn)、银(Ag)、铜(Cu)、镉(Cd)、砷(As)等，作为变晶剂，可以改善低锑合金板栅的热裂、抗腐蚀性差、机械强度低、板栅成型难等问题。

⑶ 铅锑镉合金：随着电动自行车电池的发展，该合金板栅得到迅速发展，其特点是耐腐蚀性好、强度高、深放电寿命长、不易脱粉等；但此板栅由于有镉，镉是毒金属，现在不提倡使用。配方为：Sb-1.5%～2.0%/ Cd-1.2～1.8%/ Cu-0.08%/ As-0.10%；此合金板栅主要用于电动车电池的正板栅，其负板栅为铅钙合金。

3. 铅钙合金板栅

⑴ 铅钙合金板栅：用该板栅制成的蓄电池没有酸气泄露，有良好的密封性，析气量更小，自放电更低，比低锑合金析氢过电位高，能使可能析出的气体得到抑制；这种板栅{zd0}缺点是在板栅和活物质界面生成高电阻层，即硫酸钙，容易引起电池容量早期衰减，所以锡的含量应在1%以上。因为Sn≥1%可以避免电池的早期容量衰减。

⑵ 铅钙合金板栅配方：正板Ca-0.05%～0.08%/ Al-0.02%～0.04%/ Sn-1.0%～1.5%。负板：Ca-0.08%～0.10%/ Al-0.02%～0.04%/ Sn-1.0%～1.5%。

4. 添加在铅合金中的其他金属元素都有什么作用？

⑴ 各种少量元素在铅合金中起成核剂作用，各种元素在合金液中高度均匀地分散，冷凝时，比铅结晶速度快，形成以各种元素为晶种的结晶颗粒，铅围绕它们进行结晶，晶种多、晶粒形成多，从而达到细化晶粒的目的。这种被细化了的晶体，无明显的晶界层，避免了有锑板栅的裂纹。

⑵ 作为成核的金属或非金属要有利于提高氢的析出过电位。S、Se能与Pb生成PbS、PbSe，是较好的成核剂。Cu和As可生成CuAs，也是一种很好的成核剂。

⑶ Sn可以改善合金表面与活物质接合的微观结构，改善合金液的流动性，有利浇铸，铸件合格率高；Al是在溶化中形成防氧化膜，减少Ca的烧损和板栅穿透性腐蚀有一定效果。

⑷ 在板栅中加入As能提高铸件硬度和耐腐蚀性，还能延缓板栅长大变形，Ag、Cd的加入能提高铸件的耐腐蚀性和机械强度；板栅中加入S、Se能减少合金的脆性及断裂现象。

⑸ 以上元素在铅合金中的加入量为：As为0.01%、Cu为0.1%、S为0.1%、Se为0.05%、Sn为1.0～1.5%、Cd为1.2～0.18%、Ag为0.1%。

5. 在低锑合金中加入镉起什么作用？

低锑合金板栅在铸造过程中易产生裂纹，工艺性差，强度低。这是因为板栅在浇铸时是一种不平衡条件下的快速冷却，冷却过程是先析出αPb相，此相几乎没有锑扩散到里面，液相中的锑富集性高。当铸件温度下降到250℃时，锑的一部分晶粒在αPb相的收缩空隙中析出，形成了一种锑的夹层。又因低锑合金中Pb量多，所形成的αPb晶体收缩空隙大，锑又不能充填所有空隙，故此产生裂纹现象，为避免发生这种情况，需要在低锑合金中加入一定量的镉，加入量一般为0.12%～0.18%。

6. 脱模剂的作用是什么，怎样配制脱模剂？

脱模剂是用软木粉、硅酸钠、膨润土和水配制而成。配方为：软木粉600g/硅酸钠300ml/膨润土120g/水10L。

脱模剂的作用主要是降低铅液的热传导，当铅液进入模腔后所带热量不易被钢模吸收，在瞬间内保持良好的流动性，易脱模。铅液在模腔内凝固后，由于脱模剂附在模面上，大大降低了铅在模面上的真空度，易脱模。由于以上两个作用，这就使得栅筋外层结晶形成一个不光滑的模面，且表面积大。

欲获得良好的铸型效果，还要注重脱模剂的喷涂效果，对薄型板栅(2.0mm以下)要用喷枪喷涂脱模剂10遍，厚型板栅(3～5mm)喷涂5遍，要把模面筋槽各处纵横交叉地均匀喷好。

脱模剂的配制方法按配方中材料称好，先把3L水和膨润土放入机械搅拌器混合1.5h，再加入全部水、软木粉和硅酸钠搅拌5min即可使用。软木粉细度需达到200目，可用球磨法进行研磨。有的不用膨润土，只用软木粉、硅酸钠和水玻璃共热煮沸使用。

7. 怎样铸造符合质量要求的板栅？

铸造板栅时要给板栅模加温到110～130℃。喷涂模具的关键是均匀、细致，喷后对用铅量较多的筋条和极耳要用专用刮具刮一刮，以减少局部筋条的收缩。通常正板栅比负板栅厚1.1～1.3倍。

铅锑合金铸板温度为480℃～520℃，铅钙合金铸板温度为420℃～460℃；铸造厚型板(3～5mm)温度为420℃～460℃，铸造薄型板(2.0mm以下)温度为480℃～520℃。温度低合金中的元素会浮在液面，影响板栅质量；铸板中下角料回锅次数一般是2～3次，反复回锅会影响合金成分。

模具筋条形状对铸型质量有很大影响，把传统三角形、菱形筋条改为边弧形筋条有利于模具排气，在较低的铅液温度下很好成型。这是因为边弧形筋条铅液冲入模腔阻力小，铅液冷却速度快，结晶细致。

综合上述条件，铸造符合质量要求板栅的条件是脱模剂喷涂、铅液温度、模具温度、合理的筋条结构等四个基本因素恰到好处，就能顺利地铸造出符合质量要求的板栅。

8. 铅钙合金板栅的优点和缺点

铅钙合金的优点是析氢过电位比铅锑合金高约200mV，导电率要高20%，机械强度也好于铅锑合金，用在浮充条件下板栅的变形度要好于其他合金。

铅钙合金的缺点是钙易氧化、烧损，用作正板栅其腐蚀生成的PbO2膜中含有CaSO4，成为CaSO4的结晶核，使PbSO4量增多，导电性和渗透性变差，在和PbO2物质结合处形成钝化膜使正极充电接受能力变差，尤其对电池的深放电影响明显，因此，铅钙合金的正板栅不宜在深循环条件下使用。

9. 板栅在铸造中出现的质量问题：

⑴ 栅筋收缩：收缩的主要部位在极耳和边框。原因是局部温度过高，铅液冲入模腔后局部冷却很慢，结晶粗糙，一折即断又不耐腐。

解决办法：调整模具温度，局部的脱模剂不宜太厚，要用刀轻轻刮一刮，使表面软木层变薄，效果比较好。

⑵ 栅筋铸不满：原因是横腔内排气不畅或排气道槽设计开凿不合理或有梗阻现象。此外，模具合拢松紧不一，也会产生铅液断流，不易铸满。

解决办法：调整或开通气道，使合金液冲型后，排气顺利，模具合拢力量一致。此外，铅液温度和模具温度控制得当，脱模剂喷涂均匀。

⑶ 板栅发暗有黑斑：原因是合金来源不清楚，使用了劣质杂铅或合金配制不良等，铅液中形成一层粘稠物夹杂在里面，成型后出现黑斑点。

解决办法：更新合金液，重新配制新的合金。

⑷ 板栅细筋：细筋部位有在水口附近，有在极耳附近，也有在边框，厚型板栅表现较多。原因是模温过高，脱模剂炭化，板栅筋条成型时冷却不均匀，冷却快的部位夺取了冷却慢的部位铅，形成局部细筋。

解决办法：降低模温，刷去旧软木层，重新喷涂。对粗筋板栅在浇口下出现较普遍，可采取局部加粗筋条的办法解决。

⑸ 板栅超重：原因是筋条尺寸不符合设计要求，尺寸偏大，用铅量过多，重量超标。

解决办法：将磨面用磨床进行研磨检修。

⑹ 板栅偏轻：原因是筋条尺寸偏小或截面尺寸不够。

解决办法：用刨床加大筋条尺寸或用异型小锉加大磨面筋槽尺寸，用千分表xx测量，即可解决。

⑺ 板栅偏斜或弯曲：原因是动模开启时，板栅贴在两页模子上，拉动形成偏斜，厚型板栅多见这种现象。板栅弯曲原因是板栅出模后没有平整或搬动不当形成弯曲。

⑻ 板栅毛刺：原因是边框或水口切得不齐连带一部分毛刺，它会刮带一部分铅膏带入电池内，形成多余沉淀物或形成铅绒造成短路。