海綿結構陶瓷增強骨架鉛負極柵材料及其制備方法技術

本發(fā)明專利技術提供了一種鉛酸蓄電池用海綿結構陶瓷增強骨架鉛負極柵材料，其以海綿結構導電陶瓷作為增強骨架，在該海綿結構導電陶瓷增強骨架表面電沉積鉛鍍層。本發(fā)明專利技術還提供了所述鉛負極柵材料的制備方法，具體為：通過壓滲技術掛漿聚氨酯海綿模型，然后燒結成海綿結構導電陶瓷增強骨架；然后通過交流電沉積在海綿結構導電陶瓷增強骨架表面電沉積均勻的鉛層，從而形成海綿結構陶瓷增強骨架鉛負極柵材料。本發(fā)明專利技術制備的海綿結構陶瓷增強骨架鉛負極柵復合材料不僅重量輕、表面積高、克服了海綿結構型金屬鉛機械強度低及容易變形與折斷的缺點，而且由于海綿結構陶瓷增強骨架的高化學穩(wěn)定性，顯著提高了制得的鉛負極材料的工作壽命和其工作效率。

Sponge structure ceramic reinforced framework lead negative grid material and preparation method thereof

The invention provides a sponge structure ceramic reinforced skeleton lead cathode grid material for lead-acid battery, the sponge structure conductive ceramic as reinforcement, reinforcing surface of electrodeposited lead coating on the sponge structure conductive ceramics. The invention also provides a method for preparing the lead electrode grid material specific as follows: the pressure infiltration technique slurry on the polyurethane sponge model, then sintered into the sponge structure conductive ceramic reinforced skeleton; then by alternating current electrodeposition of lead frame reinforced surface layer of uniform in structure so as to form a conductive ceramic sponge, sponge structure ceramic reinforcing lead electrode grid material. Sponge structure ceramics prepared by the invention reinforcing composite material not only lead cathode grid of light weight, high surface area, overcomes the lead mechanical strength low metal sponge structure and easy to deform and break the disadvantages, and because the sponge structure ceramic reinforced high chemical stability of skeleton, significantly increased the lead anode materials prepared work the life and work efficiency.

【技術實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術涉及鉛酸蓄電池負極柵材料
，特別是一種用于鉛酸蓄電池的高性能海綿結構陶瓷增強骨架鉛負極柵材料及其制備方法。
技術介紹
海綿結構金屬鉛具有高孔隙率、比表面積大、質(zhì)量明顯輕于鉛等優(yōu)點，因此，海綿結構金屬鉛是酸蓄電池負極柵的理想材料。然而，海綿結構金屬鉛存在機械強度低及容易變形與折斷的缺點，難以滿足實際鉛酸蓄電池的工作要求。先前研究人員為解決海綿結構金屬鉛機械強度低的問題，在金屬和合金網(wǎng)基體表面或海綿結構金屬和合金基體表面上沉積金屬鉛層以提高海綿結構金屬鉛的機械性能(如中國專利技術專利200910219598.2“鉛酸蓄電池Ti～0.2Pd鈦合金基泡沫鉛負極板柵”、中國專利技術專利200610110234.7“鉛酸蓄電池鈦基泡沫鉛正負電極板柵材料及其制造方法”、中國專利技術專利03132621.8“鉛酸電池熱浸鍍泡沫鉛板柵及其制作方法”、中國專利技術專利96110730.8“鉛酸蓄電池負極泡沫鉛板柵的制作方法”)。然而，鉛酸蓄電池在酸性工作環(huán)境條件下，負載多孔海綿結構鉛的金屬和合金網(wǎng)基體或海綿結構金屬和合金基體容易受到酸性液體的浸蝕并損壞，從而失去對多孔海綿結構鉛的強化支撐作用，縮短了海綿結構鉛電極工作壽命，降低了其工作效率。
技術實現(xiàn)思路
為了克服現(xiàn)有技術的不足，本專利技術提供了一種用于鉛酸蓄電池的高性能海綿結構陶瓷增強骨架鉛負極柵材料及其制備方法，其所制備的負極柵材料不僅重量輕、表面積高、克服了海綿結構金屬鉛機械強度低及容易變形與折斷的缺點，而且由于海綿結構陶瓷增強骨架的高化學穩(wěn)定性，因而具有優(yōu)良的耐蝕性能，并顯著提高了陶瓷增強骨架海綿結構鉛負極材料的工作壽命和工作效率，具有很好的推廣應用前景。本專利技術解決其技術問題所采用的技術方案是：本專利技術首先提供一種用于鉛酸蓄電池的高性能海綿結構陶瓷增強骨架鉛負極柵材料，其特征在于，以海綿結構導電陶瓷作為增強骨架，所述海綿結構導電陶瓷表面電沉積有鉛鍍層。作為進一步的優(yōu)選實施方案，所述海綿結構導電陶瓷的孔隙率為50～95％，其孔徑范圍為0.1μm～10mm。本專利技術還提供一種上述用于鉛酸蓄電池的高性能海綿結構陶瓷增強骨架鉛負極柵材料的制備方法，包括如下步驟：S1.海綿結構導電陶瓷增強骨架的制備；S2.海綿結構導電陶瓷增強骨架表面金屬鉛電沉積。作為進一步的優(yōu)選實施方案，所述步驟S1具體包括如下操作：a1.漿料配制：將β-氧化鋁粉、鈉膨潤土和鈣膨潤土、納米鈦粉、硅溶膠、水玻璃加入到去離子水中，混合后形成漿料懸濁液。a2.聚氨酯海綿結構體掛漿處理：將海綿結構聚氨酯浸入漿料懸浮液中，并施以一定壓力排出聚氨酯海綿結構體內(nèi)的氣體，從而使?jié){料浸入聚氨酯海綿結構體內(nèi)。a3.聚氨酯海綿結構體的去除及后續(xù)熱處理：將掛漿后的聚氨酯海綿結構體模型在室溫下干燥1.5～3小時，然后裝入電爐中，在0.5～2MPa的氮氣氛圍下升溫至150～280℃，加熱固化10～30分鐘；然后升溫至400～700℃，保溫30～60分鐘以使聚氨酯海綿模型分解去除；繼續(xù)升溫至800～1500℃，保溫0.5～1.5小時以使?jié){料中的納米鈦粉與氮氣充分反應以生成具有優(yōu)良導電性能且化學穩(wěn)定的氮化鈦；繼續(xù)升溫至1700～1850℃，保溫2.5～4小時；最后爐冷至室溫，從而獲得海綿結構β-氧化鋁/氮化鈦導電陶瓷增強骨架。作為進一步的優(yōu)選實施方案，所述漿料懸濁液中各組分的質(zhì)量百分比分別為：β-氧化鋁粉12～38％，鈉膨潤土和鈣膨潤土共2～5％，納米鈦粉15～30％，硅溶膠1～5％，水玻璃2～7％，其余為去離子水。作為進一步的優(yōu)選實施方案，所述漿料懸浮液中鈉膨潤土和鈣膨潤土之間的質(zhì)量比為1.5：1。作為進一步的優(yōu)選實施方案，所述步驟S2具體包括如下操作：b1.去污處理：室溫下用丙酮與乙醇的混合液超聲波清洗制得的海綿結構導電陶瓷增強骨架5～10分鐘；b2.烘干：將經(jīng)去污處理后的海綿結構導電陶瓷增強骨架用去離子水漂洗，然后在25℃烘箱中持續(xù)烘干30分鐘；b3.將濃度為分析純的H2PbCl6、PbCl2、PbO2和NaOH依次加入到去離子水中，形成電沉積液；將海綿結構導電陶瓷增強骨架作為陰極，鉛板為陽極，以電壓幅值為5～30V、頻率為100～400Hz的交流電為電沉積電源，電沉積30～60分鐘，從而在海綿結構導電陶瓷增強骨架表面獲得鉛層。作為進一步的優(yōu)選實施方案，所述丙酮與乙醇的混合液中丙酮與乙醇的體積比為1：1。作為進一步的優(yōu)選實施方案，所述電沉積液中各組分濃度分別為：H2PbCl6(氯鉛酸)50～250ml/L、PbCl2(氯化鉛)140～340g/L、PbO2(二氧化鉛)25～210g/L、NaOH(氫氧化鈉)10～120g/L。本專利技術的積極效果：①通過本專利技術制備的陶瓷增強骨架海綿結構鉛負極柵材料不僅保留了海綿結構鉛的高孔隙率、比表面積大、質(zhì)量明顯輕于鉛等優(yōu)點，而且，由于海綿結構陶瓷作為其表面沉積鉛層的增強骨架，顯著提高了海綿結構電沉積鉛層的機械性能，克服了海綿結構金屬鉛機械強度低及容易變形與折斷的缺點。②由于海綿結構陶瓷增強骨架的高化學穩(wěn)定性，因而具有優(yōu)良的耐蝕性能，顯著提高了陶瓷增強骨架海綿結構鉛負極柵材料的工作壽命和工作效率。附圖說明圖1是本專利技術所述海綿結構陶瓷增強骨架鉛負極柵材料的制備流程圖。具體實施方式下面結合附圖對本專利技術的優(yōu)選實施例進行詳細說明。參照圖1，本專利技術優(yōu)選實施例提供一種用于鉛酸蓄電池的高性能海綿結構陶瓷增強骨架鉛負極柵材料，其特征在于，以孔隙率為50～95％、孔徑范圍為0.1μm～10mm的海綿結構導電陶瓷作為增強骨架，在該海綿結構導電陶瓷增強骨架表面電沉積鉛鍍層。上述用于鉛酸蓄電池的高性能海綿結構陶瓷增強骨架鉛負極柵材料的制備方法，由海綿結構陶瓷增強骨架制備過程和在其表面金屬鉛電沉積過程組成，具體地，包括以下步驟：①漿料配制：將β-氧化鋁粉、鈉膨潤土和鈣膨潤土、納米鈦粉、硅溶膠、水玻璃加入到去離子水中，混合后形成漿料懸濁液，所述漿料懸濁液中各組分的質(zhì)量百分比分別為：β-氧化鋁粉12～38％，鈉膨潤土和鈣膨潤土共2～5％，納米鈦粉15～30％，硅溶膠1～5％，水玻璃2～7％，其余為去離子水；所述漿料懸浮液中鈉膨潤土和鈣膨潤土之間的質(zhì)量比為1.5：1。②聚氨酯海綿結構體掛漿處理：將海綿結構聚氨酯浸入漿料懸浮液中，并施以一定壓力排出聚氨酯海綿結構體內(nèi)的氣體，從而使?jié){料浸入聚氨酯海綿結構體內(nèi)。③聚氨酯海綿結構體的去除及后續(xù)熱處理：將掛漿后的聚氨酯海綿結構體模型在室溫下干燥1.5～3小時，然后裝入電爐中，在0.5～2MPa的氮氣氛圍下升溫至150～280℃，加熱固化10～30分鐘；然后升溫至400～700℃，保溫30～60分鐘以使聚氨酯海綿模型分解去除；繼續(xù)升溫至800～1500℃，保溫0.5～1.5小時以使?jié){料中的納米鈦粉與氮氣充分反應以生成具有優(yōu)良導電性能且化學穩(wěn)定的氮化鈦；繼續(xù)升溫至1700～1850℃，保溫2.5～4小時；最后爐冷至室溫，從而獲得海綿結構β-氧化鋁/氮化鈦導電陶瓷增強骨架。④去污處理：室溫下用體積比為1：1丙酮與乙醇的混合液超聲波清洗制得的海綿結構導電陶瓷增強骨架5～10分鐘；⑤烘干：將經(jīng)去污處理后的海綿結構導電陶瓷增強骨架用去離子水漂洗，然后在25℃烘箱中持續(xù)烘干30分鐘；⑥將濃度為本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術保護點】
一種用于鉛酸蓄電池的高性能海綿結構陶瓷增強骨架鉛負極柵材料，其特征在于，其以海綿結構導電陶瓷作為增強骨架，所述海綿結構導電陶瓷表面電沉積有鉛鍍層。

【技術特征摘要】
1.一種用于鉛酸蓄電池的高性能海綿結構陶瓷增強骨架鉛負極柵材料，其特征在于，其以海綿結構導電陶瓷作為增強骨架，所述海綿結構導電陶瓷表面電沉積有鉛鍍層。2.根據(jù)權利要求1所述的一種用于鉛酸蓄電池的高性能海綿結構陶瓷增強骨架鉛負極柵材料，其特征在于：所述海綿結構導電陶瓷的孔隙率為50～95％，其孔徑范圍為0.1μm～10mm。3.一種權利要求1或2所述的用于鉛酸蓄電池的高性能海綿結構陶瓷增強骨架鉛負極柵材料的制備方法，其特征在于：包括如下步驟：S1.海綿結構導電陶瓷增強骨架的制備；S2.海綿結構導電陶瓷增強骨架表面金屬鉛電沉積。4.根據(jù)權利要求3所述的一種用于鉛酸蓄電池的高性能海綿結構陶瓷增強骨架鉛負極柵材料的制備方法，其特征在于：所述步驟S1具體包括如下操作：a1.漿料配制：將β-氧化鋁粉、鈉膨潤土和鈣膨潤土、納米鈦粉、硅溶膠、水玻璃加入到去離子水中，混合后形成漿料懸濁液。a2.聚氨酯海綿結構體掛漿處理：將海綿結構聚氨酯浸入漿料懸浮液中，并施以一定壓力排出聚氨酯海綿結構體內(nèi)的氣體，從而使?jié){料浸入聚氨酯海綿結構體內(nèi)。a3.聚氨酯海綿結構體的去除及后續(xù)熱處理：將掛漿后的聚氨酯海綿結構體模型在室溫下干燥1.5～3小時，然后裝入電爐中，在0.5～2MPa的氮氣氛圍下升溫至150～280℃，加熱固化10～30分鐘；然后升溫至400～700℃，保溫30～60分鐘以使聚氨酯海綿模型分解去除；繼續(xù)升溫至800～1500℃，保溫0.5～1.5小時以使?jié){料中的納米鈦粉與氮氣充分反應以生成具有優(yōu)良導電性能且化學穩(wěn)定的氮化鈦；繼續(xù)升溫至1700～1850℃，保溫2.5～4小時；最后爐冷至室溫，從而獲得海綿結構β-氧化鋁/氮化鈦導電陶瓷增強骨架。5.根據(jù)權利要求4所述的一種...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：李建國，趙明，
申請(專利權)人：山東清大銀光金屬海綿新材料有限責任公司，
類型：發(fā)明
國別省市：山東;37