板栅是铅酸蓄电池主要组成部件，是电极的集电骨架，起传导、汇集电流并使电流分布均匀的作用，同时对活性物质起支撑作用，是活性物质的载体。制备板栅的材料应具有一定的机械性能、耐腐蚀性能、导电性能、优良的铸造性能和焊接性能，而且要原料廉价易得，对环境友好。目前研发的铅酸蓄电池板栅材料既有传统的铅锑合金和铅钙合金，也有新型铅稀土多元合金、铅石墨合金和铅石墨烯合金，以及为减轻板栅重量而发明的轻型复合板栅材料。本文主要对比介绍这五类板栅材料的研究现状和成果，以期为相关生产和研究提供参考。

1 铅锑合金

铅锑合金机械性能好，熔点低，流动性好，易于浇铸，是制备铅酸蓄电池板栅的典型材料[1]。最初使用的铅锑合金中锑含量较高，为7%～12%，之后广泛使用的是5%～7%。铅锑合金在使用中存在四个问题，一是电阻率会随锑含量的增加而增高；二是充电时锑溶解后沉积在活性物质中，降低了活性物质表面气体的析出超电位，导致充电时水分分解和存放时电池的自放电；三是过充电时有毒气体SbH3逸出；四是正极板栅的腐蚀速度会随锑含量的增加而加快。如果锑含量降低，合金的铸造性能和机械性能也会随之降低。有选择性地加入少量的其它元素是改良和提升铅锑合金性能的好办法，如添加砷、镉、锡、铜等。

较为成熟的Pb-Sb-As三元合金组成为Pb-Sb(3.5%～6%)-As(0.1%～0.15%)。当砷含量超过0.15%时，板栅变脆易断裂[2-4]。为了克服Pb-Sb-As三元合金的缺点，衍生出了Pb-Sb-As-Sn和Pb-Sb-As-Cu等四元合金。砷是剧毒物质，通过各种途径进入环境和人体后会带来严重后果，因此含砷合金将会逐渐被淘汰。

锑含量低于2%的合金也称为低锑合金，低锑合金可以提高板栅的耐腐蚀性和减少水的损失，低锑合金最大的问题是“热裂”。镉可以帮助板栅消除裂纹，Pb-Sb-Cd合金性能非常优良，常见的组成是Pb-Sb(1%～2%)-Cd(1.5%～2.0%)。美国GNB蓄电池科技公司在生产免维护电池中使用了这种合金。顾秀峰[5]、罗红宇[6]的研究也证明Pb-Sb-Cd合金比Pb-Sb合金板栅更耐腐蚀，电池循环使用寿命更长。基于镉对环境和人体有害，国家已经严厉禁止这种合金的生产和使用[7]。

2 铅钙合金

铅钙合金是免维护蓄电池的主流板栅材料，具有众多优良的特性。但是其抗蠕变性能差，铸造过程中钙易烧损，深循环性能差等缺点也很突出，常常加入铝、锡、银等元素来有针对性地弥补这些缺陷。目前，铅酸蓄电池厂普遍使用Pb-Ca-Sn-Al合金。研究表明，添加铝可以有效减少钙的氧化损失[8]，原理是铝浮于熔液表面形成氧化物膜，阻碍了空气与钙的接触。添加锡可以改善电池的早期容量损失，提高循环寿命[9]。许磊等[10]研究发现添加锡还可以提高合金的硬度和耐腐蚀性。王力臻等[11]通过研究锡对Pb-Ca-Sn-Al合金性能的影响也得到相同的结论。胡耀波等[12]研究了Pb-Ca-Sn-Al四元合金中Sn对合金极化和腐蚀速率的影响及Al的烧损保护作用，结果表明添加1.3%的Sn和0.015%的Al最为合适。

为进一步提高Pb-Ca-Sn-Al合金的抗蠕变性能、强度和深循环性能，可添加第五种合金元素。银可以提高合金的耐蠕变能力[13]，但因为银的价格昂贵，使用受到一定限制。添加适量的钠可提高合金的强度[1]。铋可以提高合金的硬度和铸造性能，防止早期容量损失，改善蓄电池的深循环性能[13-14]。铋是否会降低合金析气超电势尚有争议[15-18]。

3 铅石墨和铅石墨烯合金

2004年，英国曼彻斯顿大学物理学家NOVOSELOV和GEIM[19]两人用微机械剥离法成功从石墨中分离出石墨烯，自那以后石墨烯材料受到了极大的关注。国内外众多学者对石墨和石墨烯有关的材料在电池方面的应用也做了大量研究，已取得了一系列重要进展。将石墨、石墨烯或炭纳米管添加到铅膏中可以维持负极的电化学活性，从而提高电池的循环性能[20-21]。侯超[22]分别向负极中掺入0.2%膨化石墨烯和石墨烯纳米片制备出的电池循环次数均高达12 000余次。铅-石墨烯合金制备的板栅硬度高，抗蠕变能力好，易于铸造，抗腐蚀能力强，析气超电位高，制成的电池循环寿命长。陈振富、石沫等[23-25]均公布了铅酸蓄电池用铅石墨烯板栅合金的制备方法。

俄罗斯学者YOLSHINA等[26]制备了铅-石墨(LC1)和铅-石墨烯(LC2)两种合金，分别研究了LC1和LC2作为铅酸蓄电池正极板栅的电化学特性、腐蚀行为和腐蚀后的电化学特性。热轧铅-石墨合金箔中石墨的电镜扫描图像和拉曼光谱如图1所示。热轧铅-石墨烯合金箔中石墨烯的电镜扫描图像和拉曼光谱如图2所示。

文章来源：《特种铸造及有色合金》 网址: http://www.tzzzjyshjzz.cn/qikandaodu/2021/0508/660.html