鉛酸蓄電池的修復(fù)技術(shù)
來源：http://www.link2linktech.com/news117.html
發(fā)布時間：2018-01-27
隨著電力供配電行業(yè)，通信、通訊行業(yè)及電動車輛的發(fā)展，也帶動了為其配套的電源--蓄電池行業(yè)的發(fā)展和技術(shù)上的進步與創(chuàng)新。由于鉛酸蓄電池具有優(yōu)異的性價比，所以目前國內(nèi)外市場上除了便攜式電子產(chǎn)品外，為電動車輛、UPS系統(tǒng)、電訊設(shè)施（電信中心，衛(wèi)星地面站）、內(nèi)燃機車、汽車、電站、變電站、應(yīng)急電源、船舶及無電區(qū)光明工程的儲能電源等95%以上都是使用的鉛酸蓄電池。鉛酸蓄電池2005年總產(chǎn)量為6645萬千伏安，總產(chǎn)值為350億元；2006年的總產(chǎn)量上升為8457萬千伏安，總產(chǎn)值為420億元，占全國電池行業(yè)總產(chǎn)值的三分之一左右（數(shù)據(jù)由江蘇雙登電源集團公司戴經(jīng)明顧問提供）。
型號不同、使用環(huán)境條件不同的電池，其設(shè)計使用壽命也不同。如固定型排氣式的鉛酸蓄電池在20℃~25℃，浮充充電條件下使用其壽命有15年；VRLA鉛酸蓄電池在浮充電條件下使用其壽命在5~10年；牽引型（動力型）排氣式鉛酸蓄電池壽命為1500周次；動力型VRLA鉛酸蓄電池壽命為700次左右；電動自行車、電動摩托車、電動三輪車配套的鉛酸蓄電池壽命只有350周次左右，即一年；汽車上配套的點火，照明，起動用的VRLA鉛酸蓄電池一般壽命為3~5年；所以鉛酸蓄電池的修復(fù)對于市場占有量最大，使用頻率最高，使用范圍最廣、壽命較短且易出現(xiàn)早期失效的鉛酸蓄電池是主要工作的對象。這些易出現(xiàn)早期失效的電池對其修復(fù)后可以再次提交使用，因此大大的延長了電池的使用壽命，達到了既環(huán)保又節(jié)約節(jié)能的目的。
2 鉛酸蓄電池早期失效的主要原因
鉛酸蓄電池早期失效的主要原因有以下幾個方面：
（1）鉛酸蓄電池自身的品質(zhì)和制造質(zhì)量問題；
（2）與鉛酸蓄電池配套的充電設(shè)備（充電器）的充電模式與電池不匹配問題；
鉛酸蓄電池充電時如果與充電設(shè)備（充電器）不匹配，充電電壓過高，充電時間過長會導致電解液（硫酸水溶液）中的水分解加速，產(chǎn)生的氫氣、氧氣在電池內(nèi)部不能完全復(fù)合，因此加速了蓄電池的失水，并使極板的腐蝕增大，加速蓄電池的老化和出現(xiàn)早期失效。
（3）鉛酸蓄電池的使用者不能按照電池的使用維護要求使用和維護電池；
如果對鉛酸蓄電池過度使用會造成電量透支，使正極板上二氧化鉛粒子間的導電橋退化，會失去部分二氧化鉛粒子間的接觸及二氧化鉛粒子與板柵間接觸，這就意味著孤立的粒子不再參與電化學反應(yīng)，活性物質(zhì)的機械強度減弱，脫落的可能性增大。過度使用（過放電）還會使負極活性物質(zhì)中的膨脹劑因氧化而失去作用，并會增加不可逆硫酸鹽的結(jié)晶生成。經(jīng)常的過度使用（過度放電）會導致活性物質(zhì)過早的失去活性，充電時活性物質(zhì)的轉(zhuǎn)化能力減弱，從而導致鉛酸蓄電池容量衰減加速并出現(xiàn)早期失效。
（4）摔打、跌落、碰撞造成電池塑料殼體的損傷，嚴重時會造成極耳和極板內(nèi)部的損傷使電池完全失效，過早報廢。
3 失效鉛酸蓄電池的修復(fù)
并不是所有失效的鉛酸蓄電池都能進行修復(fù)，如出現(xiàn)了短路和斷路的電池、極板上活性物質(zhì)嚴重脫落的電池、極板嚴重損壞，嚴重變形的電池、電池塑料殼體嚴重變形和嚴重破裂的電池，以及電池塑料殼體底部出現(xiàn)大面積漏液的電池是不能進行修復(fù)的。所以可修復(fù)的鉛酸蓄電池是因失水嚴重而失效、電極上活性物質(zhì)發(fā)生嚴重的硫酸鹽化而失效的電池，以及因磕碰、摔打、跌落等原因使電池殼體上部出現(xiàn)微弱裂縫而漏液造成失效的電池，即結(jié)構(gòu)輕微失效的電池。所以鉛酸蓄電池的修復(fù)可分為對電性能失效的修復(fù)和對塑料殼體結(jié)構(gòu)件失效的修復(fù)。
3.1 對電性能失效的鉛酸蓄電池修復(fù)
對電性能失效的鉛酸蓄電池修復(fù)可分為化學方法修復(fù)和物理方法修復(fù)。
3.1.1用化學方法對電性能失效的鉛酸蓄電池修復(fù)[1]
化學方法對電性能失效的鉛酸蓄電池的修復(fù)通常是采用加入化學活化劑方法，如添加納米碳溶膠蓄電池活化劑，它是以納米石墨為溶質(zhì)主要成份的水溶液。
3.1.1.1活化機理
納米碳溶膠蓄電池活化劑是以尺度在10-10~10-7米范圍內(nèi)的納米碳（石墨）為主體并含有多種對蓄電池活化有效的（如納米二氧化硅）、具有高活性的材料配制成的。由于碳在納米尺度范圍內(nèi)時具有極大的比表面積和極高的比表面能，這就使其具有了許多不尋常的性能，如極高的化學活性、催化活性、表面選擇吸附性、優(yōu)異的導電性并自身帶有負電荷。當把納米碳溶膠蓄電池活化劑加入到電性能失效的鉛酸蓄電池內(nèi)部后，在電場的作用下納米石墨迅速的被吸附到電極表面并進一步滲透到電極的內(nèi)部。吸附到電極上的活性物質(zhì)之間，從而增加了活性物質(zhì)間的結(jié)合強度；活性物質(zhì)與板柵的結(jié)合強度；可以抑制活性物質(zhì)的脫落和活性物質(zhì)的硫酸鹽化并可以使已鈍化的硫酸鹽物質(zhì)恢復(fù)活性。而且還降低了電池的內(nèi)阻，增加了電極的導電性，使電極的功能得到改善和恢復(fù)，電極的結(jié)構(gòu)強度得以增加，從而在充放電時電能與化學能之間的轉(zhuǎn)換得到改進和加強，提高了充、放電效率使蓄電池的容量得到了恢復(fù)，達到了修復(fù)的目的。
3.1.1.2納米碳溶膠蓄電池活化劑的使用方法
（1）對失水嚴重的鉛酸蓄電池在加入活化劑前要先加入濃度為5%~10%的稀硫酸電解液，補加的電解液量控制在上下液面線之間偏上線的位置。
（2）按活化劑的使用添加量要求通過氣塞孔均勻的從四周及中間加入到每個單體蓄電池內(nèi)部并搖動均勻。納米碳溶膠活化劑加完后電解液的液面線接近液面標示線的上線。
（3）立即對修復(fù)的電池充電，開始活化充電時充電電流要大于正常充電電流的50%左右，以便使納米石墨在電場的作用下盡快的吸附到電極里面，大約充進40%左右的電量時再進行正常充電。首次活化的充電量為理論容量的120%~130%。
一般活化2~3個周次后電池的電性能就能得以恢復(fù)，其放電容量在額定容量的98%以上的可認為修復(fù)完成。電池活化修復(fù)后對電解液液面偏高的要抽出多余的電解液。
在電池活化前電池內(nèi)部的電解液如果混濁并為棕色及有固體顆粒但放電容量接近額定容量的80%的電池，應(yīng)把電解液全部倒出（或吸出）并用電池用純凈水清洗2次，然后再加入使用濃度的硫酸電解液，再按前述方法對電池進行活化修復(fù)。
3.1.1.3納米碳溶膠鉛酸蓄電池活化劑的使用效果
（1）礦燈鉛酸蓄電池使用納米碳溶膠蓄電池活化劑修復(fù)的試驗結(jié)果見表1。試驗用的礦燈鉛酸蓄電池是已使用了一年的電池；試驗數(shù)據(jù)由貴州航天納米科技有限公司付援朝總經(jīng)理提供。
（2）對內(nèi)燃機車上配套使用的NG462型號鉛酸蓄電池進行活化修復(fù)試驗，在未加活化劑前三塊電池的平均放電容量是178.33Ah，向每個單體內(nèi)加入200ml納米碳溶膠活化劑，經(jīng)過三個周次的活化修復(fù)后其放電平均容量達到267.5Ah，修復(fù)的電池容量提高了50%左右。
表1 礦燈用鉛酸蓄電池的修復(fù)試驗結(jié)果
納米碳溶膠鉛酸蓄電池活化劑最適用于富液型的各種鉛酸蓄電池的修復(fù)，對VRLA鉛酸蓄電池的修復(fù)也有一定效果；但對膠體電解質(zhì)電池的修復(fù)效果不明顯。
3.1.2用物理方法對電性能失效的鉛酸蓄電池的修復(fù)
用物理方法對電性能失效的鉛酸蓄電池修復(fù)是用充電設(shè)備提供的充電模式創(chuàng)新—充電電流的變化來實現(xiàn)的。
3.1.2.1用變幅脈沖充電技術(shù)對電性能失效的鉛酸蓄電池修復(fù)[2]
（1）變幅脈沖充電技術(shù)對失效鉛酸蓄電池修復(fù)機理
變幅脈沖鉛酸蓄電池修復(fù)技術(shù)主要是對電性能失效的電池在修復(fù)充電過程中充電模式的設(shè)定，是在變化特性的電池內(nèi)阻和電壓達到一定值時自動的引入一個間隙性的負脈沖充電，這種充電模式可以使失效了的電池電極上已鈍化的硫酸鉛層被擊穿，使電極上失去活性的物質(zhì)恢復(fù)活性。在設(shè)定的充電模式下，隨修復(fù)電池的電壓變化，電流也隨之變化，正、負脈沖充電電流逐漸減小，平均電流降低，使失效的電池得到充分的活化而達到修復(fù)的目的。
（2）使用變幅脈沖鉛酸蓄電池修復(fù)儀對電性能失效電池的修復(fù)操作
a）對失水嚴重的電池進行補充電解液，方法見3.1.1.2（1）；
b）對修復(fù)的電池進行小電流預(yù)放電；
小電流預(yù)放電可以使電解液更容易浸潤到電極內(nèi)部，使表面已生成鈍化層的活性物質(zhì)（硫酸鉛）在小電流放電時產(chǎn)生比較疏松的硫酸鉛分子，這有助于鈍化的硫酸鉛活化并再度參加電化學反應(yīng)。
c）修復(fù)充電
可采用變幅脈沖鉛酸蓄電池修復(fù)儀來對電性能失效的電池修復(fù)充電。一開始要用大電流對失效的電池充電，當電池的電壓和內(nèi)阻達到一定值時會自動的引入脈沖充電；正脈沖電流一般≥0.3C，負脈沖電流一般≥0.1C，終止時單體電池電壓控制在2.63V~2.70V之間。充電電流會隨電池的電壓升高而逐步下降，這可以避免長時間大電流充電造成電極的損壞和失水。一般修復(fù)充電的充電容量控制在額定容量的120%左右，時間控制在10h~12h之間。
d）一次修復(fù)充電后的容量檢測
一次修復(fù)充電完成后應(yīng)擱置2小時，其后檢察電池的開路電壓，若一切正?？砂匆蟮姆烹婋娏鞣烹?，放至單體電壓到1.75V，放出的容量應(yīng)不少于額定容量的95%。
e）第二次修復(fù)充電
對于長時間沒有使用或失水嚴重及硫酸鹽化嚴重引起電性能失效的電池僅一次性修復(fù)很難使電池的容量恢復(fù)到額定容量的95%以上；需要對容量恢復(fù)到額定容量80%以上的電池進行第二次修復(fù)。第二次修復(fù)的充電方法與一次相同。一般只是電性能失效的電池第二次修復(fù)后其電池容量可以恢復(fù)到額定容量的98%以上；這時可認為修復(fù)完成，電池再充電后就可以提交使用。如果第二次修復(fù)放電容量低于額定容量的85%則認為該電池徹底失效不可修復(fù)。
（3）使用變幅脈沖蓄電池修復(fù)(儀)技術(shù)的試驗結(jié)果
表2為使用變幅脈沖蓄電池修復(fù)儀對電動助動車用的VRLA鉛酸蓄電池修復(fù)試驗結(jié)果。其中，12Ah電池放電電流為5A，20Ah電池的放電電流為6A，表內(nèi)的數(shù)據(jù)由江蘇南通天港電源廠張繼華廠長提供，試驗是采用浙江省華源電力電子技術(shù)有限公司研究生產(chǎn)的MCZ型鉛酸蓄電池修復(fù)儀。
表2 電動助動車用VRLA鉛酸蓄電池修復(fù)試驗結(jié)果
變幅脈沖鉛酸蓄電池修復(fù)(儀)技術(shù)主要適用于嚴重失水和嚴重硫酸鹽化的鉛酸蓄電池，特別適用于電動助動車和UPS用的小容量VRLA鉛酸蓄電池。也可以用于電池生產(chǎn)線上對落后電池的修復(fù)，可提高電池的配組率。若使大功率的電子原件組裝修復(fù)設(shè)備也可以對大容量電性能失效的電池進行修復(fù)。但這種修復(fù)技術(shù)(儀)只能在電池離線情況下修復(fù)。
修復(fù)后的電動車用鉛酸蓄電池根據(jù)每個電池的內(nèi)阻和容量情況再重新配組使用。
3.1.2.2 用掃描共振頻率技術(shù)對電性能失效的鉛酸蓄電池修復(fù)[3]
（1）掃描共振頻率技術(shù)修復(fù)鉛酸蓄電池的機理
掃描共振頻率技術(shù)修復(fù)電性能失效的鉛酸蓄電池是以頻率和推進電壓的掃描變化來掃描所有不同束縛能極的狀態(tài)，并以各種特定的共振頻率輸送特定的能量，從而打破該束縛能級狀態(tài)，使鈍化了的硫酸鉛分子轉(zhuǎn)化為最不穩(wěn)定的硫酸鉛分子，然后在充電過程中從電池極片上逐漸脫離而轉(zhuǎn)化為游離離子狀態(tài)進入電解液中，從而完全改變電池的硫酸鹽化狀態(tài)，完成對電性能失效的鉛酸蓄電池的修復(fù)。
脈沖電流用來消除鈍化的硫酸鉛分子的機理：因為硫酸鉛分子具有五個不同的能帶，隨著電池使用時間的增長，硫酸鉛分子會從不穩(wěn)定的較高能帶逐漸向穩(wěn)定的最低能帶躍遷，形成非常穩(wěn)定的分子鍵合結(jié)構(gòu)。根據(jù)量子理論可知對于分子穩(wěn)定的躍遷各能帶都有的頻率，要消除硫酸鉛的鈍化和沉積，需要“共振脈沖”的特殊脈沖將特定的能量傳遞給硫酸鉛鍵，從而激發(fā)該硫酸鉛分子逐步向高的能帶躍進，最終到達最高能帶狀態(tài)。從而硫酸鉛分子能夠完全轉(zhuǎn)化為最不穩(wěn)定的分子。在充電時從電極上逐漸脫離而轉(zhuǎn)化為離子狀態(tài)(Pb2+和SO42-)進入到電解液中，這就解決了鉛酸蓄電池的硫酸鉛鈍化問題，從而將極板上活性物質(zhì)恢復(fù)到正常狀態(tài)，使電性能得到恢復(fù)，完成了對失效的電池修復(fù)。
掃描共振頻率裝置可產(chǎn)生可變頻率，可變寬度，可變幅度的掃描脈沖，以連續(xù)可變的方式對鉛酸蓄電池(組)進行掃描，其振蕩頻率依據(jù)鉛酸蓄電池的類型、硫酸鹽化程度、放電狀態(tài)等的不同可在很大范圍內(nèi)變化，通過檢測并分析由多個鉛酸蓄電池組成的電池組電壓的一致性以及落后電池的內(nèi)阻變化情況，以確定電池組硫酸鹽晶體化的共振狀態(tài)，一旦找到并確定了共振點，該裝置便輸出特定頻率寬度及幅度的共振脈沖，以修復(fù)落后電池并恢復(fù)蓄電池(組)的一致性。采用掃描共振頻率技術(shù)可以徹底的將極板上鈍化了的硫酸鉛軟化，分解還原成活性物質(zhì)，從而恢復(fù)了極板上活性物質(zhì)的電化學性能，使失效或落后的鉛酸蓄電池得到電性能的修復(fù)。
（2）掃描共振頻率技術(shù)(裝置)對落后或電性能失效電池的修復(fù)操作
a）對失水嚴重的電池進行補充電解液，方法同3.1.1.2（1）。
b）將掃描共振頻率裝置連接到電池(組)的正、負極上，按使用要求對落后或電性能失效的電池進行修復(fù)。為防止電池工作狀態(tài)對修復(fù)的干擾在線路中應(yīng)串一個同步干擾抑制模塊。
c）測量被修復(fù)電路中電池的電壓和內(nèi)阻，失效的或落后的電池電壓和內(nèi)阻與其它電池基本一致時可以認為修復(fù)完成。
（3）掃描共振頻率鉛酸蓄電池修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用范圍
可用于通信、通訊系統(tǒng)、UPS系統(tǒng)、衛(wèi)星地面站等設(shè)施的電池機房。該技術(shù)(裝置)的最大特點是落后或失效的電池可以在線修復(fù)，不必把有問題的電池從供配電系統(tǒng)中取下，是屬于在線智能修復(fù)，可無需人員值班，修復(fù)激活電池時也不會給電池帶來損壞。
3.2鉛酸蓄電池殼體損壞的修復(fù)
鉛酸蓄電池在使用過程中有時會出現(xiàn)碰撞、跌落、摔打的現(xiàn)象，這就會造成電池的塑料殼體被損壞。對于只有輕微損壞（如外殼有輕微縫隙、漏電解液并不嚴重、內(nèi)部電極并未損壞）的可以進行修復(fù)，但修復(fù)后不應(yīng)影響電池在設(shè)備上的裝配。
3.2.1用粘合技術(shù)對鉛酸蓄電池外殼損傷的修復(fù)操作
按正丁酮 100 ml + 20 g ABS(或SAN)塑料料粒的配比配制膠液，不斷搖動，使固體料粒完全溶解并成均勻液，待用（膠液用后密封好，可以長期使用）。把鉛酸蓄電池外殼損傷處擦拭潔凈，粘接面上不能有粉塵，粉狀顆粒，油污及電解液并應(yīng)平整。取潔凈的尺寸適度的ABS(或SAN)塑料板塊(板塊的尺寸各方向上要大于裂縫5mm以上，厚度和電池外殼壁相當，待用。取適量的膠液涂抹于鉛酸蓄電池外殼的損傷處及周邊5mm以上的地帶，再把裁剪好的塑料板塊緊壓在涂好膠的電池外殼損傷處并平壓緊，12小時以后待膠液完全干涸后檢查不漏，可以認為修復(fù)完成，可提交使用。應(yīng)注意的是粘接面必需平整，粘接處必需平壓緊。被修復(fù)的電池在修復(fù)前若漏電解液較多時應(yīng)補加使用濃度的硫酸電解液在充電活化后方可提交使用。
粘合修復(fù)鉛酸蓄電池技術(shù)適用于電池殼體材料有溶劑可溶的，如ABS(丙烯晴、苯乙烯、丁二烯共聚物)，改性ABS工程塑料，SAN工程塑料(苯乙烯、丙烯晴共聚物)等。
3.2.2用熱熔粘合技術(shù)對殼體損傷的鉛酸蓄電池的修復(fù)
3.2.2.1熱熔粘合機理
因為絕大多數(shù)鉛酸蓄電池外殼都是采用注塑加工成型的，使用的原材料都是熱塑性工程塑料。熱塑性工程塑料在一定的溫度下會熔化使之處于粘流態(tài)或熔融態(tài)，熔融的膠料流動到受熱的蓄電池外殼上的損傷處，并相互浸潤滲透，冷卻后形成一個整體達到粘合修補修復(fù)的目的。
3.2.2.2熱熔膠粘合修復(fù)操作
對鉛酸蓄電池的損傷面進行潔凈處理，粘接面不應(yīng)有酸液、粉塵、油污和粒狀雜質(zhì)。用熱熔槍對熱熔膠棒加熱并對修復(fù)處適當加熱，使熱熔膠棒熔化并流落到電池殼體的損傷處，熱熔膠粘合面各方向上的膠液要大于損傷縫隙處5mm以上，損傷縫隙粘合膠面的厚度不小于電池外殼的壁厚，熱熔膠合面可以適當加壓有利于粘合牢固，自然冷卻12小時后檢查不漏，可以認為修復(fù)完成，可提交使用。
熱熔膠粘合修復(fù)可以用熱熔膠棒，也可以用與電池殼體相同材料的棒(板)材料，作為熱熔膠合材料，后者效果會更好。對熔膠粘合修復(fù)前失液過多的電池修復(fù)后應(yīng)補加使用濃度的電解液到液面線的中間部位并充電后再提交使用。
熱熔膠粘合修復(fù)適用于所有的熱塑性工程塑料制作的電池殼體修復(fù)，特別是沒有溶劑的熱塑性工程塑料制作的電池殼體破裂的修復(fù)，如PP(聚丙烯)，改性增強PP(滑石粉強化的聚丙烯)等。
對于極拄處，或蓋子上出現(xiàn)的輕微縫隙也可以用上述熱熔粘合方法進行修復(fù)。
4 結(jié)語
鉛酸蓄電池的修復(fù)技術(shù)是最近幾年才發(fā)展起來的一項應(yīng)用技術(shù)，是一項綠色環(huán)保的修復(fù)技術(shù)，不管是使用添加化學活化劑來修復(fù)還是使用物理方法充電模式的改變來對早期電性能失效或已到使用期，但電極未損壞的鉛酸蓄電池進行修復(fù)都是很有效的，是既經(jīng)濟又節(jié)約的方法。如果把加化學活化劑的方法和加變幅脈沖充電方法結(jié)合起來進行對電性能失效的鉛酸蓄電池修復(fù)效果會更好。通常情況下90%以上的失效電池都具有可修復(fù)性，可以進行三次左右的修復(fù)，可以延長電動車用鉛酸蓄電池的壽命一年左右。用掃描共振頻率技術(shù)對UPS用鉛酸蓄電池的修復(fù)和供配電機房用的鉛酸蓄電池的在線修復(fù)更為經(jīng)濟有效，可以減少因部分電池的失效而對電池的更換。用膠接粘合或用熱熔膠粘合技術(shù)修復(fù)因碰撞、跌落、摔打造成的機械損傷的電池殼體是很有效的修復(fù)方法。對鉛酸蓄電池修復(fù)技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用體現(xiàn)了對建設(shè)環(huán)保型社會的理解和貫徹。電池的修復(fù)延長了電池的使用壽命，可以為使用者減少購置新電池的經(jīng)費支出，減少了供應(yīng)電池的壓力，從而可以減少因鉛酸蓄電池的生產(chǎn)產(chǎn)生對環(huán)境的汚染，是很有價值并值得推廣應(yīng)用的新技術(shù)。
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