动力型VRLA铅酸蓄电池常见失效模式及修复

电池技术　＜　２０１０年１、２月合刊

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铅酸蓄电池

动力型ＶＲＬＡ铅酸蓄电池常见失效模式及修复（下）

３．失效的动力型ＶＲＬＡ铅酸蓄电池的修复

动力型VRLA 铅酸蓄电池在使用寿命内的电性能失效百分之九十以上是可以修复的(特别是早期失效)。但并不是所有失效的铅酸蓄电池都能进行修复，如出现了短路和断路的电池、极板上活性物质严重脱落的电池、正极板严重软化的电池、极板严重损坏、极板严重变形的电池、电池塑料壳体严重变形和严重破裂的电池，以及电池塑料壳体底部出现大面积漏液的电池是不能进行修复的。所以可修复的铅酸蓄电池是因失水严重而失效、电极上活性物质发生严重的硫酸盐化而失效的电池;以及因磕碰、摔打、跌落等原因使电池壳体上部出现微弱裂缝而漏液造成失效的电池，即结构轻微损坏失效的电池。所以铅酸蓄电池的修复可分为对电性能失效的修复和对塑料壳体结构件失效的修复。

３．１对动力型ＶＲＬＡ铅酸蓄电池“电性能”失效的修复

对铅酸蓄电池电性能失效的修复可分为化学方法修复和物理方法修复。

３．１．１用化学方法对“电性能”失效的铅酸蓄电池修复［１］

化学方法对电性能失效的铅酸蓄电池的修复通常是采用加入化学活化剂方法，化学活化剂的品种较多，如添加纳米碳溶胶蓄电池活化剂，它是以纳米石墨为溶质主要成份的水溶液。3.1.1.1纳米碳溶胶蓄电池活化剂的活化机理

纳米碳溶胶蓄电池活化剂是以尺度在10－10~10－7米范围内的纳米碳(石墨)为主体并含有多种对蓄电池活化有效的(如纳米二氧化硅)、具有高活性的材料配制成的。由于碳在纳米尺度范围内时具有极大的比表面积和极高的比表面能，这就使其具有了许多异常的性能，如极高的化学活性、催化活性、表面选择吸附性、优异的导电性并自身带有负电荷。当把纳米碳溶胶蓄电池活化剂加入到电性能失效的铅酸蓄电池内部后，在电场的作用下纳米石墨迅速的被吸附到电极表面并进

一步渗透到电极的内部。吸附到电极上的活性物质之间，从而增加了活性物质间的结合强度；活性物质与板栅的结合强度；可以抑制活性物质的脱落和活性物质的硫酸盐化并可以使已钝化了的硫酸盐物质恢复活性。而且还恢复(降低)了电池的内阻，增加了电极的导电性，使电极的功能得到改善和恢复，电极的结构强度得以增加，从而在充放电时电能与化学能之间的转换得到改进和加强，提高了充、放电效率使蓄电池的容量得到了恢复，达到了修复的目的。3.1.1.2纳米碳溶胶蓄电池活化剂的使用方法

(A)对失水严重的铅酸蓄电池在加入活化剂前要先加入浓度为5%~10%的稀硫酸电解液,补加的电解液量控制在上下液面线之间偏上线的位置。

(B)按活化剂的使用添加量要求通过气塞孔均匀的从四周及中间加入到每个单体蓄电池内部并摇动均匀。纳米碳溶胶活化剂加完后电解液的液面线接近液面标示线的上线。

(C)立即对修复的电池充电，开始活化充电时充电电流要大于正常充电电流的50%左右，以便使纳米石墨在电场的作用下尽快的吸附到电极里面，大约充进40%左右的电量时再进行正常充电。首次活化的充电量为理论容量的120%~130%。

一般活化2~3个周次电池的电性能就能得以恢复，其放电容量在额定容量的98%以上的可认为修复完成。电池活化修复后，对电解液液面偏高的要抽出多余的电解液。

注：在电池活化前电池内部的电解液如果混浊并为棕色及有固体颗粒但放电容量接近额定容量的80%的电池，应把电解液全部倒出(或吸出)并用电池用纯净水清洗2次然后再加入使用浓度的硫酸电解液，再按前述方法对电池进行活化修复。3.1.1.3纳米碳溶胶铅酸蓄电池活化剂的使用效果

(A)矿灯铅酸蓄电池使用纳米碳溶胶蓄电池活化剂修复的试验结果见表1

■<贵州航天职业技术学院 姜 莉■<贵州遵义梅岭蓄电池厂 丁 毅■<杭州绿岛新能源开发有限公司 隗玉林

摘要：本文介绍了动力型ＶＲＬＡ铅酸蓄电池常见的失效模式。失效产生的原因。失效的判断及失效电池修复的有效方法。通过对失效的动力型ＶＲＬＡ铅酸蓄电池有效修复，可以较好的延长电池的使用寿命

关键词： 铅酸电池　动力型　失效模式　修复

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(B)对内燃机车用铅酸蓄电池活化修复试验结果

对内燃机车上配套使用的NG462型号铅酸蓄电池进行活化修复试验，在未加活化剂前三块电池的平均放电容量是178.33Ah ，向每个单体内加入200ml 纳米碳溶胶活化剂，经过三个周次的活化修复后其放电平均容量达到267.5Ah ，修复的电池容量提高了50%左右。

表１矿灯用铅酸蓄电池的修复试验结果

注：

１　试验用的矿灯铅酸蓄电池是已使用了一年的电池；２　试验数据是贵州航天纳米科技有限公司付援朝总经理提供的；

3.1.1.4纳米碳溶胶铅蓄电池活化剂的适用范围

纳米碳溶胶铅酸蓄电池活化剂最适用于富液型的各种铅酸蓄电池的修复，对VRLA 铅酸蓄电池的修复也有较好效果；但对胶体电解质电池的修复效果不明显。３．１．２铅酸蓄电池常用的添加剂

A 磷酸(H 3PO 4)及其盐类: 磷酸及其盐类加到电池的正极板或电解液中,可以减少正极板活性物质的脱落,降低和减缓正极板软化的程度,提高蓄电池的循环寿命;改善板栅材料与腐蚀产物的结合强度;降低硫酸铅阻挡层的生成;可减轻蓄电池的自放电;在胶体电解质中添加磷酸盐可以使胶体更稳定。但添加后会使电池的初期容量下降；电池的低温性能差，并易短路。

B 硫酸羟胺[(NH 2OH)2H 2SO 4]：在铅酸蓄电池使用到容量70%以上时，向电解液中加入浓度为0.5%~1%的硫酸羟胺,可以提高电池的后续容量,即提高电池的使用寿命，但不要过早的加入。

C 硫酸钴(CoSO 4)：向电解液中加入硫酸钴或磷酸钴可以提高铅酸蓄电池使用寿命。因钴离子可以使板栅腐蚀膜密度增大，从而使板栅和活性物质的结合增强，有效抑制正极活性物质的软化脱落；钴离子对二氧化铅的晶形结构也有影响。

D 硫酸亚锡(SnSO 4)：硫酸亚锡可以渗透到极板的内部，降低铅酸蓄电池的内阻(铅酸蓄电池的导电能力远远大于硫酸铅)，使充电后期电池的电动势降低，可提高电池充电时电量的接受能力，缓解电池的极化，并提高了电池的深度放电能力。在早期容量损失的电池电解液中加入硫酸亚锡，电池的容量可以得到很好的恢复。

E 硫酸的碱金属、碱土金属盐类：硫酸钾(K 2SO 4)、硫酸钠(Na 2SO 4)、硫酸镁(MgSO 4)等硫酸的碱金属、碱土金属盐类添加到铅酸蓄电池的电解液中均能提高电池的寿命。因为硫酸的碱金属、碱土金属盐类具有抑制枝晶的生成和防止短路的作用，并对防止早期容量衰退及电池过放电后的恢复有一定的作用。

选择添加剂要注意环保，尽量选用无毒或低毒的铅酸蓄电池添加剂。

３．１．３用物理方法对“电性能”失效的动力型ＶＲＬＡ铅酸蓄电池的修复［２］

用物理方法对电性能失效的铅酸蓄电池修复是用充电设备提供的充电模式创新——充电电流的变化来实现的。

用变幅脉冲充电技术对电性能失效的铅酸蓄电池修复3.1.3.1变幅脉冲充电技术对失效铅酸蓄电池修复机理

变幅脉冲铅酸蓄电池修复技术主要是对电性能失效的电池在修复充电过程中充电模式的设定是在变化特性的电池

内阻和电压达到一定值时自动的引入一个间隙性的负脉冲充电，这种充电模式可以使失效了的电池电极上已钝化的硫酸铅层被击穿，使电极上失去活性的物质恢复活性。在设定的充电模式下，随修复电池的电压变化电流也随之变化，正、负脉冲充电电流逐渐减小，平均电流降低，使失效的电池得到了充分的活化而达到修复的目的。

3.1.3.2使用变幅脉冲铅酸蓄电池修复仪对电性能失效电池的修复操作

A 对失水严重的电池进行补充电解液，方法见3.1.1.2(A);

B 对修复的电池进行小电流予放电；

小电流予放电可以使电解液更容易浸润到电极内部，使表面已生成钝化层的活性物质(钝化了的硫酸铅)在小电流放电时产生比较疏松的硫酸铅分子，这有助于钝化了的硫酸铅活化并再度参加电化学反应。

C 修复充电

可采用变幅脉冲铅酸蓄电池修复仪来对电性能失效的电池修复充电。一开始要用大电流对失效的电池充电，当电池的电压和内阻达到一定值时会自动的引入脉冲充电；正脉冲电流一般≥0.3C ，负脉冲电流一般≥0.1C ，终止时单体电池电压控制在2.63V~2.70V 之间。充电电流会随电池的电压升高而逐步下降，这可以避免长时间大电流充电造成电极的损坏和失水。一般修复充电的充电容量控制在额定容量的120%左右，时间控制在10h~12h 之间。

D 第一次修复充电后的容量检测

第一次修复充电完成后应搁置2小时，其后检察电池的开压，若一切正常可按要求的放电电流放电，放至单体电压到1.75V ，放出的容量应不少于额定容量的95%。

E 第二次修复充电

对于长时间没有使用或失水严重及硫酸盐化严重引起电性能失效的电池仅一次性修复很难使电池的容量恢复到额定容量的95%以上；需要对容量恢复到额定容量80%以上的电池进行第二次修复。第二次修复的充电方法与第一次相同。一般只是电性能失效的电池第二次修复后其电池容量可以恢复到额定容量的98%以上；这时可认为修复完成，电池再充电后就可以提交使用。如果第二次修复放电容量低于额定容量