废旧电池修复原理与方法

废旧电池修复原理与方法电池又称化学电源，是能为用电器提供直流电源的装置，化学电源是通过氧化还原的电化学反应，将化学能转化为电能。一次电池是一次性应用的电池，二次电池是可多次反复使用的电池，因此这里的二次实际上是多次的意思。二次电池又称为可充电电池或蓄电池。相对于零电平或某一基准电平幅值为正的脉冲叫正极性脉冲,简称正脉冲,反之,则为负脉冲.正负脉冲按一定占空比出现的称组合脉冲。二十世纪以来,随着人们对负脉冲的认识的不断提高,负脉冲的应用范围不断扩大,在许多领域都得到了广泛的应用,如：能源.医疗.勘探.等。我公司经过多年努力研制出组合脉冲修复机.组合脉冲充电器.对各种废旧蓄电池的修复与维护具有良好的效果.下面以铅酸蓄电池和锂离子电池为例.介绍一下组合脉冲修复机和组合脉冲充电器.对蓄电池的维护与修复原理:基础部分一.铅酸蓄电池铅酸蓄电池是蓄电池的一种.以其低廉的价格(镉镍电池的六分之一~~`~~五分之一)，良好的高倍率放电性能，应用非常广泛，如汽车、摩托车、火车、轮船、通信以及UPS等均需运用。铅酸蓄电池主要由正极板、负极板、电解液、容器、极柱、隔膜、可导电的物质等组成。（一）正极板（正极活性物质）正极板活性物质的主要成分是二氧化铅。具有较强的氧化性，放电时，与硫酸发生反应生成硫酸铅，并吸收电子，二氧化铅有两种类型晶格，一种是α—Pb02另一种是β—Pb02。这两种二氧化铅活性物质差别很大，它们在正极板所起的作用也不相同。ß—Pb02给出的容量是α—PbO2的1.5~~~3倍。而α—Pb02具有较好的机械强度，它的存在，正极板活性物质不宜软化脱落，只有α—Pb02和βα—PbO2的比例达到0.8时，铅蓄电池会表现出良好的性能。正极活性物质在放电状态下，与电解质硫酸发生反应生成硫酸铅与水。其反应式如下：Pb02+3H++HSO4-+2e==PbSO4+2H2O充电时，在外线路的作用下转化为ρbO2与H2SO4放电时，二氧化铅的ρb4+接受了负极送来的电子形成ρb+2与溶液中的硫酸根离子结合生成ρbSO4。当硫酸铅达到一定量时，变成沉淀物附着在极板上。充电时硫酸铅中的铅离子的电子被外线路带走转化为二氧化铅。将水中氢离子留在溶液中。氧离子与铅离子结合生成二氧化铅进入晶格，形成正极活性物质。（二）负极板（负极活性物质）在铅酸蓄电池里，为了供负极活性物质充分与电解液发生反应，故将铅制成多孔海棉状，又称为海绵铅，在放电时，铅给出外线路电子形成Pb+2与溶液的硫酸根结合生成硫酸铅，充电时，部分PbSO4首先溶解成Pb2+与SO4。Pb+2接受电子还原成铅进入负极活性物质晶格。（三）电解液硫酸是铅酸蓄电池电解液中的重要原材料之一，市场上浓硫酸一般分为两种：一种是工业用浓硫酸，纯度较低，不适用于铅酸蓄电池；另一种为纯度较高的分析纯，较适合于铅酸蓄电池，硫酸的分子量为98，浓硫酸中硫酸含量为98%是无色透明油状液体，具有很强的吸水性和腐蚀性，与水结合后，可放出大量的热。所以在电解液配制过程中，一定要注意防护，以免出现危险，配制时，千万不要把水加入浓硫酸中，而是将浓硫酸缓慢加入水中。铅酸蓄电池电解液配制过程中，对水的要求较高，水中含杂质的多少，直接影响电池的质量。铅蓄电池用水外观是无色透明的，残渣含量应小于0.01%。一般检验水的标准用电阻率（Ωcm）或电导率来表示，比较简单的方法是：采用电阻率测量法：用数字式万用表将档位拨至20MΩ处，将万用表两只表笔相距1厘米，测出水的电阻阻值在5——10MΩ即可。（四）隔板隔板也是铅蓄电池主要组成部分之一，其质量对电池影响很大，隔板的主要功能是防止电池正负极板短路，蓄电池中，对隔板的要求是：采用多孔质隔板，允许电解液自由扩散和离子迁移，要有比较小的电阻，隔板孔径要小。空隙总面积要大，要防止脱落的活性物质到达对方的极板.因此,隔板的孔径要小,孔数要多。二：电池修复过程中常用的名词：1：不可逆的硫酸盐化不可逆的硫酸盐化，简称硫酸盐化。铅酸蓄电池在放电时，正负极板都产生一种化合即硫酸铅，硫酸铅是一种难溶于水，不导电的物质，在正常情况下，蓄电池在放电后形成的硫酸铅结晶比较小，充电时，在电的作用下，比较容易地溶解并还原成铅。如果使用不当，常常充电不足、失水、过放电等。硫酸铅就会形成粗大坚硬的结晶体，这时就很难用一般的方法将其还原成铅，所以被称之为不可逆的硫酸盐化，由于硫酸盐化，一方面，它可以阻挡硫酸与其他活性物质接触并发生反应：另一方面，使活性物质数量减少，它可引起蓄电池容易下降，严重时会造成蓄电池寿命终止。2：活性物质的脱落在我们修复废旧电池时，有些电池加水修复后，从注水孔内流出一些红褐色液体。即为脱落的活性物质，活性物质脱落原因有以下几种解释：1、电池受外力的影响，如振动，摔打等。2、α—PbO2。βPbO2变体模型。αPbO2是活性物质骨架，当电池在充放电时，一部分α—PbO2转化为β—PbO2从而导致软化脱落。3、随着循环进行，活性物质由无定性态逐渐晶形化，即结晶度增加，水化聚合物链数目减少，凝胶压电阻增加，晶粒间电接触恶化，该活性物质脱落。4、还有人们认为，随着充电和放电的不断进行，活性物质形成若干密集的团块，当团块间缺乏足够的连接时，活性物质就会脱落，电池失效。3：电池的电压电池正负两极的电势差称蓄电池的电压，一般用万用表来测量。在电池修复过程中，其电压有三种表现形式：第一种叫空载电压，又称为开路电压，就是电池即不充电又无负载的情况下测量到的电池电压：第二种叫负载电压，就是电池放电过程中某个时段所测量的电池电压。第三种叫在线电压，就是电池在充电过程中某一时刻所测量的电压，了解三种电压测量方法，对判断电池是否断路或短路；电池内阻计算具有重要的意义。4：蓄电池的容量蓄电池的容量是衡量蓄电池性能的一项重要指标。一般用安时来表示。放电时间（小时）与放电电流（安培）的总称，即容量=放电时间×放电电流。电池的实际容量，取决于电池中活性物质的多少和活性物质的利用率。活性物质是量越多，活性物质利用率就越高，电池的容量也就越大。反之容量越小，影响电池容量的因素很多，常见的有以下几种：（1）放电率对电池容量的影响铅蓄电池容量随放电倍率的增大而降低，也就是说放电电流越大，计算出电池的容量就越小。比如一只10Ah的电池，用5A放电可以放2小时，即5×2=10；那么用10A放电只能放出47.4分钟的电，合0.79小时。其容量仅为10×0.79=7.9安时。所以对于给定电池在不同时率下放电，将有不同的容量。我们在谈到容量时必须知道放电的时率或倍率。简单的讲就是用多大的电流放电。（2）温度对电池容量的影响温度对铅酸蓄电池的容量影响较大，一般随温度降底，容量的下降，容量与温度的关系如：Ct1=Ct2/1+k（t1-t2）。t1t2分别是电解液的温度，k为容量的温度系数，Ct1温度为t1时容量（Ah），Ct2是温度为t2时的容量（Ah）在蓄电池生产标准中，一般要规定一个温度为额定标准温度,如规定t1为实际温度,t2为标准温度,(一般为25摄氏度)负极板受低温的影响要比正极板敏感.当电解液温度降低时,电解液粘度增大,离子受到较大的阻力,扩散能力下降,电解液电阻也增大,使电化学反应阻力增加,一部分硫酸铅不能正常转化.充电接受能力下降,结果导致蓄电池容量下降.(3)终止电压对电池容量的影响当电池放电至某一个电压值以后,产生电压急剧下降,实际上所获得的能量非常小,如果长期深放电,对电池的损害相当大.所以必须在某一电压值终止放电,该截止放电电压叫放电终止电压.设定放电终止电压,对延长蓄电池使用寿命意义重大.一般我们所维修的电动车电池，电摩电池的放电终止电压为每格1.75伏，也就是说一节12伏电池为6格，其放电终止电压是6×1.75=10.5伏。(4)极板的几何尺寸对电池容量的影响在活性物质的量一定时，与电解液直接接触极板的几何面积增加，电池容量的增加，所以极板的几何尺寸，对电池容量的影响不可忽视。①极板厚度对容量的影响活性物质的量一定，电池容量随极板厚度的增加而减少，极板越厚，硫酸与活性物质接触面就越小，活性物质的利用率越低，电池容量越小。②极板高度对容量的影响在电池中，极板的上下两部分的活性物质利用率存在着较大的差异，实验证实，放电初期，极板上部比下部的电流密度大约高出2倍~~2.5倍，这种差别随着放电时的推移逐渐减少，但上部要比下部的电流密度大。③极板面积对容量的影响活性物质的量一定，极板几何面积越大，活性物质的利用率也越高，电池的容量越大。在电池壳体相同，活性物质量不变情况下，采用薄极板增加极板片数，也就是增加了极板的有效反应面积，从而提高了活性物质的利用率，增加了电池的容量。5铅酸蓄电池的内阻蓄电池的内阻是由蓄电池内部物质形成的电阻，蓄电池的内阻只有在充放电时才能形成。它不是常数，而是在充放电过程中随时间的变化而变化的。我们平时所讲的内阻是某一时刻的总内阻。它不仅包含了蓄电池的内阻，而且还包含有极化的全电阻值。就单电池而言，电池的内阻很小，主要是由电解液，隔板和极板本身的电阻构成。如果是电池组，单体电池之间的连接导线、极柱等都是构成电阻的重要部分。计算电池内阻可用以下方法：设空载电压为V1，负载电压为V2，则电池的内阻为R=V1-V2/I。I是放电电流。必须注意的是第一：测量的全过程必须在10﹣-4秒内完成，否则测内阻应该包括极化时的全部电阻值，它是可以变化的。6铅蓄电池的短路与断路在废旧电池修复过程中，短路与断路是判断电池能否维修的关键。蓄电池短路有外部和内部之分，外部短路则是用导线将正负两极连接起来，通常用这一“±”方法来判断电池的好坏。内部短路是指在电池内部正、负极板是靠隔膜（隔板）把它们相互隔离的，一但隔膜受损，如隔膜老化，隔膜腐蚀等均可造成短路。蓄电池的断路是指：整个电池回路中断，要与断格区分开来，断格是极板部分脱离。断路是电池无电压电流，断路一般是由于电池桩头与极板完全脱离，或硫酸铅严重包围极板供电流不能正常通过。一般不多见，最常见的是短路，最常见的判断电池短路的方法有三种：第一种是用电压表测量蓄电池电压，如小于11.5伏，则该电池可能短路；第二种是给蓄电池加水后，再测量其电压，因为有些电池由于严重缺水，加水前，电压可超过12伏。但加水后，由于隔膜软化，极板吸水后膨胀，隔膜功能显现出来，开路电压反而小于11.5V；第三种是充电时，尤其是修复后电池电压始终过不到15伏，也可判断为短路.但要与硫酸浓度降低加以区分。后者在放电时，电压下降慢，加入浓硫酸后，电压或容量可以恢复。7蓄电池的自放电自放电指的是电池在不使用或在贮存间，出现容量下降的现象。也就是说的电池在无任何负载时，由于自放电使容量损失。一般电池的自放电主要出现在负极，因为负极活性物质中多为比较活泼的金属粉末，冲在溶液中比氢的电势负，容易发生置换氢气的反应。如果在极板上存在比电势低的金属杂质。这些杂质在极板活性物质中形成了微小的腐蚀电池，引起负极金属自容，并伴有氢气板出，从而使容量减少。自放电的严重程度将直接影响电池质量。一般用自放电率来表示其公式为：自放电率=Ca－Cb/CaT×100％其中，Ca为电池初始容量，Cb为放置后电池容量，T为放置时间。值得说明的是，当自放电率为负值时，说明贮存时间不长，电池处于容量增长期。三：铅酸蓄电池的工作原理铅蓄电池在充电和放电会产生如下反应：PbO2+pb+2H2SO4===2PbSO4+2H2O在充电时，在电能的作用下，转化为PbO2、Pb和H2SO4也就是说充电是由电能转化为化学能的过程。放电时，正极板接受了负极板送来的电子，铅离子有正4价变为正2价。与硫酸根接触生成难溶于水的硫酸铅，负极的铅由于输出2个电子，变成正2价。同样也生成硫酸铅。也就是说放电时，再由贮存的化学能转为电能。蓄电池在充电过程中，或在充电终了时，电极上会伴随着水的分解反应。其原因是因为铅酸电池正极充电接受能力较差，一旦正极充电状态达到70%时，氧气开始在正极上析出。负极充电状态超过90%时，氢气在负极上析出。一般地讲，正电极充电到额定电量的120%时。才