[发明专利]2V大容量铅酸蓄电池负极不可逆硫化的反极修复法

说明书

技术领域

本发明属于铅酸蓄电池技术领域。

背景技术

2V大容量铅酸蓄电池广泛应用予太阳能光伏发电、风力发电、通信电源、电力交配电系统、铁路、船船通讯、UPS电源等领域中。在电池运行过程中，负极不可逆硫酸盐化是重要失效模式之一。在正常条件下，铅酸蓄电池在放电时形成硫酸铅结晶，在充电时能较为容易地还原为铅。如果电池的使用和维护不当，例如经常处于充电不足或过放电，负极上就会逐渐生成一种粗大坚硬的硫酸铅重结晶晶体，这种硫酸铅结晶活性低，溶解度小，使电池内电阻增大，充电接受能力降低，用传统的充电方法很难使其转化为活性物质，从而减小了电池容量，甚至成为蓄电池寿命终止的原因。这种现场称为负极不可逆硫酸盐化或负极硫化。

目前较轻的负极不可逆硫酸盐化的去除方法主要有化学法(如添加修复液)和物理方法(如电脉冲修复)。当电池容量下降60％以上的较严重硫化，已有的方法采用正负极倒换，即正极作为负极，负极作为正极，进行反充电，修复过程中大电流通过极板，导致电池电解液温升过高，加速正极极板的软化脱落、板栅合金的腐蚀，影响电池正极的后期容量和寿命。通常反充电方法由于对正极极板损伤大，反充电法只能进行一次性修复，如修复不成功，电池即报废。

发明内容

为了去除2V大容量铅酸蓄电池负极不可逆硫化，并且在电池修复过程中不对正极造成损害，本发明提供一种负极不可逆硫化的反极修复法。

本发明反极修复法基于以下工作原理：铅酸蓄电池放电时，正极和负极均生成硫酸铅，但是反应活性有明显差异。

正极：PbO₂+3H⁺+HSO₄^-+2e^-→PbSO₄(R)+2H₂O  (1)

负极：Pb+HSO₄^-→PbSO₄(O)+H⁺+2e^-          (2)

正极PbO₂的还原产物硫酸铅PbSO₄(R)具有非常高的反应活性，在电池充电过程中易于转化为活性物质PbO₂，这也是正极很少出现不可逆硫酸盐化的重要原因。负极Pb的氧化产物硫酸铅PbSO₄(O)反应活性低，难以转化为活性物质Pb。根据循环伏安图，相对Hg/Hg₂SO₄电极，在-0.96V附近，Pb向PbSO₄(O)转变，大于1.4V时，进而氧化为PbO₂，其中可能伴随氧气析出；在1.2～0.8V范围，PbO₂向PbSO₄(R)转变，-1.0～-2.0进而还原为Pb，其中低于-1.1V时开始有氢气析出。本发明通过反极修复，将负极上的PbSO₄(O)氧化为PbO₂，后转化为PbSO₄(R)，最后还原成Pb。

负极：

本发明按以下步骤进行操作：

(1)按电池厂商要求进行完全充电，或以2.4V恒压充电至电流5小时稳定不变。

(2)将蓄电池以0.1C放电率进行放电，终止电压为1.8V，并记录电池现有容量。

(3)打开排气阀，露出排气口，从排气口处添加去离子水，将辅助电极放置于蓄电池电解液中，将蓄电池充电仪正极与电池负极相连，充电仪负极与辅助电极相连，进行充电从而将负极的硫酸铅PbSO₄(O)转化为PbO₂。辅助电极不能接触到电池的正极板和负极板，以免引起短路。以电流0.1～0.25C进行充电，充电电量为1.5～2.0C。

蓄电池原负极板：PbSO₄(O)+2H₂O→PbO₂+HSO₄^-+3H⁺+2e^-，

                2H₂O→O₂↑+4H⁺+4e^-

辅助电极：H₂+2e^-→H₂↑