专利名称：反复用正负极板双管式铅蓄电瓶的制作方法
技术领域：
本发明属蓄存电能用的二次蓄电瓶类别的铅蓄电瓶技术。
(二)技术背景现有的铅蓄电瓶缺点之一是使用寿命短，只能一次性使用，与其正负极板结构有一定关系。铅电瓶大都采用板式结构，极板上的活性铅粉在充放电巡循过程中不断形成硫酸铅、氧化铅、金属铅或同是存在三种状态的混合物，由于其晶体体积各不相同，使极板总是处在膨胀、收缩过程。造成粘结的铅粉脱落，车辆用电瓶更因其行走时的不停震荡更加速了这一脱粉烂片过程。活性物铅粉的脱落造成电瓶容量减少，铅粉脱落到一定量，堆积在正负极板间形成短路，电瓶失效。
在另外一些如牵引、固定、矿灯用铅蓄电瓶正极采用了管式结构。活性物氧化铅粉被密集纤维套管包围在管内紧贴板栅骨架。在使用过程中除非纤维管被破坏，否则从不出现脱粉，而负极板无一例外采用板式结构，同样出现脱粉烂片现象。电瓶的使用期越长，脱粉烂片现象越严重。但是所有的铅蓄电瓶即使没有脱粉烂片，也最后因不可逆硫酸化而失效。只有一次性使用寿命，不仅铅酸电瓶，所有的化学能电池，包括一次性干电池，二次性电化学蓄电池都只有一但失效，便不能再用的一次性使用寿命。
多年来全世界总产量60％以上的铅是用作蓄电瓶，总产量中50％的铅是用二次回收的废铅提炼，二次回收的铅80％是用回收的废铅蓄电瓶，以火法提炼还原成粗铅。各种杂质金属因铅是优良的捕获剂在熔炼过程中混入铅中。因电瓶中不允许杂质金属的存在和正极板中不允许硫酸钡的存在，不能用火法提炼的粗铅直接用于电瓶，要经电解提纯成纯铅，才能配比，造粉制板栅、化成、装入新电瓶壳内制成电瓶。每道工序对艺质量都有严格要求。总个生产过程费时、费事、费工、费钱，对环境造成污染。设一种新的铅电瓶使用寿命比原有的增加5倍。上述的巡循就可以减少5次，对环境的污染就可以减少5次，电瓶的总成本也减低了三分之二以上。本项发明技术为解决上述问题而设置。
发明内容
1、正负极板皆用管式结构，活性物铅粉均被包缠在栅骨架上不脱落，板栅骨架因都有铅粉的完全紧密包围避免了与电解液的直接接触很难被腐蚀，也就是蓄电瓶在正常使用中不会因结构破坏而失效。硫化和其它化学性失效将成为电瓶失效的原因。
2、单一的硫化和化学性失效，可用简单快速的湿法冶金还原法就地单个电瓶彻底还原复活重用。也就是说，只要电瓶总体结构不被坏，不可逆硫酸化失活的铅粉就可用简单的湿法还原来复活，电瓶可重复多次失效后还原恢复正常使用，与原来只有一次性使用寿命的铅蓄电瓶相比有巨大的量与质的区别，是铅电瓶利用的新机理。湿法去硫化实际上是钠、钾、氨的碱性水溶液浸泡作用硫化的正负极板，金属离子夺取硫酸铅的硫酸根生成对应的盐水洗去除。在碱液浸泡极板时可通直流电加快这一过程。失去硫酸根的正负极板铅粉转化成碳酸铅、氧化铅或氢氧化铅，水洗净残留的碱液后加入电解液硫酸充电，在电流作用下正负极分别转化为氧化铅及金属铅粉，调好电解液比重，电瓶复活可重新使用，碱液去硫化成功率可在下述中证明。
国外发达国家70年代始为减少二氧化硫排放，在火法回收废电瓶硫化铅粉采用碱液预处理，用炭酸氢钠加苛性钠混合液处理铅粉。30分钟内可达95％量的铅粉彻底脱硫。生成的硫酸钠可用于工业或排放。避免了火炼阶段生成二氧化硫污染大气。到目前为止，工业化国家均采用了蓄电瓶铅回收预先用湿法处理减少二氧化硫排放。目的是保护环境，碱液硫酸铅泥脱硫均达95％以上。本项发明技术则是运用湿法进一步使电瓶就地复活直接利用。在湿法还原过程，如果正负极板是板式结构，极板之间空隙很小，清洗用水及碱性反应液均难进入极板内，无法用湿法还原，而管式结构极板间有较大的液体通道。不用拆开电瓶，就可在电瓶内进行清洗和还原。本项技术实践中，正极板无一例外可完全还原去硫化，而负极碱液反应慢，须通直流电才能彻底还原。在湿法中，正负极中原有添加剂如硫酸钡、木质磺酸钠、炭黑各自保存在原极板中，损失掉的少量腐植酸，单宁酸应在电瓶复原加电解液硫酸时同时补入。使复原后的电瓶中添加剂保持原量。
(四)附圈说明附图
所示是双管式正负极板局部剖面图。1、正极板纤维管，2、活性物铅粉，3、正极板栅骨，4、隔板，5、负极板栅骨，6、活性物铅粉，7、负极板纤维管。
(五)具体实施方法具体湿法复活硫化电瓶，一般电瓶加液孔大，直接倒出电解液，用热水注入电瓶冲洗净余酸倒尽水。再注入碱液还原。还原液可以是碳酸氢钠+氢氧化钠的混合液，也可是单一的氢氧化钠、化钾液。加入还原碱液后可在电瓶中通一定直流电加快负极板的还原过程。对于一些大容量昂贵的电瓶可以在反应后期加入氨水与水合肼的混合液，利用水合肼的强还原性快速彻底把负极板还原成金属铅粉。加液孔小的电瓶如矿灯，要把极板从电瓶壳中拆出集中在另外的容器中清洗还原。再组装成电瓶。大容量电瓶组湿法还原后使用中如个别(格)容量不足，可用导线再并接一个小电瓶使容量一致，防止大负荷放电时反极。正负极板管式结构纤维管用耐酸碱腐蚀的合成纤维编织或耐碱性的玻纤编织。目前所有铅蓄电瓶负极都是板式结构，本发明负极采用管式结构的不同点装配时铅粉是垂直自由落体震动进入纤维管内堆积而成，铅粉间有较多间隙，视密度低，深度放电中电解液易进入管芯铅粉深层，反应物利用率比板式高，还原时碱液易于进入深部反应，缩短了还原时间。在放电时铅粉变为硫酸铅体积变大，充电时变为金属铅粉体积缩小可利用空隙自由澎涨收缩，不对栅骨芯产生变形应力，延长了栅骨寿命，特别是大电流充放电时，板式结构极板会出现明显的变形弯曲过程，而管式结构不致于有这种应力。湿法还原的生成物硫酸钾、钠量少时可作电瓶的一种添加剂，对其水洗去除的要求不高，易于掌握，是湿法还原的特点。
铅蓄电瓶只有一次性的使用寿命，采用正负极双管式结构，可用湿法还原达至致少延长3-5次的使用寿命。每次湿法还原去硫化的成本仅电瓶原值1％～2％，大幅度降低了铅电瓶的整体成本，特别是一些铅电瓶占主要关键，使用成本为约止因素的技术领域，如电动自行车、电动汽车、电动船舶、风力发电田蓄能，出现突破性的运用。仅将铅电瓶负极板同样改成管式结构配以湿法还原，就使铅蓄电池寿命大幅度延长超过任何一种二次电池。特别值得一提的是，利用这种特长寿命的铅蓄瓶，可就近在大中城市附近建造占地少、工期短、投资少、噪声小、维护低的大规模容量电网蓄能调峰基地，取代选址难、投资大、工期长的抽水蓄能电站基地。使电网电能的蓄存取得新的突破，制造电网调峰大容量专用蓄电池，定期湿法去硫化实现自动过程。一般大容量单格电瓶除顶部有专用加液孔外，可在电瓶壳底部侧向或顶盖角上固定设置一个可罗旋压紧的专用排液孔。便于湿法还原极板时原电解液硫酸及前后两次冲洗的水和反应碱液快速排出或抽出。还原用的碱液，不对正负极板上正常的氧化铅粉，海绵状金属铅粉起反应。只会同极板上放电生成的硫酸铅粉，包括可逆盐在内起反应。因此，在湿法还原前应尽量使电瓶充足电，使正负极板的可逆硫酸铅尽量转变成氧化铅、金属铅。以减少硫酸、冲洗水、碱液的消耗。还可以缩短反应复活电瓶的时间。同样容量的电瓶用管式结构占用的体积比板式结构要大，但是管式结构完全不脱粉，可取消原电瓶壳底部贮粉槽来增大瓶壳有效容积，可采用高比重电解液，减少液体所占体积来解决。极式结构用袋式隔板全密封包装水平放置压紧，也不脱粉。但极板间空隙太小，液体不易流动，浓差极化远大于管式，很难用湿法清洗还原。在铅蓄电瓶所有的极板结构中，只有正负极板管式结构能达到快速清洗。用碱液湿法还原的目的。由于蓄电瓶能快速反复还原，原影响电瓶寿命及使用条件之一的深过电流放电以致不可逆硫化造成的不可挽回短期失效已不成为约制电瓶使用的因素。将扩大铅蓄电瓶在任何重负荷场合如电动车，电网调峰蓄能方面的全新概念使用。不仅表现于产品本身，还直接涉及到一些更高层次的方面。例如在我国与外经济竞争最高形式的知识产权资产标准方面利用本发明的特征，在铅蓄电瓶国家标准立一新内容条款铅蓄电瓶失效后应能以湿法还原达本标准再用，以减少回收废电瓶冶炼废铅对环境的多次污染的条文，如果这一条能迫使世贸组织内各国不得不认同和鉴用。那么，目前全世界6.5亿辆汽车启动用铅蓄电瓶，千万计数的船用，工业用铅蓄电瓶。以百亿元计产值的其它铅蓄电瓶全部归如不合格产品，因为这些铅蓄电瓶都无失效后再还原使用的能力。最后结果，或者卖中国产品，或者卖中国的专利。即使有个别不采用中国标准，国际上广大客户肯定愿购对环境污染少、高标准的中国产品。又如，在世界五大支柱产业的汽车工业发展方面，十年内将是电动汽车的大发展时期，电动车的心脏是电瓶。目前要求电动车充电一次能行驶100公里以上，设本发明电瓶一次性失效期内能1000次充放电巡循，每次行驶100公里乘1000次等于10万公里，假设能达到5次失效后重新湿法还原用，那么本发明电瓶就有50万公里使用寿命，假如电动车电瓶要求能行驶50万公里以上为基本标准，因为世界目前其它蓄电瓶一经失效就不能再用，所以没有能行驶50万公里的，即使燃料电池，因为其系统太复杂，出故障几率太高，也难胜任50万公里的标准。目前正在用的和正在研制的电动车电瓶皆为不合格(标准)产品归于淘汰，我国的电动汽车将远远超过其他国。因此，本发明技术的利用，已不限于改进铅电瓶产品本身，将延伸到其它更深层次方面。
权利要求
1.一种可反复用，正负极板双管式铅蓄电瓶，其特征是蓄电瓶在正常使用失效后，能以湿法冶金就地还原极板内失效的活性物再次使用，或多次正常使用多次失效后能多次湿法还原反复用的特点。
2.按权利要求1所述铅蓄电瓶，电瓶内正负极板结构都采用管式，正负极板同样用纤维管将活性物铅粉紧密包缠在极板栅骨架上，不能向纤维管外面脱落泻漏的结构。
3.按权利要求1所述铅蓄电瓶，其大型单格2伏电瓶壳固定有一个专用加液孔和另外固定有一个专用排液孔，便于湿法还原碱液、清洗液快速进出还原的功能结构。
全文摘要
本发明的反复用正负极板双管式铅蓄电瓶属于蓄存电能的二次电瓶技术类别。现有蓄电瓶寿命短，只能一次性用。本技术将电瓶正负极板都制成管式结构，不存在因活性铅粉从极板上脱落，结构被破坏的失效。造成唯一失效于不可逆硫酸化的条件。而硫化失效的电瓶可就地用时间短，费用少的湿法飞快的去硫化，重新使用多次。这种可反复使用的铅电瓶可在电动自行车、汽车、电动船舶，风力发电蓄能方面获得全新概念的利用。可取代抽水蓄能电站，就近在城市附近设造占地少、成本低、工期短的大容量电网调峰蓄能电站。
文档编号H01M10/42GK1421956SQ0113156
公开日2003年6月4日 申请日期2001年11月26日 优先权日2001年11月26日
发明者陈雅罗 申请人:陈雅罗