CN101882695A - 铅酸蓄电池化成防酸雾装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种铅酸蓄电池化成防酸雾装置，包括下部具有与蓄电池加液出气口相对接的储酸壶，其特征在于：所述储酸壶上侧连接有酸雾吸收壶，所述酸雾吸收壶上排气口上设有多孔防酸雾隔爆片，该装置不仅结构简单，而且通过多层吸酸，可有效减少酸雾的溢出。

Description

铅酸蓄电池化成防酸雾装置
技术领域
本发明涉及一种铅酸蓄电池化成防酸雾装置。
背景技术
铅酸蓄电池正负生极板主要是由氧化铅(PbO)，碱式硫酸铅(3PbO×PbSO4×H2O或4PbO×PbSO4)、硫酸铅(PbSO4)和少量游离铅组成，生产过程需要通过化成步骤使正、负极分别转化为二氧化铅(PbO2)和金属海绵铅(Pb)，又分别称为正、负极的活性物质，目前化成方法主要采用槽化成和电池化成（又叫内化成）两种。在通电化成之前，极板需要先经过1－2小时的浸酸过程，使氧化铅转化为碱式硫酸铅，部分碱式硫酸铅转化为硫酸铅，正、负生极板在通电化成过程发生如下电化学反应：
正极上：
Figure 335466DEST_PATH_IMAGE002
Figure 608315DEST_PATH_IMAGE003
Figure 524187DEST_PATH_IMAGE004
Figure 603002DEST_PATH_IMAGE005
Figure 100979DEST_PATH_IMAGE006
Figure 810309DEST_PATH_IMAGE007
负极上：
Figure 760948DEST_PATH_IMAGE001
Figure 182888DEST_PATH_IMAGE003
Figure 63119DEST_PATH_IMAGE009
Figure 501054DEST_PATH_IMAGE010
Figure 108621DEST_PATH_IMAGE011
Figure 581191DEST_PATH_IMAGE012
化成时，当正极60～70%二氧化铅和负极90%海绵铅生成时，正负极上分别有氧气和氢气析出（即电解水），随着继续充电化成，充电效率越来越低，氢氧气体析出也越剧烈，同时伴随着带出大量具有强腐蚀性的酸雾。
接触硫酸气体（酸雾）主要是刺激人的呼吸道，使嗓子感到不舒服、有异物、呼吸不畅、咳嗽、打喷嚏甚至流泪，并且对消化、内分泌、神经系统产生影响，国标规定最高允许硫酸气体排放浓度为45mg/m3以下。
电池化成酸雾析出量主要与化成进程、过充电电流、化成槽液或电池温度以及由化成工艺决定的过充电量有关。随着到化成后期，采用越大电流，槽液（槽化成）或电池（电池化成）温度越高，以及过充电流越大，酸雾析出也越多。
槽化成酸雾去除主要是在化成槽上方加罩子抽气集中处理的办法；电池化成是将生极板先组装成电池，然后加硫酸通电化成，通常电池化成时间是槽化成时间的3～4倍，电池化成充电电流比较小，析出的气泡大，使电池化成的酸雾析出量大大减小，生产中大部分没有采用加罩子抽气，只采取稍微抽气或采取整个车间排气的办法。由于酸雾溢出不可避免，整个化成车间的生产环境一般都比较差。
从工艺上减小酸雾溢出办法：一是优化电池化成工艺的充电方法，采用多阶段充电，降低后期充电电流，以及在化成中间采用一次、多次放电，或脉冲放电，以减小对电池的极化和过充；二是电池化成最高温度可超过65℃，充电极化减小，析气和酸雾带出量明显增加，可通过水浴降低电池温度以减小析气和酸雾析出；三是对正常使用的铅酸蓄电池循环充电时，采用多孔聚四氟乙烯防酸雾片、多孔聚氨脂泡沫塑料或大电池采用多孔聚四氟乙烯或刚玉防酸雾帽抑止酸雾外溢。对电池化成析出的酸雾处理：一是将电池各个单格析出的含酸雾气体收集处理，包括采用喷水吸收和碱性溶液吸收处理；二是在电池每个单格出气口加还酸壶。
普通的电池化成是在每个单格出气口上方加一杯状物，用以装灌酸后的过量电解液。还酸壶的结构是具有更大的容器体积，并且杯中电解液上方只有一个小出气口，甚至还有加盖橡胶帽（授权公告号CN201466066U）。当电池带酸雾的气体从出气口进入较大空间环境的还酸壶时，酸雾不直接排出，停留期间部分酸雾会被冷凝水吸收而返回电池中。
类似的这种还酸壶在实际电池化成使用时存在有如下缺点和不足：①电池化成采用一次定量加酸（也有采用二次补酸），多余的酸需要储存在酸壶中，这种还酸壶上面出气口还有安全帽、排气栓支片、防酸隔爆片，不便于实际中加酸操作；②对六个单格依次排列成一排的电池结构，各单格电池上方都是很窄的长方形，无法实现采用带螺纹的圆形结构拧上；③还酸壶下端进气口设计不合理，当还酸壶中有电解液时，电池充电产生的气体很难排到还酸壶中，气体容易憋在电池内，壶中电解液也就难以顺利加入电池中以弥补电解液的消耗；④防酸雾效率仍比较低。
发明内容
本发明针对以上问题，提出了一种铅酸蓄电池化成防酸雾装置，采用储酸壶、酸雾吸收壶和防酸雾隔爆片分别吸收酸雾和抑止酸雾排出，提高防酸雾效率。
本发明的技术方案在于：铅酸蓄电池化成防酸雾装置，包括下部具有与蓄电池加液出气口相对接的储酸壶，其特征在于：所述储酸壶上侧连接有酸雾吸收壶，所述酸雾吸收壶上排气口上设有多孔防酸雾隔爆片。
本发明的优点在于：1、为了防止酸雾溢出，本产品采用三步有效减少酸雾溢出措施，第一步由带酸雾的气体进入储酸壶时被初次吸收，第二步从储酸壶进入酸雾吸收壶的气体酸雾被再一次吸收，最后再由多孔聚四氟乙烯片阻止酸雾排出。
2、将储酸壶通过密封嘴套在电池出气口上，可以在灌酸设备上对电池化成进行真空灌酸，电池灌酸后多余的酸留在储酸壶中。
3、在电池出气口密封嘴上设计有一根粗糙表面的橡胶条伸入到电池内，可帮助电池化成过程中储酸壶内电解液流入电池和使电池内气体顺利排出。
4、电池化成温度比较高，由过充电产生的氢氧气体夹带着饱和水蒸气和酸雾进入储酸壶时，大量酸雾被冷凝出的液滴吸收后回流到电池中，其酸雾的吸收效率可到达30～50％。
5、储酸壶与酸雾吸收壶是分离的，便于实际生产过程灌酸操作，加上酸雾吸收壶后基本上可阻止绝大多数酸雾溢出。
6、在酸雾吸收壶中填充吸水性非常强的材料，其表面吸附有一层水膜，酸雾经过填充材料的缝隙时被水膜吸收，酸雾吸收壶对酸雾的吸收效率可达到60～80％。
7、酸雾吸收壶不采用螺纹整合，是一个整体，酸雾吸收材料从上部大开口处装入，再用防酸雾安全帽拧上密封，方便于实际操作和使用。
8、最后一步气体经过安全帽可进一步抑止酸雾排出，同时它具有隔爆作用，防止明火进入引起氢氧气爆炸。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的储酸壶结构示意图。
图3为本发明的电池出气口密封嘴结构示意图。
图4为图3的俯视图。
图5为本发明的酸雾吸收壶结构示意图。
图6为本发明的酸雾吸收壶填充了酸雾吸收小球后的结构示意图。
图7为本发明的安全帽塞结构示意图。
具体实施方式
铅酸蓄电池化成防酸雾装置，包括下部具有与蓄电池加液出气口1相对接的出液口2的储酸壶3，其特征在于：所述储酸壶上侧连接有酸雾吸收壶4，所述酸雾吸收壶上排气口5上设有多孔防酸雾隔爆片6。
所述储酸壶出液口与蓄电池加液出气口之间设有电池出气口密封嘴7，所述电池出气口密封嘴包括套于储酸壶出液口和蓄电池加液出气口上的橡胶封嘴8，所述橡胶封嘴内中部设有十字形橡胶支架9，所述十字形橡胶支架中部下方设有可伸入电池口内的橡胶条10。
所述橡胶条周壁上开设有若干纵向槽道。
密封嘴由耐酸的优质橡胶或硅橡胶材料制成，用于连接储酸壶与电池24加液出气口并实现两者之间的密封，本发明在密封嘴中间设计有一根约f＝2mm长20～30mm的细橡胶条，橡胶条表面有数条条纹，其截面似五星状。细橡胶条一头被两根十字形细橡胶固定在密封嘴的中部，另一头被插入电池出气口，并能伸到电池内极群组上方气室。橡胶嘴内被两根十字形细橡胶分割出个小口25，由此这个小口可以加电解液到电池中或使电池中气体排出。伸到电池口内橡胶条的作用是让电池内部气体能够在橡胶条表面顺利排出，橡胶条表面带有沟纹和增加粗糙度是为了使电池内部气体容易变为小气泡而排出。
所述储酸壶顶部为平面11，顶部上开设有排气口12，所述储酸壶设有一锥形底部13，锥形底部开设有出液口。
所述酸雾吸收壶顶部为平面14，顶部上开设有排气口15，所述酸雾吸收壶设有一锥形底部16，所述酸雾吸收壶内下部设有一形状与酸雾吸收壶截面相适应的多孔挡板17，所述壶顶与多孔挡板之间填充有酸雾吸收小球18。
所述储酸壶和酸雾吸收壶采用具有亲水性和透明性的聚甲基丙烯酸甲酯材料制成。
该材料具有很好的透明性和亲水性，对于储酸壶来说，壶身透明可以看见储酸壶中电解液19量，壶壁材料亲水性好可以使水蒸气在壶壁上形成一液膜层，这层液膜可以吸收酸雾，壶底具有一定斜度容易排干电解液或冷凝的水蒸气吸收酸雾后容易回流到电池中，壶平顶设计是为了不让水滴容易流走，水滴挂在顶部可增加对酸雾的吸收。
所述多孔挡板为软塑料薄片挡板，其上所设小孔直径为2～3mm。
所述酸雾吸收壶的排气口处设有顶部具有通口20的安全帽塞21，所述安全帽塞外周部设有与酸雾吸收壶排气内螺纹相配合的外螺纹，所述通口出粘接有多孔防酸雾隔爆片。
所述酸雾吸收壶的进气口22与储酸壶的排气口之间设有连接密封圈23。
酸雾吸收壶材料是具有透明和亲水性的聚甲基丙烯酸甲酯材料，其内部布设有带有许多f＝2～3mm小孔的软塑料薄片挡板，用于支撑填充的吸收酸雾小球，酸雾吸收壶下方是进气口，通过密封嘴连接储酸壶和酸雾吸收壶，壶底部有一定斜度是为使吸收酸雾的水滴顺利流到储酸壶及电池中，软塑料挡板填充吸酸雾小球后基本上是可以贴住壶身底部，便于液体下流，壶顶的排气口直径较大，是填充吸收酸雾小球的入口，并由一含有防酸雾爆隔片的盖子紧紧拧住。
所述酸雾吸收小球芯部为具有耐酸性的惰性材料制成的小球，芯部外周设有一层厚度为0.1-0.2mm的丙烯酸盐聚合物。
本发明所采用的强吸水性材料是由丙烯酸聚合得到的一种高吸水性树脂(SuperAbsorbentResin)，也是一种新型的功能高分子材料和钠盐，其微观结构因合成体系和路径不同而呈现多样性，但在分子链上都含有大量亲水性的羧酸钠基团，钠盐遇水很容易离解。这种聚合物由丙烯酸单体在交联点交联成网状结构，每个单体上都包含有羧基高分子电解质和可解离活动的钠离子。当这种高分子材料遇到水时，羧酸钠基团就会离解成钠离子（可活动离子）和羧酸基（高分子电解质），三维的高分子网络结构链就开始张开，由于阴离子之间的排斥，随着与水进一步作用，三维的高分子链会进一步扩展，故实际表现为树脂在水中吸水溶胀和扩张，这种强吸水性材料可以吸收和容纳上百倍甚至上千倍体积的水，并且具有很强的保水性能，使用该种材料制成酸雾吸收小球，其吸收效率可大大提高。
首先采用具有耐酸性的惰性材料制作成直径为6-7mm的小珠，比如玻璃球或塑料球，然后采用丙烯酸、引发剂在小球上聚合生成0.1-0.2mm左右厚度的一薄层丙烯酸盐聚合物，干燥成型，采取这样的制作工艺可避免小球吸水生长过大。
将上述制作的酸雾吸收小球浸泡在蒸馏水中，大约经过0.5-2小时，待小球吸收水逐渐长大到要求的直径大小时，加入大约1-2％的硫酸溶液酸化，静置10分钟，酸雾吸收小球停止长大，倒去酸性溶液，用蒸馏水洗涤至中性，凉干，即可用于填充在酸雾吸收壶中使用，由于小球表面包含了大量水分，剩余酸雾进入吸收壶后即可被填充在其中的小球表面的水膜吸收，吸酸雾后的冷凝水即可通过酸雾吸收壶底部的锥形流回储酸壶中。
实施例1：
酸雾吸收壶单独对酸雾吸收：首先可以在市面上购买直径为6-7mm的小玻璃球或塑料球，然后采用丙烯酸、引发剂在小球上聚合生成0.1-0.2mm左右厚度的一薄层丙烯酸盐聚合物，干燥成型，也可以直接购买直径为2-3mm丙烯酸盐聚合物吸水珠，然后将上述制作的酸雾吸收小球或购买的吸水珠浸泡在蒸馏水中，大约经过0.5-2小时，待小球吸收水逐渐长大到要求的直径7-8mm时，加入大约1-2％的硫酸溶液酸化，静置10分钟，酸雾吸收小球停止长大，倒去酸性溶液，用蒸馏水洗涤至中性，凉干，然后填充在酸雾吸收壶4中。
为测量酸雾吸收壶对酸雾的吸收效率，将它通过连接密封嘴连接到电池上，将出气口收集的气体经过稀NaOH溶液吸收，用酸碱滴定，可测量出酸雾析出量，用36A对电池进行过充电同样对比实验，测量酸雾吸收壶在填充和没有填充（空白）吸水珠时的酸雾溢出量，由下式可测量出对酸雾吸收效率为79％。
Figure 632324DEST_PATH_IMAGE013
实施例2：
电池化成抑止酸雾析出：先将密封嘴套在储酸壶上，然后把储酸壶套在12V20Ah六格并排，即6格×1排结构，的电池口上，如果电池是3格×2排结构，储酸壶和酸雾吸收壶可以是方形或圆形，采用真空灌酸设备对内化成电池进行一次性灌酸，多余的酸留在储酸壶中。
按照通常的电池化成工艺要求，灌入的酸需要静置1－2小时，在此期间硫酸与电池中生极板氧化铅反应产生大量热，电池开始升温，这时一般需要将化成电池放在水槽中降温，避免在整个化成中电池温度超过60℃，依次套上连接密封嘴，填充酸雾吸收球的酸雾吸收壶，再拧上带有防隔爆片的安全帽塞。
当电池化成时，开始电池内阻大，极化高，有少量气体和酸雾析出，但很快极化降低，基本上没有气体和酸雾析出，待化成15～20小时后，电池化成极化升高，析气逐渐增大，同时电池温度升高，这进一步增大酸雾析出，酸雾吸收壶和安全帽塞也可以待化成12-15小时后加上，可减小电池温升速度。
这时电池化成电流效率已经很低，处于过充电阶段，电池温度比较高，可达到40-65℃，由过充电产生的氢氧气体夹带着饱和水蒸气和酸雾进入储酸壶时，随着气流温度下降，水蒸气将冷凝出液滴水珠在壶壁上，酸雾被液滴吸收，并随液滴水回流到电池中；酸雾被初次吸收的气体通过进气口进入酸雾吸收壶，气流中饱和水蒸气在酸雾吸收壶中填充小球表面形成水膜，酸雾气体在填充水球之间的间隙通过，使酸雾与液膜有充分的接触时间，这样酸雾不断被液膜吸收，最后液膜吸收水蒸气越来越多，会看到吸收酸雾的水蒸气回流到储酸壶中。
经过酸雾吸收小球吸收酸雾后的气体最后通过多孔聚四氟乙烯防酸雾隔爆片，酸雾进一步被阻挡，外面的明火也不会进入储酸壶和酸雾吸收壶中引起氢氧气的爆炸，这样经过多步的酸雾吸收和阻酸雾过程，整个装置达到非常高的防酸雾效率。

Claims (10)

1.铅酸蓄电池化成防酸雾装置，包括下部具有与蓄电池加液出气口相对接的储酸壶，其特征在于：所述储酸壶上侧连接有酸雾吸收壶，所述酸雾吸收壶上排气口上设有多孔防酸雾隔爆片。
2.根据权利要求1所述的铅酸蓄电池化成防酸雾装置，其特征在于：所述储酸壶下部出液口与蓄电池加液出气口之间设有电池出气口密封嘴，所述电池出气口密封嘴包括包覆于储酸壶下部出液口和蓄电池加液出气口外周部的橡胶封嘴，所述橡胶封嘴内中部设有十字形橡胶支架，所述十字形橡胶支架中部下方设有可伸入电池口内的橡胶条。
3.根据权利要求2所述的铅酸蓄电池化成防酸雾装置，其特征在于：所述橡胶条周壁上开设有若干纵向槽道。
4.根据权利要求1所述的铅酸蓄电池化成防酸雾装置，其特征在于：所述储酸壶顶部为平面，顶部上开设有排气口，所述储酸壶设有一锥形底部，锥形底部开设有出液口。
5.根据权利要求1所述的铅酸蓄电池化成防酸雾装置，其特征在于：所述酸雾吸收壶顶部为平面，顶部上开设有排气口，所述酸雾吸收壶设有一锥形底部，所述酸雾吸收壶内下部设有一形状与酸雾吸收壶截面相适应的多孔挡板，所述壶顶与多孔挡板之间填充有酸雾吸收小球。
6.根据权利要求4或5所述的铅酸蓄电池化成防酸雾装置，其特征在于：所述储酸壶和酸雾吸收壶采用具有亲水性和透明性的聚甲基丙烯酸甲酯材料制成。
7.根据权利要求6所述的铅酸蓄电池化成防酸雾装置，其特征在于：所述多孔挡板为软塑料薄片挡板，其上所设小孔直径为2～3mm。
8.根据权利要求5所述的铅酸蓄电池化成防酸雾装置，其特征在于：所述酸雾吸收小球芯部为具有耐酸性的惰性材料制成的小球，芯部外周设有一层厚度为0.1-0.2mm的丙烯酸盐聚合物。
9.根据权利要求1或5所述的铅酸蓄电池化成防酸雾装置，其特征在于：所述酸雾吸收壶的排气口处设有顶部具有通口的安全帽塞，所述安全帽塞外周部设有与酸雾吸收壶排气内螺纹相配合的外螺纹及密封圈，所述通口出粘接有多孔防酸雾隔爆片。
10.根据权利要求1所述的铅酸蓄电池化成酸防雾装置，其特征在于：所述酸雾吸收壶的进气口与储酸壶的排气口之间设有连接密封圈。
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