堿錳電池,是在堿性鋅錳電池的基礎(chǔ)上發(fā)展起�(lái)的,由于�(yīng)用了�(wú)汞化的鋅粉及新型添加�,故又稱為無(wú)汞堿錳電�。這種電池在不改變?cè)瓑A性電池放電特性的同時(shí),又能充電使用幾十次到幾百次,比較經(jīng)�(jì)�(shí)。堿錳電池是�1882年研制成��1912年就已開(kāi)�(fā),到�1949年才投產(chǎn)�(wèn)�。人們發(fā)�(xiàn),當(dāng)用KOH電解�(zhì)溶液代替NH4Cl做電解質(zhì)�(shí),無(wú)論是電解�(zhì)還是�(jié)�(gòu)上都有較大變�,電池的比能量和放電電流都能得到顯著的提��
容量
堿性電池的容量比碳性電池為高,原因是用作陰極的二氧化錳有較高的純度同密�,內(nèi)部零件體積較�(xì)(例如電極),也讓出空間,有助增加容�,總的來(lái)�(shuō)比碳性電池多3�5倍容�� 但堿性電池的容量�(huì)隨輸出電流增加而變小,例如同一枚電池可以在低輸出電流時(shí)�3000mAh的容�,但�(dāng)用在�1A電流的負(fù)—載�(shí),容量只�(huì)�700mAh,小于原�(lái)�1/4�
電壓
單一枚堿性電池的電動(dòng)�(shì)(e.m.f),也即在�(wú)�(fù)載時(shí)的電壓一般是1.5V,但隨不同的二氧化錳及鋅氧化物會(huì)使電壓在1.5V�1.65V之間變化。當(dāng)接上�(fù)載后,隨輸出電流的增加電壓會(huì)下降,在一般負(fù)載下電壓�(huì)降至約在1.1V�1.3V之間�
電流
堿性電池所能輸出的電流比碳鋅電池大,卻比一般蓄電池�(xì)。容量較大的堿性電池能夠輸出較大的電流,原因是電極面積增加,有更多的物�(zhì)可以同時(shí)�(chǎn)生化�(xué)反應(yīng)。過(guò)大的電流�(huì)使電池在放電的過(guò)程加熱升�,一般AA電池可以輸出700mA電流也不至明顯升�,較大型�(hào)的C、D電池就可承受更大的升溫而不互顯升溫�
堿錳電池?zé)o汞化涉及的技�(shù)�(wèn)題主要有以下幾�(gè)方面�
�(jī)械設(shè)備和工裝模具
我國(guó)堿錳電池工業(yè)化較�,無(wú)汞化技�(shù)的研究由于受裝備、零配件和材料等因素的制�,尚處于起步階段,特別是適用于低、無(wú)汞堿錳電池生�(chǎn)的國(guó)�(chǎn)�(jī)械設(shè)備還未成�,絕大多�(shù)廠仍然采用間斷式的設(shè)備生�(chǎn),零配件加工、工裝模具仍未考慮�(wú)汞化的要��
正負(fù)極準(zhǔn)備設(shè)備目前使用最多的仍是制藥�(jī)�,包括拌�、軋片或�(jì)條、成�、過(guò)篩和鋅膏配制�。設(shè)備主要存在以下幾方面的問(wèn)題:
(1)工裝模具、機(jī)械設(shè)備未重視材料的耐腐�、穩(wěn)定性和耐磨�,國(guó)�(chǎn)�(shè)備尤為突�?;旌�?、軋�、鋅膏容器等雖然采用了不銹鋼等材�,但仍未�(dá)到無(wú)汞化的要求,普通不銹鋼耐蝕、抗氧化和耐磨性能均較�。無(wú)汞堿錳電池陽(yáng)極對(duì)Fe、Mo等元素是�10一7�10一6�(jí)控制�,材料腐�、電化學(xué)反應(yīng)和機(jī)械等因素很容易造成�(yáng)極雜�(zhì)元素超過(guò)允許值。韓�(guó)火箭公司的陽(yáng)極準(zhǔn)備設(shè)備在適應(yīng)�(wú)汞化需要方面考慮較全�,值得借鑒,它的混和機(jī)的內(nèi)壁涂覆了耐磨非金屬材料,接觸鋅膏的機(jī)械和容器全部采用工程塑料,完全避免了金屬雜質(zhì)混人�
(2)正品率低,交叉污染嚴(yán)�。由拌粉到篩出合格的粉粒,一般設(shè)備的一次成粒率僅有65%左右�2/3為不合格�,需要反反復(fù)�(fù)在幾�(tái)�(jī)器中循環(huán),這增加了正極粉的交叉污染。而歐美的粉料處理系統(tǒng),其一次成粒率高達(dá)65%�80%,大大降低了�(shè)備的磨損和粉粒的交叉污染�
(3)部分�(shè)備的�(�(zhuǎn))�(dòng)部分使用銅材等有害金�。無(wú)汞堿錳電池正極對(duì)銅特別敏�,銅等雜�(zhì)混人正極粉是造成�(wú)汞電池慢性短路的隱患�
(4)堿性介�(zhì)條件�,烘干工藝容易引起正極粉碳酸�,也容易�(chǎn)生交叉污�。碳酸鹽濃度偏高是引�(fā)電池爬堿的因素之一,無(wú)汞堿錳電池對(duì)碳酸鹽濃度的要求更高�
(5)�(fù)極集流體組裝�(guó)�(nèi)還主要依靠手工加�(jī)械的間斷加工方式。上方面,產(chǎn)品質(zhì)量受人為因素影響較大,另一方面這種加工方式�(wú)法適�(yīng)�(wú)汞化的要�。這也是機(jī)械設(shè)備需要盡快解決的難題之一。集流釘和負(fù)極底的焊接方法還值得研究,目前普遍采用的是直流貯能爆炸焊,這種焊接容易造成銅粉未污染集流體組合�,是引起�(wú)汞堿錳電池慢性短路的重要隱患。�(jìn)口負(fù)極集流體組裝�(shè)備需要幾十萬(wàn)乃至上百�(wàn)元人民幣,電池機(jī)械廠�(yīng)重視該設(shè)備的研究與開(kāi)�(fā),這也是提高勞�(dòng)生產(chǎn)率的重要�(huán)節(jié)�
組裝�(shè)備主要存在模具材�(zhì)�、不耐磨、粉塵污染嚴(yán)重等�(wèn)�。機(jī)械廠�(yīng)加強(qiáng)與金屬材料研究部門的協(xié)作,選擇適用的正極環(huán)模具材料和熱處理方法�
原材料和零配�
為推�(jìn)堿錳電池?zé)o汞化的�(jìn)程,要扎扎實(shí)�(shí)地抓好幾�(gè)基地的建�(shè)。無(wú)汞堿錳電池專用EMD尚須�(jìn)一步提高質(zhì)�,特別是重金屬雜�(zhì)的含量有待再降低,還要在提高電池電位和高電壓放電容量上下�(diǎn)功夫�
用于堿錳電池的微粉石�,好多是由鱗狀石墨加工處理而成,而鱗狀石墨中Fe、Cu等元素的含量較高。若�(wú)有效控制措施和檢�(cè)手段,用這種石墨生產(chǎn)�(wú)汞電�,即可釀成重大質(zhì)量事��
�(guó)�(chǎn)�(wú)汞鋅粉尚未完全過(guò)�(guān),要從選用高�(zhì)量的鋅材入手,還必須研究適宜的加工方�。用Ca代替Al的In- Bi一Ca鋅合金更有利于減輕無(wú)汞堿錳電池貯存期�(nèi)的慢性短�。選擇析氣量�(duì)放電深度依附性較低的鋅粉是解決無(wú)汞電池貯存和耐漏液性能的重要措��
堿錳電池用隔膜需�(jìn)一步改善性能,提高密度和均勻�,增加阻滯性。韓�(guó)提供的隔膜卷繞技�(shù)為螺旋卷繞法,為適應(yīng)�(wú)汞化的要求,建議適當(dāng)�(diào)整卷繞角�,使有效層數(shù)增加。降低隔膜紙的厚�,增加卷繞層�(shù),這也是國(guó)際堿錳電池業(yè)的一種傾��
傳統(tǒng)的CMC等鋅膏增稠劑因采用無(wú)汞鋅粉穩(wěn)定性變差,已不能適�(yīng)�(wú)汞電池的要求。為提高�(wú)汞堿錳電池的抗振�(dòng)性能和貯存性能,建議選用PA和PA一Na等高粘度、穩(wěn)定性好的鋅膏稠化劑,并選擇恰當(dāng)?shù)呐浔?,電池的性能可獲得較理想的效�?!A錳電池零配件的標(biāo)�(zhǔn)化是堿錳電池�(shí)�(xiàn)�(wú)汞化的基�(chǔ)條件。建立幾�(gè)堿錳電池零配件基地,加強(qiáng)零配件質(zhì)量的控制,對(duì)提高堿錳電池�(zhì)�、實(shí)�(xiàn)堿錳電池?zé)o汞化是十分重要的�
�(wú)汞化的工藝及控制
(1)改善鋅膏的導(dǎo)電性能
汞的“濕性”有助于鋅粉之間和鋅粉與集流體之間的�(�)�,改善了鋅膏的導(dǎo)電�,使電池具有較好的抗振動(dòng)性能。電池去汞后,導(dǎo)電性明顯下�。改善鋅膏的�(dǎo)電性能可從使用高粘度穩(wěn)定性好的鋅膏增稠劑、適�(dāng)提高鋅膏中鋅粉的比例和在鋅膏中添加其它導(dǎo)電材料幾方面入手�
(2)控制生產(chǎn)�(guò)程的污染
�(wú)汞堿錳電池生�(chǎn)必須保持潔凈的生�(chǎn)�(huán)境和�(wú)污染的生�(chǎn)�(guò)�。根�(jù)�(guó)外電池業(yè)的經(jīng)�(yàn),生�(chǎn)一般要求在恒溫濕條件下�(jìn)�,適宜的溫度�20℃~28℃,濕度�30%�60%(RH)。負(fù)極組合件組裝不適宜在低溫下�(jìn)行,鋼殼涂布�(dǎo)電石墨不宜在高濕條件下�(jìn)�。整�(gè)生產(chǎn)�(guò)程要做到�(wú)�,防止帶入使鋅析氫增加的雜質(zhì)。間斷式的零配件加工方式,手工操作多,配件污染無(wú)法控�,質(zhì)量也�(wú)法保��
(3)控制碳酸�
生產(chǎn)�(guò)程中有效控制正負(fù)極的碳酸化是�(wú)汞堿錳電池重要的工藝措施之一。首先要控制空氣中CO2的濃�,鋅膏配制在真空條件下�(jìn)行,電解�、鋅�、正極粉必須密封包裝,KOH、無(wú)汞鋅粉等�(yīng)盡可能減少暴露于空氣中的�(shí)�,包裝破損時(shí),應(yīng)杜絕使用等等。封口工序前的設(shè)備和輸送軌道均�(yīng)加設(shè)防護(hù)�,減少空氣交換,防止電池制品碳酸�。還�(yīng)注意控制電池的在線時(shí)間,�(wú)汞電池生�(chǎn)在特殊情況下的最�(zhǎng)停機(jī)�(shí)間一般不得超�(guò)兩小�(shí)。國(guó)�(chǎn)�(shè)備的可靠性相�(duì)較差,容易出�(xiàn)故障,要有防止設(shè)備故障的�(yīng)急措��
(4)注意Cu和超�(xì)鋅粉�(duì)�(wú)汞電池的影響
銅在堿錳電池的陰極中基本以化合態(tài)存在,在電勢(shì)的作用下,容易向�(yáng)極遷�,電池陽(yáng)極中的鋅由于去汞,加速了超細(xì)顆粒向陰極遷�,當(dāng)隔膜管中有缺陷點(diǎn)�(shí),Cu2+與Zn在缺陷點(diǎn)處發(fā)生氧化還原反�(yīng),形成的銅的氫氧化物晶枝逐漸穿透隔膜,形成短路。生�(chǎn)�(guò)程中必須�(yán)格控制Cu的污�,無(wú)汞鋅粉中的超�(xì)顆粒�(yīng)加以限制,防止因鋅微粉遷移形成電池短��
(5)研究更適合于�(wú)汞化要求和電池容量提高的新結(jié)�(gòu)
�(guó)�(chǎn)堿錳電池目前仍以日本富士�(jié)�(gòu)占主�,就封口形式而言,由于無(wú)汞堿錳電池析氣量增大,這種�(jié)�(gòu)的可靠性值得商榷。帶輔片的負(fù)極組合件更有利于密封,由于尼龍的一致性較�,無(wú)汞堿錳電池的密封圈從可靠性考慮選用尼龍比聚丙烯�,遺憾的是尼龍密封圈的成本較高。歐美堿錳電池的�(jié)�(gòu)很值得我國(guó)借鑒,除了密封可靠外,電池可利用的空間變大了,更有利于電池容量的提高�
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