堿錳電池?zé)o汞化技術(shù)

堿錳電池容量

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度，內(nèi)部零件體積較細(xì)(例如電極)，也讓出空間，有助增加容量，總的來說比碳性電池多3至5倍容量。 但堿性電池的容量會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)有3000mAh的容量，但當(dāng)用在取1A電流的負(fù)—載時(shí)，容量只會得700mAh，小于原來的1/4。

堿錳電池電壓

單一枚堿性電池的電動(dòng)勢(e.m.f)，也即在無負(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使電壓在1.5V至1.65V之間變化。當(dāng)接上負(fù)載后，隨輸出電流的增加電壓會下降，在一般負(fù)載下電壓會降至約在1.1V至1.3V之間。

堿錳電池電流

堿性電池所能輸出的電流比碳鋅電池大，卻比一般蓄電池細(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，有更多的物質(zhì)可以同時(shí)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)。過大的電流會使電池在放電的過程加熱升溫，一般AA電池可以輸出700mA電流也不至明顯升溫，較大型號的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汞化涉及的技術(shù)問題主要有以下幾個(gè)方面：

機(jī)械設(shè)備和工裝模具

我國堿錳電池工業(yè)化較遲，無汞化技術(shù)的研究由于受裝備、零配件和材料等因素的制約，尚處于起步階段，特別是適用于低、無汞堿錳電池生產(chǎn)的國產(chǎn)機(jī)械設(shè)備還未成熟，絕大多數(shù)廠仍然采用間斷式的設(shè)備生產(chǎn)，零配件加工、工裝模具仍未考慮無汞化的要求。

正負(fù)極準(zhǔn)備設(shè)備使用最多的仍是制藥機(jī)械，包括拌粉、軋片或濟(jì)條、成粒、過篩和鋅膏配制等。設(shè)備主要存在以下幾方面的問題：

(1)工裝模具、機(jī)械設(shè)備未重視材料的耐腐蝕、穩(wěn)定性和耐磨性，國產(chǎn)設(shè)備尤為突出?；旌屯啊④堓?、鋅膏容器等雖然采用了不銹鋼等高檔材料，但仍未達(dá)到無汞化的要求，普通不銹鋼耐蝕、抗氧化和耐磨性能均較差。無汞堿錳電池陽極對Fe、Mo等元素是以10一7～10一6級控制的，材料腐蝕、電化學(xué)反應(yīng)和機(jī)械等因素很容易造成陽極雜質(zhì)元素超過允許值。韓國火箭公司的陽極準(zhǔn)備設(shè)備在適應(yīng)無汞化需要方面考慮較全面，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)重。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為不合格品，需要反反復(fù)復(fù)在幾臺機(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%，大大降低了設(shè)備的磨損和粉粒的交叉污染。

(3)部分設(shè)備的傳(轉(zhuǎn))動(dòng)部分使用銅材等有害金屬。無汞堿錳電池正極對銅特別敏感，銅等雜質(zhì)混人正極粉是造成無汞電池慢性短路的隱患。

(4)堿性介質(zhì)條件下，烘干工藝容易引起正極粉碳酸化，也容易產(chǎn)生交叉污染。碳酸鹽濃度偏高是引發(fā)電池爬堿的因素之一，無汞堿錳電池對碳酸鹽濃度的要求更高。

(5)負(fù)極集流體組裝國內(nèi)還主要依靠手工加機(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無法適應(yīng)無汞化的要求。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，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件，是引起無汞堿錳電池慢性短路的重要隱患。進(jìn)口負(fù)極集流體組裝設(shè)備需要幾十萬乃至上百萬元人民幣，電池機(jī)械廠應(yīng)重視該設(shè)備的研究與開發(fā)，這也是提高勞動(dòng)生產(chǎn)率的重要環(huán)節(jié)。

組裝設(shè)備主要存在模具材質(zhì)差、不耐磨、粉塵污染嚴(yán)重等問題。機(jī)械廠應(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。

原材料和零配件

為推進(jìn)堿錳電池?zé)o汞化的進(jìn)程，要扎扎實(shí)實(shí)地抓好幾個(gè)基地的建設(shè)。無汞堿錳電池專用EMD尚須進(jìn)一步提高質(zhì)量，特別是重金屬雜質(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點(diǎn)功夫。

用于堿錳電池的微粉石墨，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。若無有效控制措施和檢測手段，用這種石墨生產(chǎn)無汞電池，即可釀成重大質(zhì)量事故。

國產(chǎn)無汞鋅粉尚未完全過關(guān)，要從選用高質(zhì)量的鋅材入手，還必須研究適宜的加工方法。用Ca代替Al的In- Bi一Ca鋅合金更有利于減輕無汞堿錳電池貯存期內(nèi)的慢性短路。選擇析氣量對放電深度依附性較低的鋅粉是解決無汞電池貯存和耐漏液性能的重要措施。

堿錳電池用隔膜需進(jìn)一步改善性能，提高密度和均勻性，增加阻滯性。韓國提供的隔膜卷繞技術(shù)為螺旋卷繞法，為適應(yīng)無汞化的要求，建議適當(dāng)調(diào)整卷繞角度，使有效層數(shù)增加。降低隔膜紙的厚度，增加卷繞層數(shù)，這也是國際堿錳電池業(yè)的一種傾向。

傳統(tǒng)的CMC等鋅膏增稠劑因采用無汞鋅粉穩(wěn)定性變差，已不能適應(yīng)無汞電池的要求。為提高無汞堿錳電池的抗振動(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果?！A錳電池零配件的標(biāo)準(zhǔn)化是堿錳電池實(shí)現(xiàn)無汞化的基礎(chǔ)條件。建立幾個(gè)堿錳電池零配件基地，加強(qiáng)零配件質(zhì)量的控制，對提高堿錳電池質(zhì)量、實(shí)現(xiàn)堿錳電池?zé)o汞化是十分重要的。

無汞化的工藝及控制

(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連(粘)接，改善了鋅膏的導(dǎo)電性，使電池具有較好的抗振動(dòng)性能。電池去汞后，導(dǎo)電性明顯下降。改善鋅膏的導(dǎo)電性能可從使用高粘度穩(wěn)定性好的鋅膏增稠劑、適當(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)過程的污染

無汞堿錳電池生產(chǎn)必須保持潔凈的生產(chǎn)環(huán)境和無污染的生產(chǎn)過程。根據(jù)國外電池業(yè)的經(jīng)驗(yàn)，生產(chǎn)一般要求在恒溫濕條件下進(jìn)行，適宜的溫度為20℃～28℃，濕度為30%～60%(RH)。負(fù)極組合件組裝不適宜在低溫下進(jìn)行，鋼殼涂布導(dǎo)電石墨不宜在高濕條件下進(jìn)行。整個(gè)生產(chǎn)過程要做到無塵，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，配件污染無法控制，質(zhì)量也無法保證。

(3)控制碳酸化

生產(chǎn)過程中有效控制正負(fù)極的碳酸化是無汞堿錳電池重要的工藝措施之一。首先要控制空氣中CO2的濃度，鋅膏配制在真空條件下進(jìn)行，電解液、鋅膏、正極粉必須密封包裝，KOH、無汞鋅粉等應(yīng)盡可能減少暴露于空氣中的時(shí)間，包裝破損時(shí)，應(yīng)杜絕使用等等。封口工序前的設(shè)備和輸送軌道均應(yīng)加設(shè)防護(hù)罩，減少空氣交換，防止電池制品碳酸化。還應(yīng)注意控制電池的在線時(shí)間，無汞電池生產(chǎn)在特殊情況下的最長停機(jī)時(shí)間一般不得超過兩小時(shí)。國產(chǎn)設(shè)備的可靠性相對較差，容易出現(xiàn)故障，要有防止設(shè)備故障的應(yīng)急措施。

(4)注意Cu和超細(xì)鋅粉對無汞電池的影響

銅在堿錳電池的陰極中基本以化合態(tài)存在，在電勢的作用下，容易向陽極遷移，電池陽極中的鋅由于去汞，加速了超細(xì)顆粒向陰極遷移，當(dāng)隔膜管中有缺陷點(diǎn)時(shí)，Cu2 與Zn在缺陷點(diǎn)處發(fā)生氧化還原反應(yīng)，形成的銅的氫氧化物晶枝逐漸穿透隔膜，形成短路。生產(chǎn)過程中必須嚴(yán)格控制Cu的污染，無汞鋅粉中的超細(xì)顆粒應(yīng)加以限制，防止因鋅微粉遷移形成電池短路。

(5)研究更適合于無汞化要求和電池容量提高的新結(jié)構(gòu)

國產(chǎn)堿錳電池仍以日本富士結(jié)構(gòu)占主流，就封口形式而言，由于無汞堿錳電池析氣量增大，這種結(jié)構(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好，無汞堿錳電池的密封圈從可靠性考慮選用尼龍比聚丙烯好，遺憾的是尼龍密封圈的成本較高。歐美堿錳電池的結(jié)構(gòu)很值得我國借鑒，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。

堿性鋅錳電池簡介

以鋅為負(fù)極，二氧化錳為正極，氫氧化鉀溶液為電解液的原電池。簡稱堿錳電池，俗稱堿性電池。其產(chǎn)品系列都用字母“LR”表示，其后的數(shù)字表示電池的型號。

最早見諸于德國專利的堿錳電池是一種濕電池。1912年又有一種干電池取得德國專利。直到1949年才有美國悅?cè)A公司的“皇冠”型電池投入市場。1960年開發(fā)成功圓筒形結(jié)構(gòu)以后，堿錳電池才得以迅速發(fā)展。

堿性鋅錳電池是普通干電池的升級換代的高性能電池產(chǎn)品，有LR6(五號)和LR03(七號)兩種產(chǎn)品電池。產(chǎn)品分普通型(含汞量0.60%)和微汞量(含汞量不大于0.025%)，現(xiàn)正在開展無汞型電池試制。

堿性鋅錳電池電極反應(yīng)式

紐扣電池：

負(fù)極反應(yīng)： Zn 2OH^--2e^-=Zn(OH)₂

正極反應(yīng)： 2MnO₂ 2H₂O 2e^-=2MnOOH 2OH^-

總反應(yīng)： Zn 2MnO₂ H₂O=Zn(OH)₂ Mn₂O₃

一般電池：

負(fù)極反應(yīng)： Zn 2OH^-=Zn(OH)₂ 2e^- ， Zn(OH)₂ 2OH^-=[Zn(OH)₄]^2-

正極反應(yīng)： MnO₂ H₂O e^-=MnOOH OH^-， MnOOH H₂O e^-=Mn(OH)₂ OH^-

總反應(yīng)： Zn MnO₂ 2H₂O 2OH^-=Mn(OH)₂ [Zn(OH)₄]^2-

使用溫度范圍：0℃~40℃

電 源：5號干電池(錳電池或堿錳電池)4個(gè)

尺 寸： 210(高)x1 30(寬)x1 90(長)mm

重 量： 1kg