鋅負(fù)極電池分析PPT學(xué)習(xí)教案

1、會計學(xué)1第1頁/共109頁22ZneZn第2頁/共109頁2423322222MnOeNHMn ONHH O22MnOeH OMnOOHOH 2222AgOH OAg OOH2222Ag OH OAgOH2224OH OOH第3頁/共109頁第4頁/共109頁第5頁/共109頁第6頁/共109頁第7頁/共109頁字母后面緊接著的數(shù)字代表單體電池的大??；在單體電池前加上數(shù)字表示串聯(lián)的組合電池中的單體電池數(shù)目；單體電池之后加一并聯(lián)電池數(shù)。R6P，LR6，3R14，6F22，4F100-4符號符號RSFPCL外形外形圓筒圓筒形形方柱方柱式式扁平扁平式式高功高功率率高容高容量量堿性堿性電池符號和意義電

2、池符號和意義第8頁/共109頁 1.1.1 傳統(tǒng)的傳統(tǒng)的勒克朗謝電池勒克朗謝電池 以以MnO2為正極，為正極，Zn為負(fù)極，并以為負(fù)極，并以NH4Cl水溶液為主電水溶液為主電解液，用解液，用紙、棉或淀粉紙、棉或淀粉等將電解液凝膠化，使其不流出，具等將電解液凝膠化，使其不流出，具有這種結(jié)構(gòu)的電池叫做錳干電池，也稱有這種結(jié)構(gòu)的電池叫做錳干電池，也稱“糊式鋅錳干電糊式鋅錳干電池池”。422Zn NH Cl ZnCl MnO 這種電池最早在這種電池最早在1868年法國人勒克朗謝年法國人勒克朗謝設(shè)計的，開始電解設(shè)計的，開始電解質(zhì)仍是流動的。質(zhì)仍是流動的。 并把細(xì)砂、鋸末等物質(zhì)加在并把細(xì)砂、鋸末等物質(zhì)加在電

3、解質(zhì)中，使其成為糊狀物。到了電解質(zhì)中，使其成為糊狀物。到了1886年，由美國的加斯納，年，由美國的加斯納，設(shè)計了一種將電解液用石膏固化，而鋅電極制成圓筒形的電池。設(shè)計了一種將電解液用石膏固化，而鋅電極制成圓筒形的電池。這種電池即使傾斜電解液也不會流出。這種電池即使傾斜電解液也不會流出。( )C42Zn NH Cl MnO第9頁/共109頁43 2222()2ZnNH CleZn NHClH 22222MnOHeMnOOH正極正極負(fù)極負(fù)極電極反應(yīng)電極反應(yīng)243 22222()ZnMnONH ClMnOOHZn NHCl第10頁/共109頁美國在美國在1890年開始生產(chǎn)了這種電池。之后又經(jīng)過年開始

4、生產(chǎn)了這種電池。之后又經(jīng)過不斷的改進(jìn)，發(fā)展到目前的不斷的改進(jìn)，發(fā)展到目前的干電池干電池。干電池主要。干電池主要用在：照明、攜帶式收音機(jī)、照相閃光燈、電動用在：照明、攜帶式收音機(jī)、照相閃光燈、電動玩具、電話、助聽等方面。玩具、電話、助聽等方面。( )C422Zn NH Cl,ZnO,ZnCl(石膏)MnO 2422(2)HOCaSO HO 加 熱 脫 水4120-130 C石 膏 （ CaSO）燒 石 膏2CaSO4H2O與少量水作用可逐漸硬化，并膨脹，故與少量水作用可逐漸硬化，并膨脹，故可鑄造模型及雕塑?？设T造模型及雕塑。第11頁/共109頁 鋅錳干電池可根據(jù)不同的用途和特性，制成不同形鋅錳干

5、電池可根據(jù)不同的用途和特性，制成不同形狀和規(guī)格的單體電池。它們所用的原材料大體一樣，只狀和規(guī)格的單體電池。它們所用的原材料大體一樣，只是是正極電芯粉正極電芯粉和和電解液電解液等的配比不同，通常有等的配比不同，通常有圓筒形圓筒形和和方形方形兩種。兩種。第12頁/共109頁 筒形電池的筒形電池的鋅極鋅極兼作電池的兼作電池的容器容器。MnO2電極壓成圓柱形的電極壓成圓柱形的電芯電芯，炭棒炭棒在電芯的中央在電芯的中央作為作為正極導(dǎo)體正極導(dǎo)體，電芯外面包有綿紙，以防芯，電芯外面包有綿紙，以防芯粉脫落；鋅筒底部的粉脫落；鋅筒底部的絕緣墊片絕緣墊片，是用來防止，是用來防止正負(fù)極間的短路；電糊起作正負(fù)極間的短

6、路；電糊起作離子的導(dǎo)電離子的導(dǎo)電作用作用和正負(fù)極間的和正負(fù)極間的隔離隔離物的作用。上部的氣室為物的作用。上部的氣室為氣體或電糊膨脹而留的余地；封口劑和電池氣體或電糊膨脹而留的余地；封口劑和電池蓋都是為了密封電池，防止電解質(zhì)干固。蓋都是為了密封電池，防止電解質(zhì)干固。 第13頁/共109頁，僅能用于電壓要求高，電流要求僅能用于電壓要求高，電流要求小的場合。小的場合。第14頁/共109頁 紙板電池用紙板電池用紙板涂膠紙板涂膠代替代替漿糊漿糊做隔離層。電解質(zhì)做隔離層。電解質(zhì)有有氯化銨氯化銨型和型和氯化鋅氯化鋅型。容量比型。容量比糊式糊式鋅錳電池鋅錳電池高高。高。高氯化鋅氯化鋅紙板電池紙板電池1970年

7、開始生產(chǎn)，可大電流放電，放年開始生產(chǎn)，可大電流放電，放電時間長。電池表達(dá)式：電時間長。電池表達(dá)式： ( )22(-)Zn ZnCl MnO負(fù)極：負(fù)極：2484ZneZn2288888MnOH OeMnOOHOH正極：正極：總反應(yīng)：總反應(yīng)：222224845ZnH OOHZnClZnClZnOH O電解液中反應(yīng)：電解液中反應(yīng)：22222849845MnOZn ZnClH OMnOOHZnClZnOH O第15頁/共109頁紙板紙板電池電池結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)第16頁/共109頁第17頁/共109頁水海藻膠粉甲醛乳成膠糊乳成CMC糊配成海膠糊噴制海膠紙電纜紙電解液干燥浸電解液裁紙海膠紙水.C.M.C 采用紙板

8、取代漿糊的主要優(yōu)點是節(jié)約了采用紙板取代漿糊的主要優(yōu)點是節(jié)約了糧食糧食，一個日產(chǎn)，一個日產(chǎn)20萬只萬只R20的干電池廠，消耗糧食約的干電池廠，消耗糧食約400Kg，一年就要上百噸。，一年就要上百噸。第18頁/共109頁1.1.3 堿性鋅錳干電池堿性鋅錳干電池堿性鋅錳干電池堿性鋅錳干電池1882年德國年德國G.Leuchs發(fā)表專利，發(fā)表專利，1965年年開始生產(chǎn)。電池表達(dá)式開始生產(chǎn)。電池表達(dá)式:負(fù)極：負(fù)極：正極：正極：總反應(yīng)總反應(yīng):2ZnO22Zn+2MnO +H OMnOOH( )KOH2(-)ZnMnO222ZnOHeZnO H O2222222MnOH OeMnOOHOH第19頁/共109頁

9、第20頁/共109頁 2）工藝基本情況：）工藝基本情況： 炭素殼：用石墨做原料，添加石蠟等粘合劑和防水炭素殼：用石墨做原料，添加石蠟等粘合劑和防水 劑，劑，壓成型，作為電池的正極并兼作容器。壓成型，作為電池的正極并兼作容器。1）電池結(jié)構(gòu)）電池結(jié)構(gòu)A:Cu B:鋅膏鋅膏C:隔膜隔膜 D:炭倉炭倉E: 炭素殼炭素殼,電池正極導(dǎo)體電池正極導(dǎo)體 F:紙殼紙殼 G:馬口鐵皮；商標(biāo)馬口鐵皮；商標(biāo)第21頁/共109頁 正極炭包正極炭包：用電解錳，天然錳、乙炔黑按一定配：用電解錳，天然錳、乙炔黑按一定配比，并加入比重比，并加入比重1.1的的KOH溶液混合，壓成簡狀環(huán)式溶液混合，壓成簡狀環(huán)式炭包。炭包。 隔膜隔

10、膜：采用耐堿性和吸水良好的紙為基體，再涂：采用耐堿性和吸水良好的紙為基體，再涂布漿層。布漿層。負(fù)極：采用含汞量為負(fù)極：采用含汞量為4%的汞齊鋅粉，添加的汞齊鋅粉，添加12%纖纖維粉，維粉， 710%的淀粉混勻。的淀粉混勻。 裝配時先把環(huán)行炭包裝入炭素殼中，適當(dāng)壓實，裝配時先把環(huán)行炭包裝入炭素殼中，適當(dāng)壓實，使使 二者有很好的接觸。再將漿糊紙卷成管型插入炭二者有很好的接觸。再將漿糊紙卷成管型插入炭包中間。然后將和好的鋅粉裝入隔膜筒內(nèi)，待無游離包中間。然后將和好的鋅粉裝入隔膜筒內(nèi)，待無游離電解液后，插入黃銅做導(dǎo)體。電解液后，插入黃銅做導(dǎo)體。 第22頁/共109頁第23頁/共109頁1.2 圓筒鋅錳

11、干電池的制造圓筒鋅錳干電池的制造 鋅錳干電池的生產(chǎn)工藝，因電池品種鋅錳干電池的生產(chǎn)工藝，因電池品種和各廠的機(jī)械化程度不同而各有所異，現(xiàn)和各廠的機(jī)械化程度不同而各有所異，現(xiàn)僅就主要部分作以下介紹：僅就主要部分作以下介紹： 鋅錳干電池的生產(chǎn)工藝流程是由許多鋅錳干電池的生產(chǎn)工藝流程是由許多的工序構(gòu)成的（如下圖所示）的工序構(gòu)成的（如下圖所示）第24頁/共109頁錳粉NH4Cl乙炔黑石墨粉干混濕混二次過篩壓電芯包紙上肩部涂膏放電芯灌糊固定電芯瀝青焦碳粉石墨粉壓型燒結(jié)防水處理炭棒鋅筒內(nèi)拋光墊底單體成型套紙圈擦靜炭棒上銅帽封口蓋塑料蓋扣邊包襯紙?zhí)虡?biāo)套熱縮管加沉熱縮ZnCl H2NH4ClO純化過濾外電液電

12、糊第25頁/共109頁電解質(zhì)的制備電芯制備糊化品制備炭棒制備封口單體電池制備質(zhì)檢其工序較多，但大致可歸結(jié)成以下幾個部分：其工序較多，但大致可歸結(jié)成以下幾個部分：1.2.1 電解質(zhì)溶液的制備電解質(zhì)溶液的制備 隨著工業(yè)的發(fā)展，為了研制高比能，耐低溫，長壽命隨著工業(yè)的發(fā)展，為了研制高比能，耐低溫，長壽命的鋅錳干電池，人們對電解液的成分作了許多的改進(jìn)，目的鋅錳干電池，人們對電解液的成分作了許多的改進(jìn)，目前常用的有以下幾種：前常用的有以下幾種： 第26頁/共109頁1.2.1.a NH4Cl：其作用為：其作用為： 參加參加電池反應(yīng)電池反應(yīng)，減少鋅電極的極化，減少鋅電極的極化; 擔(dān)任擔(dān)任離子的導(dǎo)電離子的導(dǎo)

13、電，常見的氯化物中比電導(dǎo)最大，常見的氯化物中比電導(dǎo)最大 NH4Cl水解生成的水解生成的H+，有利于減緩電芯中，有利于減緩電芯中PH值的上升，使電極正電位下降。值的上升，使電極正電位下降。氯化物氯化物水溶液水溶液20%NH4ClKClNaCl2MgCl2ZnCl218時的比電時的比電阻阻 /2.973.735.787.1410.99第27頁/共109頁 NH4Cl的主要缺點是冰點高，的主要缺點是冰點高，20%的水溶液在的水溶液在20時便結(jié)冰，使電池在低溫下不能工作。另外，時便結(jié)冰，使電池在低溫下不能工作。另外，NH4Cl亦沿鋅筒爬出，引起電解液外溢。亦沿鋅筒爬出，引起電解液外溢。1.2.1.b

14、ZnCl2： 可降低冰點，吸水性強(qiáng)，有助于保持電解質(zhì)中可降低冰點，吸水性強(qiáng)，有助于保持電解質(zhì)中的水分，防止電糊干涸。的水分，防止電糊干涸。 增大了電解液的鋅離化子濃度，可減緩鋅的腐增大了電解液的鋅離化子濃度，可減緩鋅的腐蝕。蝕。 ZnCl2水解生成的水解生成的H+，可以減少正極電位下降，可以減少正極電位下降 ZnCl2有促進(jìn)淀粉的水解作用，可加速電解液的有促進(jìn)淀粉的水解作用，可加速電解液的糊化。糊化。424NH ClH ONH OHHCl第28頁/共109頁溫度溫度 不加不加ZnCl2 加加10%的的ZnCl270 180 3580 60 3090 40 25電解的糊化時間（電解的糊化時間（S

15、）其主要缺點是：比電阻大，約為其主要缺點是：比電阻大，約為NH4Cl的的4倍倍 2222()22ZnClH OZn OHHCl第29頁/共109頁1.2.1.c 稠化劑：稠化劑： 鋅錳干電池電解液中加的稠化劑是鋅錳干電池電解液中加的稠化劑是淀粉淀粉和和面粉面粉。其通式為其通式為(C6H10O5)n，n值可從幾百到百萬，都具有支值可從幾百到百萬，都具有支鏈的鏈狀的鏈的鏈狀的高分子化合物高分子化合物。 淀粉糊化后分子相互交織在一起形成立體網(wǎng)狀結(jié)淀粉糊化后分子相互交織在一起形成立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，把電解液包在其中成為凝膠狀漿糊。它導(dǎo)電性良構(gòu)，把電解液包在其中成為凝膠狀漿糊。它導(dǎo)電性良好，能固化電芯，把它與

16、鋅筒隔開，并能防止電解液好，能固化電芯，把它與鋅筒隔開，并能防止電解液外溢。外溢。 若只用淀粉，則電糊的膠體強(qiáng)度大，導(dǎo)電性好，若只用淀粉，則電糊的膠體強(qiáng)度大，導(dǎo)電性好，但其保水能力和粘性都較差。與一定量的面粉一起使但其保水能力和粘性都較差。與一定量的面粉一起使用。面粉電糊粘性好保水能力強(qiáng)，但對錳粉和電解質(zhì)用。面粉電糊粘性好保水能力強(qiáng)，但對錳粉和電解質(zhì)的作用不穩(wěn)定，膠體強(qiáng)度低，二者結(jié)合使用。的作用不穩(wěn)定，膠體強(qiáng)度低，二者結(jié)合使用。 第30頁/共109頁1.2.1.d 緩蝕劑：緩蝕劑： HgCl2 ： 電解液中加入電解液中加入HgCl2后，鋅皮與后，鋅皮與HgCl2作用，將作用，將Hg置換出來，生

17、成一層置換出來，生成一層鋅汞齊膜鋅汞齊膜。由于。由于H2在鋅汞齊上的過在鋅汞齊上的過電位比鋅及其它一些金屬雜質(zhì)上的過電位高，故能減小電位比鋅及其它一些金屬雜質(zhì)上的過電位高，故能減小H2的析出速度，從而又可減緩了鋅皮的腐蝕。的析出速度，從而又可減緩了鋅皮的腐蝕。22ZnHgClZnClHg()ZnHgZn Hg。第31頁/共109頁 乳化劑乳化劑OP、TX10： 都是聚氧乙烯烷基苯基醚一類的有機(jī)非離子型都是聚氧乙烯烷基苯基醚一類的有機(jī)非離子型表表面活性劑面活性劑。其用量一般在。其用量一般在0.05%左右，其作用機(jī)理為左右，其作用機(jī)理為:該非離化子做表面活性劑，在該非離化子做表面活性劑，在Zn(H

18、g)表面上具有較好表面上具有較好的的吸附吸附，從而，從而抑制了抑制了Zn的腐蝕的腐蝕。 其它添加劑其它添加劑 在電解液中常加入在電解液中常加入Cr2(SO4)3，增加電糊強(qiáng)度，加，增加電糊強(qiáng)度，加入入CaCl2和和LiCl，降低降低電解液的電解液的冰點冰點，提高低沉性能。，提高低沉性能。第32頁/共109頁2250%2H OdZnClZnClZnCl 加加鋅皮加熱（測 換算成50%）約溶液純化的溶液2424245#5,51H ONH ClPHH ONH ClPHH O NH ClPH 24 3加，調(diào)加淀粉凈化加，Hg、Cr (SO )調(diào)#凈化OP、面粉加凈化，調(diào)電液過濾白漿2電液過濾清漿過濾調(diào)

19、粉液（和粉用）電糊R20（手電筒電池）配方（手電筒電池）配方1#電液：電液：NH4Cl 19.94%，ZnCl2(50%) 9.97%,H2O 69.74%，Zn 0.035%2#電液：電液：NH4Cl 23.24%，ZnCl2(50%) 56.26%,H2O 19.95%，Zn 0.065%1.2.1.e 電解液的配制工藝電解液的配制工藝第33頁/共109頁白漿：白漿：1#電液電液65.55%，土豆粉土豆粉27.53%，面粉面粉6.92%清漿：清漿：2#電液電液93.85%，土豆粉，土豆粉0.47%，比重比重1.209（20 ）的）的Cr2(SO4)3溶液溶液4.04%，OP(10%)水溶液

20、水溶液 1.17%，HgCl2 0.4%電糊：白漿電糊：白漿60%，清漿，清漿40%電糊中各組分的含量：電糊中各組分的含量：NH4Cl：16.5% ， ZnCl2：13.16%，ZnO：0.37%， HgCl2：0.18%，面粉面粉： 4.14%， Cr2(SO4)3 ：0.39%，H2O：48.53%， 土豆粉土豆粉：16.68%， O P：0.5%第34頁/共109頁 配制要點：配制要點：必須仔細(xì)除去原料中的必須仔細(xì)除去原料中的重金屬雜質(zhì)重金屬雜質(zhì)（Fe、Cu、Ni、Pb等）。方法：在等）。方法：在ZnCl2溶液中加入純?nèi)芤褐屑尤爰僙n片，加熱到片，加熱到110130 ，使，使 重金屬離化

21、子都置換出來。重金屬離化子都置換出來。操作過程要嚴(yán)格操作過程要嚴(yán)格避免與油、鐵器避免與油、鐵器等物接觸。等物接觸。配清漿和白漿時都不允許有疙瘩存在，必須使面配清漿和白漿時都不允許有疙瘩存在，必須使面粉粉“吃飽吃飽”，電液。否則，淀粉在電池里還要吃水，電液。否則，淀粉在電池里還要吃水，使電糊變成使電糊變成“里干外濕里干外濕”，影響電池的質(zhì)量。，影響電池的質(zhì)量?？刂瓶刂芇H值值，電糊的，電糊的PH值一般在值一般在5.0左右。左右。 第35頁/共109頁1.2.2 電芯的制造電芯的制造1.2.2.a 電芯成分電芯成分 電芯是把二氧化錳、乙炔黑，石墨、固體氯化電芯是把二氧化錳、乙炔黑，石墨、固體氯化銨

22、和調(diào)粉液按一定比例，混合均勻配制。各組分的銨和調(diào)粉液按一定比例，混合均勻配制。各組分的作用如下：作用如下：二氧化錳二氧化錳（俗稱錳粉）：它是直接（俗稱錳粉）：它是直接參與電池反應(yīng)參與電池反應(yīng)，決定電池容量決定電池容量的主要材料。二氧化錳的來源：的主要材料。二氧化錳的來源：、天然錳粉，、天然錳粉， 、化學(xué)錳粉化學(xué)錳粉 ， 、電解錳粉電解錳粉 第36頁/共109頁2232(MnOCOMnCO 。860-900 C2還原賠燒422443342422350 C32賠燒(1) 2MnO (軟錳礦)+C(煤粉)(2) 軟錳礦)MnSO +H O +CO(3) MnSO +2NH HCOMnCO +(NH

23、)SO +H O+CO(4) MnCOMnO+CO、化學(xué)錳粉：化學(xué)二氧化錳的制法較多，主要包括、化學(xué)錳粉：化學(xué)二氧化錳的制法較多，主要包括還原高錳酸鉀法還原高錳酸鉀法 ，硝酸鉀熱分解法，硝酸鉀熱分解法 ， 碳酸錳法等。碳酸錳法等。 碳酸錳法是把低品位的軟錳礦制成硫酸錳溶液。經(jīng)過碳酸錳法是把低品位的軟錳礦制成硫酸錳溶液。經(jīng)過濾，然后以碳酸氫氨做沉淀劑，使硫酸錳成為碳酸錳濾，然后以碳酸氫氨做沉淀劑，使硫酸錳成為碳酸錳沉淀，最后經(jīng)過焙少生成二氧化錳。反應(yīng)如下：沉淀，最后經(jīng)過焙少生成二氧化錳。反應(yīng)如下：第37頁/共109頁244222MneMnMnOHMnO陽極：陽極：陰極：陰極：222HeH 422

24、242MnSO +2H OMnO +H SO +H、電解錳：是用碳酸錳和硫酸作原料，采電解錳：是用碳酸錳和硫酸作原料，采用電解的方法制得。電解時的電極反應(yīng)為：用電解的方法制得。電解時的電極反應(yīng)為：第38頁/共109頁第39頁/共109頁氯化銨氯化銨 電芯中氯化銨的存在的作用：電芯中氯化銨的存在的作用：、補(bǔ)充因補(bǔ)充因放電時電解液中氯化銨的減少，放電時電解液中氯化銨的減少， 減少放電室減少放電室電芯中的電芯中的PH值的上升，值的上升，、提高提高電芯中電解液電芯中電解液的的電導(dǎo)電導(dǎo) 。 調(diào)粉液調(diào)粉液 在制作電芯的粉料中加入調(diào)粉液，有利于在制作電芯的粉料中加入調(diào)粉液，有利于電芯的成型。而且便電芯保持一

25、定水分，電芯的成型。而且便電芯保持一定水分，增加增加電芯液相的電芯液相的導(dǎo)電性導(dǎo)電性。 2.電芯的制造流程（電芯的制造流程（R20型電池）型電池）第40頁/共109頁1.2.2.b 電芯的制造流程（電芯的制造流程（R20型電池）型電池）M nO2粉 50KgNH4Cl(s) 8.5g乙 炔 黑 7.5g干 混 合混 合調(diào) 粉 液 15.5g二 次 過 篩炭 包 粉 （ 電 芯 粉 ）過 篩壓 電 芯炭 棒包 紙扎 線電 芯第41頁/共109頁1.2.2.c 工藝要求：工藝要求： 和粉要求均勻和粉要求均勻 含水量（粉）一般控制在含水量（粉）一般控制在1318%左右，太濕壓制電左右，太濕壓制電 芯

26、時，易擠出電解液，太干不易成型。芯時，易擠出電解液，太干不易成型。 電芯粉合好后要妥善保存，防止吸潮和揮發(fā)。電芯粉合好后要妥善保存，防止吸潮和揮發(fā)。 電芯壓制用力要均勻，各處的緊密度要一致。電芯壓制用力要均勻，各處的緊密度要一致。 炭棒應(yīng)居于電芯中心，接觸緊密，不能中斷和破頭。炭棒應(yīng)居于電芯中心，接觸緊密，不能中斷和破頭。 電芯應(yīng)圓正，表面光滑，無裂紋，粘粉。電芯應(yīng)圓正，表面光滑，無裂紋，粘粉。 電芯的大小、重量和含水份應(yīng)符合要求。電芯的大小、重量和含水份應(yīng)符合要求。 為使為使 電芯加電液后不膨脹，不掉粉。在電芯外邊用綿紙電芯加電液后不膨脹，不掉粉。在電芯外邊用綿紙包上，并用棉紗線在扎線機(jī)上扎

27、緊捆好。包紙要平正，包上，并用棉紗線在扎線機(jī)上扎緊捆好。包紙要平正，無破損，均勻，結(jié)實。無破損，均勻，結(jié)實。 第42頁/共109頁1.2.3 炭棒制造炭棒制造A、制造炭棒的原材料和作用、制造炭棒的原材料和作用 炭棒是由炭棒是由石墨和煤、瀝青石墨和煤、瀝青經(jīng)壓制和焙燒而成。石墨在炭棒經(jīng)壓制和焙燒而成。石墨在炭棒中起中起電導(dǎo)電導(dǎo)作用，是制造炭棒的主要原材料。煤瀝青是煤焦油蒸作用，是制造炭棒的主要原材料。煤瀝青是煤焦油蒸餾的產(chǎn)物，它在炭棒中起餾的產(chǎn)物，它在炭棒中起粘合粘合作用。作用。B、制造流程、制造流程 煤瀝青（粘合）融化（180 220）。C拌料（130 150。C)壓條1100。C焙燒磨圓防水

28、處理炭棒焦碳粉石墨粉（導(dǎo)電）第43頁/共109頁C、質(zhì)量要求、質(zhì)量要求1）電阻?。╇娮栊?）表面粗糙，以利和電芯緊密接觸）表面粗糙，以利和電芯緊密接觸3）透氣性好，防止電池產(chǎn)生氣漲）透氣性好，防止電池產(chǎn)生氣漲4）機(jī)械強(qiáng)度好）機(jī)械強(qiáng)度好5）有一定的防水性，防止電液滲出腐蝕）有一定的防水性，防止電液滲出腐蝕 銅帽銅帽第44頁/共109頁電 芯上 面 和 底 部 涂 臘浸 電 液瀝 干 涂 液鋅 筒墊 紙灌 電 糊放 電 芯固 定 電 芯電 解 液 糊 化糊 化 品65-85。C1-4m in1.2.4 糊化品制造糊化品制造（1）制造流程）制造流程第45頁/共109頁（2） 操作要點操作要點、糊化要

29、均勻，灌入鋅筒前，電糊要不斷攪拌，糊化要均勻，灌入鋅筒前，電糊要不斷攪拌， 動作要快，動作要快，否則，會導(dǎo)致糊化不均勻，或上稀下干。否則，會導(dǎo)致糊化不均勻，或上稀下干。、糊化沉度要控制好，一般夏季水溫在糊化沉度要控制好，一般夏季水溫在6575 ，冬季可，冬季可稍高點。糊化時間一般在稍高點。糊化時間一般在2分鐘。分鐘。、電糊面要與電芯齊肩，若高于電芯，易蝕銅帽，若低，電糊面要與電芯齊肩，若高于電芯，易蝕銅帽，若低，則會減少活性物質(zhì)的利用率和電池容量。則會減少活性物質(zhì)的利用率和電池容量。、電芯應(yīng)居鋅筒中央，以免偏心，鋅筒各處電流密度不均，電芯應(yīng)居鋅筒中央，以免偏心，鋅筒各處電流密度不均，導(dǎo)致鋅筒局

30、部腐蝕穿孔。導(dǎo)致鋅筒局部腐蝕穿孔。、要嚴(yán)防電液電糊粘到炭棒上，鋅筒內(nèi)壁上端，以免腐蝕要嚴(yán)防電液電糊粘到炭棒上，鋅筒內(nèi)壁上端，以免腐蝕鋅皮和銅帽鋅皮和銅帽第46頁/共109頁1.2.5 鋅筒制造鋅筒制造對原材料的質(zhì)量要求對原材料的質(zhì)量要求 鋅筒既是干電池的鋅筒既是干電池的負(fù)極負(fù)極，又是電池，又是電池外殼外殼。它直。它直接參加電池反應(yīng)，是接參加電池反應(yīng)，是決定電池容量決定電池容量和儲存性能的主和儲存性能的主要原材料之一，故對原材料要求：要原材料之一，故對原材料要求：a. 具有很高的抗腐性能具有很高的抗腐性能b. 外觀無針孔，裂紋，清洗等外觀無針孔，裂紋，清洗等c. 化學(xué)成分應(yīng)符合表中規(guī)定化學(xué)成分應(yīng)

31、符合表中規(guī)定 第47頁/共109頁 純度純度PbCdFeCu含含Cd98%0.30.7%0.25%0.02%98%0.8%0.030.06%0.02%0.002% 加入加入0.3%的的Pb和和0.5%的的Cd 可提高鋅筒的耐可提高鋅筒的耐腐蝕腐蝕 性。性。Cd可提高機(jī)械強(qiáng)度，可提高機(jī)械強(qiáng)度，Pb可提高延展性?？商岣哐诱剐浴５?8頁/共109頁第49頁/共109頁2.1.2.6 封口及單體電池成品的制造封口及單體電池成品的制造工藝流程：工藝流程：單體成型套紙圈擦靜炭棒上銅帽封口蓋塑料蓋扣邊包襯紙?zhí)虡?biāo)套熱縮管加溫?zé)峥s糊化品涂石蠟油 封口劑由石油瀝青（封口劑由石油瀝青（50%80%）、石蠟（）、石

32、蠟（530%）、松香（）、松香（5%10%）配制而成。）配制而成。第50頁/共109頁1.2.7 質(zhì)檢質(zhì)檢R20型干電池的質(zhì)量檢查標(biāo)準(zhǔn)型干電池的質(zhì)量檢查標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)一級二級三級新電池六個月最后新六最新六最負(fù)荷電壓(V)1.451.401.351.441.381.351.421.381.34短路電流(I)54.03.54.53.53.04.03.03.0放電時間(min)1100940770690660550550470440保存期(月)18個月9個月6個月第51頁/共109頁1.3 鋅錳干電池的工作原理鋅錳干電池的工作原理 兩電極的兩電極的電化學(xué)反應(yīng)電化學(xué)反應(yīng)和和反應(yīng)速度反應(yīng)速度及及電池的電動勢電

33、池的電動勢（熱力學(xué)性（熱力學(xué)性質(zhì)）質(zhì)）1.3.1. 二氧化錳電極的工作原理：二氧化錳電極的工作原理：圖圖2-1 MnO2-Zn電池放電電壓及電電池放電電壓及電極反應(yīng)隨時間的變極反應(yīng)隨時間的變化曲線化曲線第52頁/共109頁 電池在放電的電池在放電的初期初期，電壓變化，電壓變化較大較大，這主要是，這主要是由由正極正極所決定的。所決定的。MnO2電極電極電位電位開始放電時，變開始放電時，變化化很快很快，稍后才是較為平穩(wěn)的下降。二氧化錳中加，稍后才是較為平穩(wěn)的下降。二氧化錳中加入了乙炔黑、石墨、氯化銨等混合物后，至使電極入了乙炔黑、石墨、氯化銨等混合物后，至使電極的的導(dǎo)電性增加導(dǎo)電性增加了。電極反應(yīng)

34、也變得更為了。電極反應(yīng)也變得更為復(fù)雜復(fù)雜了，構(gòu)了，構(gòu)成了成了MnO2C多電極體系。由于碳能多電極體系。由于碳能吸附吸附一定量的一定量的氧氣氧氣所以它實際上構(gòu)成了氧電極，當(dāng)正極進(jìn)入電路所以它實際上構(gòu)成了氧電極，當(dāng)正極進(jìn)入電路中時，由于中時，由于石墨、乙炔黑石墨、乙炔黑的的導(dǎo)電性大于二氧化錳導(dǎo)電性大于二氧化錳，故最初參與放電的是氧電極：故最初參與放電的是氧電極：221( ) 222O CeHHO第53頁/共109頁隨著反應(yīng)的進(jìn)行，因外部的氧氣向電極擴(kuò)散困難，使反應(yīng)的隨著反應(yīng)的進(jìn)行，因外部的氧氣向電極擴(kuò)散困難，使反應(yīng)的阻力變大，電極極化很大。因而使電極電位在一開始阻力變大，電極極化很大。因而使電極電

35、位在一開始很快下降，并引起極化電流的重新分配，使部分電流通過與很快下降，并引起極化電流的重新分配，使部分電流通過與石墨緊密相連石墨緊密相連 的二氧化錳表面，還原二氧化錳，隨著進(jìn)一步的二氧化錳表面，還原二氧化錳，隨著進(jìn)一步的極化，導(dǎo)致電極反映全部移至二氧化錳電極上。這時石墨的極化，導(dǎo)致電極反映全部移至二氧化錳電極上。這時石墨、乙炔黑僅起導(dǎo)電作用。目前公認(rèn)二氧化錳電極反應(yīng)有兩個、乙炔黑僅起導(dǎo)電作用。目前公認(rèn)二氧化錳電極反應(yīng)有兩個2222242MnOHMnH OMnOH O eMnOOHOH （2-1）（2-2）其中（其中（2-2）式是主要反應(yīng)。通過對產(chǎn)物的分析，表明）式是主要反應(yīng)。通過對產(chǎn)物的分析

36、，表明Mn2+是少量的，是少量的，Mn3+化合物化合物MnOOH是主要的是主要的。所以。所以一般將二氧化錳電極反應(yīng)寫成一般將二氧化錳電極反應(yīng)寫成(22)式。式。第54頁/共109頁因此二氧化錳電極的電位可表示為：因此二氧化錳電極的電位可表示為：2ln()MnOOHRTMF（2-3） 電池放電時，正極附近溶液中電池放電時，正極附近溶液中PH值增加值增加，會導(dǎo)致二氧，會導(dǎo)致二氧化錳電極電位的化錳電極電位的下降下降。利用（。利用（23）式進(jìn)行計算，因）式進(jìn)行計算，因PH值值上升而引起的正極電位的下降值還上升而引起的正極電位的下降值還不到不到二氧化錳電極電位二氧化錳電極電位的總值的的總值的1/3。電解

37、液電解液PH值的變化值的變化還還不是不是引起二氧化錳引起二氧化錳電極電極電位下降電位下降的主要因素。進(jìn)一步的研究表明，的主要因素。進(jìn)一步的研究表明，電化學(xué)極化電化學(xué)極化和和電阻極化電阻極化亦亦不是主要因素不是主要因素。而是產(chǎn)生了特殊的二氧化錳放。而是產(chǎn)生了特殊的二氧化錳放電機(jī)理電機(jī)理固相濃差極化固相濃差極化（也叫（也叫電子機(jī)理電子機(jī)理）。）。第55頁/共109頁 電子機(jī)理：二氧化錳的電子機(jī)理：二氧化錳的溶解度極小溶解度極小，且具有，且具有一定一定的導(dǎo)電性的導(dǎo)電性（一種半導(dǎo)體，在（一種半導(dǎo)體，在7103kg/cm2壓力下，電壓力下，電阻率約為阻率約為3777 ）二氧化錳放電時，電化學(xué)反）二氧化錳

38、放電時，電化學(xué)反應(yīng)可以直接在二氧化錳應(yīng)可以直接在二氧化錳顆粒表面進(jìn)行顆粒表面進(jìn)行，并不需要把，并不需要把Mn 4+溶解送入溶液。然后再在電極導(dǎo)電組分（石墨、溶解送入溶液。然后再在電極導(dǎo)電組分（石墨、乙炔黑）上進(jìn)行反應(yīng)。乙炔黑）上進(jìn)行反應(yīng)。 二氧化錳二氧化錳溶液界面溶液界面上所發(fā)生的反應(yīng)如圖所示。上所發(fā)生的反應(yīng)如圖所示。 cm第56頁/共109頁圖圖2-2. MnO2/溶液界面溶液界面上的雙電層示意圖上的雙電層示意圖 當(dāng)當(dāng)MnO2與電糊相接與電糊相接觸時，溶液中的觸時，溶液中的H+離子離子便向二氧化錳電極便向二氧化錳電極表面轉(zhuǎn)表面轉(zhuǎn)移移，使二氧化錳電極表面，使二氧化錳電極表面?zhèn)犬a(chǎn)生側(cè)產(chǎn)生H+過剩

39、過剩。電糊側(cè)。電糊側(cè)產(chǎn)生產(chǎn)生OH過剩過剩。因而形。因而形成了一個雙電層，產(chǎn)生了成了一個雙電層，產(chǎn)生了一定的電位差。如圖一定的電位差。如圖22所示：所示：第57頁/共109頁圖圖2-3. MnO2放電時放電時H+離離子擴(kuò)散示意圖子擴(kuò)散示意圖當(dāng)當(dāng)MnO2電極放電時，溶液電極放電時，溶液中的中的H+便向便向MnO2晶格中轉(zhuǎn)晶格中轉(zhuǎn)移移，與，與O2-離子結(jié)合生成離子結(jié)合生成OH-。與此同時與此同時MnO2接受外來的接受外來的電子電子，即，即Mn4+還原成還原成Mn3+（MnOOH)。 如圖如圖23所所示。示。第58頁/共109頁 隨著放電時間的延長，二氧化錳電極表面隨著放電時間的延長，二氧化錳電極表面

40、層中的層中的H+濃度不斷增加濃度不斷增加，O2離子濃度不斷離子濃度不斷降低降低，與電極內(nèi)部產(chǎn)生了，與電極內(nèi)部產(chǎn)生了濃度剃度濃度剃度。由于這。由于這種濃度剃度的存在，種濃度剃度的存在，H+由二氧化錳電極由二氧化錳電極表面表面向內(nèi)層擴(kuò)散向內(nèi)層擴(kuò)散，并與，并與O2離子結(jié)合離子結(jié)合。同時二氧。同時二氧化錳表面層的化錳表面層的電子也向內(nèi)層擴(kuò)散電子也向內(nèi)層擴(kuò)散。這個過程。這個過程就好象電極表面就好象電極表面MnOOH，不斷向電極深處，不斷向電極深處轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)移。而電極內(nèi)部的。而電極內(nèi)部的MnO2不斷向表面轉(zhuǎn)移不斷向表面轉(zhuǎn)移。第59頁/共109頁 但是由于但是由于H+在固相中的擴(kuò)散速度非常在固相中的擴(kuò)散速度非常

41、緩慢緩慢，因而，因而使使MnO2放電反應(yīng)困難放電反應(yīng)困難。而導(dǎo)致正極發(fā)生。而導(dǎo)致正極發(fā)生嚴(yán)重極化嚴(yán)重極化，正極電位下降正極電位下降。這種由于固相。這種由于固相MnO2中中O2離子濃度離子濃度剃度而造成的特殊的濃度極化，叫做剃度而造成的特殊的濃度極化，叫做“固相濃度極固相濃度極化化”。 另外，利用這種另外，利用這種“固相濃度極化固相濃度極化”理論恰可較好理論恰可較好的解釋的解釋Zn-MnO2電池的電池的間歇放電間歇放電特性。所謂間歇放電特性。所謂間歇放電特性（如圖特性（如圖2-4所示）即所示）即放電間歇放電間歇進(jìn)行。進(jìn)行。 第60頁/共109頁圖圖2-4.MnO2電極電極 間歇放電間歇放電電極電

42、位的變化電極電位的變化 停放后，停放后，MnO2電極的電位逐漸恢復(fù)。顯然單靠電極的電位逐漸恢復(fù)。顯然單靠OH擴(kuò)擴(kuò)散，是不可能引起那樣大的幅度。由于停止放電后，散，是不可能引起那樣大的幅度。由于停止放電后，MnO2顆顆粒表面層的粒表面層的H+仍繼續(xù)不斷的向顆粒仍繼續(xù)不斷的向顆粒內(nèi)部擴(kuò)散內(nèi)部擴(kuò)散，從而，從而消除消除了放了放電時所產(chǎn)生的電時所產(chǎn)生的固相濃度極化固相濃度極化，結(jié)果使，結(jié)果使電位得到恢復(fù)電位得到恢復(fù). 從恢復(fù)曲線還可看出，電壓恢復(fù)先從恢復(fù)曲線還可看出，電壓恢復(fù)先快快，后，后慢慢。這是由于。這是由于固相中固相中H+ 濃度剃度濃度剃度減小減小，電壓恢復(fù)速度也相應(yīng)，電壓恢復(fù)速度也相應(yīng)變慢變慢。

43、同時由。同時由于活性物質(zhì)的消耗，于活性物質(zhì)的消耗， PH值值增大增大，電位，電位不可能完全恢復(fù)不可能完全恢復(fù)到放電到放電前的數(shù)值。前的數(shù)值。第61頁/共109頁 由于由于Mn電極具有這種電位恢復(fù)的特性，所以電極具有這種電位恢復(fù)的特性，所以Zn-MnO2干電池干電池間歇放電間歇放電時的放電曲線為時的放電曲線為鋸齒狀鋸齒狀。如圖。如圖2-5所示，間歇放電曲線比連續(xù)放電曲線所示，間歇放電曲線比連續(xù)放電曲線平坦平坦。Zn-MnO2電池適宜于電流和電壓電池適宜于電流和電壓間歇放電間歇放電。圖圖2-5. 鋅錳干電池放電電壓鋅錳干電池放電電壓1） 連續(xù)放電連續(xù)放電2） 間歇放電間歇放電第62頁/共109頁1

44、.3.2 負(fù)極的工作原理負(fù)極的工作原理 電極反應(yīng)生成的電極反應(yīng)生成的Zn2+，在電糊中因受，在電糊中因受擴(kuò)散速度擴(kuò)散速度的影響，的影響，會在電極附近逐漸會在電極附近逐漸積累積累，引起鋅電極的，引起鋅電極的極化極化，使負(fù)極電位，使負(fù)極電位向向正移正移?；??；赯n2+在電糊中的擴(kuò)散速度在電糊中的擴(kuò)散速度遠(yuǎn)大于遠(yuǎn)大于H+在在MnO2固相中固相中的擴(kuò)散速度，所以的擴(kuò)散速度，所以負(fù)極的極化沒有正極那樣嚴(yán)重負(fù)極的極化沒有正極那樣嚴(yán)重。陽極反應(yīng)：。陽極反應(yīng)：2+2+222243222Zn-2e+2H OZn(OH) +2HZn(OH)H OZnO+2NH ClZn(NH ) Cl +H OZnZnZnO

45、第63頁/共109頁故鋅電極的放電一般可用下式表示：故鋅電極的放電一般可用下式表示：43 222()22ZnNH ClZn NHClHe 二氨基氯化鋅的二氨基氯化鋅的溶解度較小溶解度較小，覆蓋在負(fù)極表面，覆蓋在負(fù)極表面，增加增加歐姆內(nèi)阻歐姆內(nèi)阻。當(dāng)。當(dāng)PH為為89時，轉(zhuǎn)化為時，轉(zhuǎn)化為四氨基氯化鋅而溶解四氨基氯化鋅而溶解。3 2233 42()2()Zn NHClNHZn NHCl 這一般在負(fù)荷較重時才發(fā)生，此時的電壓也會有所回這一般在負(fù)荷較重時才發(fā)生，此時的電壓也會有所回升。不過，這種反應(yīng)一旦發(fā)生，一般電壓已降到終止電壓升。不過，這種反應(yīng)一旦發(fā)生，一般電壓已降到終止電壓以下。以下。第64頁/共

46、109頁 當(dāng)當(dāng)OH和和ZnCl2的濃度都的濃度都較高較高時，而時，而NH4Cl的濃度又的濃度又低于低于10%。則可能發(fā)生如下的反應(yīng)：。則可能發(fā)生如下的反應(yīng)：3224()NHH O ZnClZn OH ClNH Cl 該反應(yīng)看上去該反應(yīng)看上去消除消除了一部分了一部分氨氨，減緩了減緩了PH的變化的變化。但。但由于由于沉淀的生成沉淀的生成，消耗消耗部分部分導(dǎo)電離子導(dǎo)電離子，占去了空間，占去了空間，增大增大了內(nèi)阻了內(nèi)阻，同樣，同樣影響影響了電池的了電池的性能性能。第65頁/共109頁綜上所述，干電池的主要反應(yīng)可寫作：綜上所述，干電池的主要反應(yīng)可寫作：-22+43243 22正極： MnO +H OMnOOH+OH負(fù)極： Zn+2NH ClZn(NH )+2H +2e電池: 2MnO +Zn+2NH Cl2MnOOH+Zn(NH )Cl第66頁/共109頁0tU1.5V小電流小電流中電流中電流大電流大電流E暫停放電暫停放電濃差回復(fù)濃差回復(fù)改變電流放電改變電流放電第67頁/共109頁規(guī)格容量mAH1號205002號83505號28507號12508號10009號6259V方型電池625第68頁/共109頁n2C，1C電流的2倍n0.1、0.5C，1C電流的1/10、1/2。第69頁/