應(yīng)用化學(xué)32 一次電池--改

1、2022-5-181下一頁最后頁3.2 一次電池一次電池一一.一次電池的通性及應(yīng)用一次電池的通性及應(yīng)用 1.1.通性：通性：電池放電后不能用充電的方法使它復(fù)原。電池放電后不能用充電的方法使它復(fù)原。 2.2.應(yīng)用：應(yīng)用： 常用于低功率到中功率放電。常用于低功率到中功率放電。 3. 3. 類型：類型： 按使用的按使用的分類，一次電池可分為分類，一次電池可分為，鹽類電解質(zhì)電池鹽類電解質(zhì)電池，目錄總目錄2022-5-182下一頁最后頁上一頁第一頁二二.堿性鋅錳電池堿性鋅錳電池 鋅錳電他的品種規(guī)格種類繁多，其命名按照鋅錳電他的品種規(guī)格種類繁多，其命名按照IEC國際電工委員會國際電工委員會1987年關(guān)于電

2、池的有關(guān)規(guī)年關(guān)于電池的有關(guān)規(guī)定對定對單體電池單體電池是在英文大寫字母后加阿拉伯是在英文大寫字母后加阿拉伯?dāng)?shù)字表示。數(shù)字表示。后面的阿拉伯?dāng)?shù)字后面的阿拉伯?dāng)?shù)字越大，電池的尺寸越大越大，電池的尺寸越大，我們常稱的我們常稱的5號電池表號電池表示符號為示符號為R6若是若是，還需要在，還需要在，如，如LR6。另外為了表示電池的性。另外為了表示電池的性能特征電池序號后還常常有能特征電池序號后還常常有如如R6P表表示高功率示高功率5號電池。號電池。2022-5-1831.氯化銨型鋅錳電池氯化銨型鋅錳電池（超級（超級鏈接）鏈接）2022-5-184電池表達(dá)式電池表達(dá)式 ： (-) ZnNH(-) ZnNH4

3、4Cl+ZnClCl+ZnCl2 2MnOMnO2 2 , C (+) , C (+)負(fù)極反應(yīng)：負(fù)極反應(yīng)： Zn -2eZnZn -2eZn2+2+正極反應(yīng)：正極反應(yīng)： 2MnO2MnO2 2+2H+2H2 2O+2e2MnOOH+2OH O+2e2MnOOH+2OH 放電過程中離子反應(yīng)：放電過程中離子反應(yīng)： ZnZn2+2+2NH+2NH4 4Cl+2OHCl+2OH- -Zn(NHZn(NH3 3) )2 2ClCl2 2+2H+2H2 2O O2022-5-185下一頁最后頁上一頁第一頁電池反應(yīng)：電池反應(yīng)： Zn+2MnOZn+2MnO2 2+2NH+2NH4 4Cl2MnOOH+Zn(

4、NHCl2MnOOH+Zn(NH3 3) )2 2ClCl2 2現(xiàn)用現(xiàn)用ZnClZnCl2 2為主要電解質(zhì)，電池反應(yīng)為：為主要電解質(zhì)，電池反應(yīng)為： 8MnO8MnO2 2+4Zn+ZnCl+4Zn+ZnCl2 2+9H+9H2 2O8MnOOH+ZnClO8MnOOH+ZnCl2 24ZnO5H4ZnO5H2 2O O2 .2 .堿性鋅錳電池（堿性鋅錳電池（）電池表達(dá)式為電池表達(dá)式為 ：( (一一) )ZnZn濃濃KOHMnOKOHMnO2 2 ，C C（+ +）負(fù)極反應(yīng)：負(fù)極反應(yīng)： Zn+2OHZn+2OH - - 2eZn(OH) 2eZn(OH)2 2 Zn(OH) Zn(OH)2 2+

5、2OH+2OH- -Zn(OH)Zn(OH)4 4 2-2-正極反應(yīng)：正極反應(yīng)： MnOMnO2 2+H+H2 2O+eMnOOH+OH O+eMnOOH+OH - - MnOOH+H MnOOH+H2 2O+eMn(OH)O+eMn(OH)2 2+OH +OH - -2022-5-186 堿性鋅二氧化錳電池的堿性鋅二氧化錳電池的是是 電池的電池的由由70的電解的電解MnO2、10的的石墨和石墨和1一一2的乙炔黑以及適量的融合劑和的乙炔黑以及適量的融合劑和電解液等混合通過模壓而成。電解液等混合通過模壓而成。2022-5-187由一定粒徑分布由一定粒徑分布(0.007500.8mm)的高純度的鋅

6、粉的高純度的鋅粉(70一一80)、粘接劑粘接劑(6)、KOH溶液以及表面活性劑等溶液以及表面活性劑等添加添加，有時也在，有時也在負(fù)極中添加極少量鉛以提高電極的耐腐蝕負(fù)極中添加極少量鉛以提高電極的耐腐蝕性能。性能。 KOH溶液溶液的濃度通常在的濃度通常在7-14molL-1之之間。需要特別指出的是，考慮到鋅在與堿間。需要特別指出的是，考慮到鋅在與堿溶液接觸時的熱力學(xué)不穩(wěn)定性，有下列反溶液接觸時的熱力學(xué)不穩(wěn)定性，有下列反應(yīng)：應(yīng)：2022-5-188早期的鋅電極制備上加入了早期的鋅電極制備上加入了4一一8的的Hg以降低氫氣的析出，如今的措施有：以降低氫氣的析出，如今的措施有：2022-5-189下一

7、頁最后頁上一頁第一頁電池反應(yīng)：電池反應(yīng)：Zn+MnOZn+MnO2 2+2H+2H2 2O+2OHO+2OH - -Mn(OH)Mn(OH)2 2+Zn(OH)+Zn(OH)4 42-2-電池電池：1.551.551.85v1.85v，工作電壓：，工作電壓：1.20v1.20v。圖圖3.3 為堿性鋅錳電池的放電曲線為堿性鋅錳電池的放電曲線電量電勢 MnOOH+Mn(OH)2Mn 4+-Mn3+-O2-OH-2022-5-1810下一頁最后頁上一頁第一頁 3.3.堿性鐵鋅電池堿性鐵鋅電池 這是一種比鋅錳電池容量高這是一種比鋅錳電池容量高50%的新型電池，的新型電池，它的陰極為它的陰極為高鐵酸鹽高

8、鐵酸鹽（K2FeO4，BaFeO4）。以?。Ｒ匀〈鶰nO2電池反應(yīng)為：電池反應(yīng)為： MFeO4+3/2Zn1/2Fe2O3+1/2ZnO+MZnO M=2K or Ba優(yōu)點：放電時間長。優(yōu)點：放電時間長。2022-5-1811 這種電池由于高鐵酸鹽良好的導(dǎo)電性，這種電池由于高鐵酸鹽良好的導(dǎo)電性，高速放電高速放電的時間遠(yuǎn)長于普通的電池。的時間遠(yuǎn)長于普通的電池。 據(jù)說如果將據(jù)說如果將高鐵酸鹽高鐵酸鹽與與金屬氫化物金屬氫化物一起組一起組成電池，可以將僅由高鐵酸鹽為電極的一次成電池，可以將僅由高鐵酸鹽為電極的一次電池變?yōu)榭沙潆姷亩坞姵?。電池變?yōu)榭沙潆姷亩坞姵亍?過去曾經(jīng)普遍認(rèn)為，高鐵酸鹽是不穩(wěn)

9、定過去曾經(jīng)普遍認(rèn)為，高鐵酸鹽是不穩(wěn)定的。但最近發(fā)現(xiàn)，如果高鐵酸鹽不含有能催的。但最近發(fā)現(xiàn)，如果高鐵酸鹽不含有能催化其分解的化其分解的雜質(zhì)，即使在濃的雜質(zhì)，即使在濃的KOH溶液中也可以保持?jǐn)?shù)年而不分解。溶液中也可以保持?jǐn)?shù)年而不分解。2022-5-1812下一頁最后頁上一頁第一頁三三.其它幾種鋅一次電池其它幾種鋅一次電池 1.1.鋅一氧化汞電池鋅一氧化汞電池（錄像錄像）電池表達(dá)式：電池表達(dá)式：（一）Zn濃KOHHgO,C (+)負(fù)極反應(yīng)：負(fù)極反應(yīng)：Zn+2OH - -2eZn(OH)2 Zn(OH)2+2OH - Zn(OH)42-正極反應(yīng)：正極反應(yīng)：HgO+H2O+2eHg+2OH -電池反應(yīng)：

10、電池反應(yīng)：Zn+HgO+2OH - + H2OHg+Zn(OH)42-集電器：集電器：Zn和石墨電動勢：1.35V , OVC與E基本一致2022-5-1813下一頁最后頁上一頁第一頁優(yōu)點：優(yōu)點： 電動勢和電動勢和電壓穩(wěn)定電壓穩(wěn)定(1.35V,一年內(nèi)變化一年內(nèi)變化0.2) ，比能量高比能量高，自放電小，自放電小(1%/年年) ，活性物質(zhì)利用率高，活性物質(zhì)利用率高，對于鋅負(fù)極接近對于鋅負(fù)極接近100，對于，對于HgO接近接近90：該：該電池可在較高溫度下工作電池可在較高溫度下工作(到到70)，密封性好。，密封性好。缺點：缺點： 正極材料較昂貴，且有污染，低溫下，工作正極材料較昂貴，且有污染，低溫

11、下，工作能力差等。能力差等。用途：用途： 可用作小型醫(yī)用儀器，電子表，計算器等小型可用作小型醫(yī)用儀器，電子表，計算器等小型儀器的電源。儀器的電源。2022-5-1814平滑的放電曲線，說明放電平穩(wěn)，且平滑的放電曲線，說明放電平穩(wěn)，且HgO直接生成直接生成Hg，無中間產(chǎn)物生成。，無中間產(chǎn)物生成。恒電阻恒電阻放電曲放電曲線線2022-5-1815 2.鋅鋅空氣電池空氣電池 Zn-空氣電池空氣電池直接使用空氣中的直接使用空氣中的氧氣氧氣，將鋅和，將鋅和氧氣反應(yīng)的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。氧氣反?yīng)的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋?氧氣氧氣在需要時擴(kuò)散到電池中作為在需要時擴(kuò)散到電池中作為正極反應(yīng)物正極反應(yīng)物。在放電過程中空

12、氣正極催化氧氣還原，而本身并在放電過程中空氣正極催化氧氣還原，而本身并不消耗或變化。由于不消耗或變化。由于空氣陰極（正極）空氣陰極（正極）非常結(jié)實，非常結(jié)實，又具有又具有內(nèi)在的無限容量內(nèi)在的無限容量，可以達(dá)到，可以達(dá)到很高的能量密很高的能量密度度，結(jié)果增大了負(fù)極鋅的利用。，結(jié)果增大了負(fù)極鋅的利用。2022-5-1816下一頁最后頁上一頁第一頁 電池表達(dá)式：電池表達(dá)式： 負(fù)極反應(yīng)：負(fù)極反應(yīng)： Zn+2OH-2eZnO+H2O 正極反應(yīng)：正極反應(yīng)： 1/2O2+H2O+2e2OH - 電池反應(yīng)：電池反應(yīng)： Zn+1/2O2ZnO 集電極：集電極： Zn和石墨和石墨 2022-5-1817 該電池以

13、該電池以濃的濃的KOH溶液溶液作電解液，作電解液，集電器集電器分分別為別為Zn和石墨和石墨 電池的電動勢與氧的分壓有關(guān)，電池的電動勢與氧的分壓有關(guān)，空氣中氧的分壓為空氣中氧的分壓為21時，時，理論電動勢為理論電動勢為1.63V. 由于氧電極反應(yīng)的由于氧電極反應(yīng)的交換電流密度較小交換電流密度較小，電極很，電極很難達(dá)到熱力學(xué)平衡態(tài)，一般測得的難達(dá)到熱力學(xué)平衡態(tài)，一般測得的開路電壓在開路電壓在1.4 1.5V之間。之間。 為提高氧電極的性能，一般將它制成為提高氧電極的性能，一般將它制成多孔氣體多孔氣體體擴(kuò)散電極體擴(kuò)散電極，同時選用能，同時選用能高效催化氧氣還原高效催化氧氣還原的物的物質(zhì)作電催化劑。多

14、孔氣體擴(kuò)散電極以質(zhì)作電催化劑。多孔氣體擴(kuò)散電極以，以，以PtAg，Ni等作等作電催化電催化劑。劑。2022-5-1818下一頁最后頁上一頁第一頁優(yōu)點：優(yōu)點： 比能量高，放電電壓平穩(wěn)，工作電流平穩(wěn)，大比能量高，放電電壓平穩(wěn)，工作電流平穩(wěn)，大電流放電時性能好，貯存時間長，無環(huán)境電流放電時性能好，貯存時間長，無環(huán)境污染污染。缺點：缺點：輸出功率低輸出功率低用途：用途： 用于便攜式通風(fēng)設(shè)備、雷達(dá)裝置、鐵路和航海用于便攜式通風(fēng)設(shè)備、雷達(dá)裝置、鐵路和航海訊號，儀器的電源等訊號，儀器的電源等.：正在設(shè)法開發(fā)高能二次電池：正在設(shè)法開發(fā)高能二次電池2022-5-1819下一頁最后頁上一頁第一頁 3.3.鋅鋅氧化

15、銀電池氧化銀電池（錄像錄像） 電池表達(dá)式：電池表達(dá)式：(-) ZnKOHAg2O,C (+) 負(fù)極反應(yīng)：負(fù)極反應(yīng)： Zn+2OH - -2eZnO+H2O 正極反應(yīng)：正極反應(yīng)： Ag2O+H2O+2e2Ag+2OH - 電池反應(yīng)：電池反應(yīng)： Zn+Ag2OZnO+2Ag 電動勢：電動勢： E=1.605v 堿性鋅堿性鋅氧化銀電池以氧化銀電池以為負(fù)極以為負(fù)極以壓制成正極，電解液為飽和了壓制成正極，電解液為飽和了鋅酸鹽的濃堿鋅酸鹽的濃堿溶液溶液(20一一45)。其電池表達(dá)式為：。其電池表達(dá)式為：2022-5-1820下一頁最后頁上一頁第一頁 優(yōu)點：優(yōu)點： 能量密度高、容量大，好的大電流放電性能，能

16、量密度高、容量大，好的大電流放電性能，放電性能平穩(wěn)，低溫性能放電性能平穩(wěn)，低溫性能 好，儲存壽命長，電好，儲存壽命長，電池內(nèi)阻基本不變。池內(nèi)阻基本不變。缺點：缺點： AgAg的應(yīng)用的應(yīng)用，限制了其使用范圍。，限制了其使用范圍。用途：用途：可用于可以可用于可以、航天如魚雷、航天如魚雷、潛艇、火箭、衛(wèi)星等電源。在民用方面，以潛艇、火箭、衛(wèi)星等電源。在民用方面，以廣泛用于助聽器，攝象機(jī)、計算器等電廣泛用于助聽器，攝象機(jī)、計算器等電子裝置上?？砷_發(fā)成二次電池。子裝置上?？砷_發(fā)成二次電池。2022-5-1822下一頁最后頁上一頁第一頁四、鋰電池四、鋰電池（一）概述（一）概述 1.1.定義：定義： 鋰電池

17、是鋰電池是負(fù)極負(fù)極用用金屬鋰或鋰合金金屬鋰或鋰合金化合物的化合物的一類電池的總稱。一類電池的總稱。 2.2.性質(zhì)：性質(zhì)：(1).(1).理論容量：理論容量：由于鋰是最輕的金屬由于鋰是最輕的金屬(密度密度為為0.534gcm-3)，容量容量較高，約為較高，約為(2).(2).電壓輸出功率：電壓輸出功率： 鋰的電負(fù)性最低，電鋰的電負(fù)性最低，電極電勢負(fù)值最高，因此鋰電池的極電勢負(fù)值最高，因此鋰電池的電壓高達(dá)電壓高達(dá)4v以上，輸出能量超出以上，輸出能量超出200whkg-12022-5-1823下一頁最后頁上一頁第一頁 3.3.優(yōu)點：優(yōu)點： 電池容量大，工作電壓高，電池容量大，工作電壓高， 工作溫度范

18、圍大工作溫度范圍大（-7040），電功率大，放電性能平穩(wěn)。前景），電功率大，放電性能平穩(wěn)。前景廣闊。廣闊。 4.4.缺點：缺點： 安全性欠佳，價格較高，生產(chǎn)工序復(fù)雜。安全性欠佳，價格較高，生產(chǎn)工序復(fù)雜。 5.5.用途：用途：用于手機(jī)電池等。用于手機(jī)電池等。 6.電解液的選擇：電解液的選擇：2022-5-1824 由于鋰由于鋰，因此，鋰電池，因此，鋰電池。電解液最重要。電解液最重要的性能有：的性能有：1、必須是質(zhì)子惰性的；、必須是質(zhì)子惰性的；2、必須不、必須不與金屬鋰及正極物料發(fā)生反應(yīng)；與金屬鋰及正極物料發(fā)生反應(yīng)；3、必須有高、必須有高的離子傳導(dǎo)性能；的離子傳導(dǎo)性能；4、應(yīng)在一個寬的溫度范圍、應(yīng)

19、在一個寬的溫度范圍內(nèi)保持為液態(tài)；內(nèi)保持為液態(tài)；5、應(yīng)具有適宜的物理性能，、應(yīng)具有適宜的物理性能，如低的飽和蒸氣壓、無毒性等。如低的飽和蒸氣壓、無毒性等。 2022-5-1825 一般用作鋰電池中電解液的一般用作鋰電池中電解液的： 乙腈乙腈(AN)，2-甲亞砜甲亞砜(DMSO)，碳酸丙烯酯，碳酸丙烯酯(PC)，1，2二甲氧基乙烷二甲氧基乙烷(DME)，-丁內(nèi)丁內(nèi)酯酯(-BL)等，等，： 亞硫酰氯亞硫酰氯(SOCl2)，硫酰氯，硫酰氯(SO2C12)。：LiClO4，LiAsF6，LiBF4，LiPF6，LiCl，LiAlCl4等。等。2022-5-1826下一頁最后頁上一頁第一頁7.7.種類種類

20、（1 1）按是否可以充電分為：）按是否可以充電分為： 一次電池，二次電池一次電池，二次電池（2 2）按電解質(zhì)的種類可分為）按電解質(zhì)的種類可分為： 可溶正極鋰電池，固體正極鋰電池，固體可溶正極鋰電池，固體正極鋰電池，固體電解液鋰電池。電解液鋰電池。（二）幾種鋰電池（二）幾種鋰電池 一、可溶正極鋰電池：一、可溶正極鋰電池：2022-5-1827下一頁最后頁上一頁第一頁（1) Li/SO2電池電池 電池表達(dá)式為：電池表達(dá)式為：(-) LiLiBr,乙腈乙腈 SO2C (+) 電極電極:正極正極為多孔的為多孔的C和和SO2，SO2以液態(tài)形式加到電以液態(tài)形式加到電 解質(zhì)溶液內(nèi)，解質(zhì)溶液內(nèi)，Li為負(fù)極為負(fù)

21、極， 電池反應(yīng)：電池反應(yīng)：2Li+2SO2Li2S2O4 優(yōu)點：優(yōu)點： 輸出功率高，低溫性能好，貯存壽命長。輸出功率高，低溫性能好，貯存壽命長。(SO2溶于電解液中，與溶于電解液中，與Li反應(yīng)產(chǎn)生放電現(xiàn)象，同時生反應(yīng)產(chǎn)生放電現(xiàn)象，同時生成了成了Li2S2O4保護(hù)膜，阻止了自放電的進(jìn)一步發(fā)生保護(hù)膜，阻止了自放電的進(jìn)一步發(fā)生以及容量損失，同時也導(dǎo)致了該電池的電壓滯后以及容量損失，同時也導(dǎo)致了該電池的電壓滯后現(xiàn)象?，F(xiàn)象。 圓柱形結(jié)構(gòu)，見圖圓柱形結(jié)構(gòu)，見圖3.72022-5-18282022-5-1829上一頁第一頁（2）Li/SOCl2 電池電池 電池表達(dá)式為電池表達(dá)式為 ：(-) LiLiAlCl

22、4,SOCl2C (+) 電極：電極：以以多孔多孔C作為正極作為正極，SOCl2既是溶劑，又既是溶劑，又是正極活性物質(zhì)是正極活性物質(zhì)，常采用，常采用乙炔黑乙炔黑和聚四氟乙烯等混和聚四氟乙烯等混合后，制成薄片狀，壓制在鎳網(wǎng)上，負(fù)極是壓制在合后，制成薄片狀，壓制在鎳網(wǎng)上，負(fù)極是壓制在鎳網(wǎng)上的鋰箔。鎳網(wǎng)上的鋰箔。目錄總目錄2022-5-1830電池的化學(xué)反應(yīng)是：電池的化學(xué)反應(yīng)是：放熱反應(yīng)）放熱反應(yīng)）電池采用電池采用卷繞式全密封卷繞式全密封結(jié)構(gòu)，早期已用作心結(jié)構(gòu)，早期已用作心臟起搏器的電池。電池的開路電壓為臟起搏器的電池。電池的開路電壓為3.6V，典型的工作電壓范圍在典型的工作電壓范圍在3.33.5V

23、，放電，放電截止電壓為截止電壓為3V。與。與LiSO2電池一樣，電池一樣，放電放電電壓十分平穩(wěn)，特別是以小電流放電電壓十分平穩(wěn)，特別是以小電流放電時，電時，電壓非常平穩(wěn)且基本無容量損失。壓非常平穩(wěn)且基本無容量損失。2022-5-1831但但LiSOCl2電池的安全性能較差，曾經(jīng)引發(fā)電池的安全性能較差，曾經(jīng)引發(fā)過過爆炸爆炸，因此使用時應(yīng)注意避免短路、過放電，因此使用時應(yīng)注意避免短路、過放電，在貯存和使用時注意溫度不能太高，這樣可避在貯存和使用時注意溫度不能太高，這樣可避免高溫下免高溫下。（2）Li/SO2Cl2 電池電池 電池表達(dá)式為電池表達(dá)式為 ：(-) LiLiAlCl4,SO2Cl2C (+)硫酰氯硫酰氯2022-5-1832從反應(yīng)可以看出，由于從反應(yīng)可以看出，由于LiSO2C12電池反應(yīng)電池反應(yīng)產(chǎn)物中產(chǎn)物中無