化学电源工艺学第2章.ppt

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1、Types And Characteristics Of Primary BatteriesPrimary batteries第2章 锌锰电池锌锰干电池锌锰干电池 松下干电池工厂锌锰电池命名2.1 Zn-MnO2电池的分类电池的分类分类1 按电液分按电液分：中性、微酸性和碱性；2 按外形按外形：中性锌-锰电池分为 筒式、迭层式、薄形 碱性锌-锰电池分为 筒式、扣式、扁平式 符号符号RSFPCL外形外形圆筒圆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碱性碱性电池符号和意义电池符号和意义20世纪60年代建立了国际电工委员会（International Electrotechnical

2、Commision,简称简称IEC），），该组织实现了电池型号、规格的标准化。字母后面紧接着的数字代表单体电池的大小；在单体电池前加上数字表示串联的组合电池中的单体电池数目。R6P，LR6，3R14，6F22，4F100-4命名电池的结构和电池反应传统的勒克朗谢电池（-）Zn|NH4Cl,ZnCl2|MnO2,C(+)正极是天然MnO2或电解MnO2，隔膜是淀粉加面粉浆糊隔离层，负极是锌筒。称“糊式锌-锰电池”，也称干电池，性能较差。锌锰干电池1868年Leclanche发明以NH4Cl为电解液的Zn-MnO2电池1888年Gassner成功构成干电池并商品化氯化铵型电池氯化锌型电池电池组成

3、(-)Zn/KOH(aq)/MnO2(+)额定电压：1.5V可制成二次电池碱性锌锰电池(Alkaline manganese dioxide)碱性锌锰电池(Alkaline manganese dioxide)2.2.1 电化学行为质子-电子机理1.MnO2电极 阴极还原的初级过程 MnO2+H+e=MnOOH 2.2 MnO2电极第第一一，电电子子进进入入正正极极，质质子子进进入入MnO2晶晶格格表表面面，这这两个过程是同时发生的；两个过程是同时发生的；第二，第二，MnO2与与MnOOH两物质是在同一固相中；两物质是在同一固相中；第第三三，虽虽然然MnOOH的的生生成成是是在在固固相相中中直

4、直接接完完成成的的，但但反反应应必必须须是是在在固固液液界界面面上上进进行行。必必须须保保证证有有足足够够的固液界面。的固液界面。第四，随着反应的进行就会使得电极附近的第四，随着反应的进行就会使得电极附近的pH值升高值升高 2.MnO2电极 阴极还原的次级过程MnOOH的转移步骤称为的转移步骤称为MnO2阴极还原的阴极还原的二次过程二次过程或次级过程或次级过程 1 1）.歧化反应歧化反应 2MnOOH+2H+MnO2+Mn2+2H2O 2 2）.固相质子扩散固相质子扩散 3、二氧化锰阴极还原的控制步骤 MnOOH转移步骤转移步骤即二次过程是整个即二次过程是整个MnO2阴极还原阴极还原的控制步骤

5、的控制步骤 1.水锰石在酸性溶液中的转移水锰石在酸性溶液中的转移歧化反应歧化反应：在酸性溶液中，MnO2放电的一次过程为：2MnO2+2H+2e-2MnOOH 歧化反应：歧化反应：2MnOOH+2H+MnO2+Mn2+2H2O电极的总反应为：电极的总反应为：MnO2+4H+2e-Mn22H2O 2.2.水锰石在碱性溶液中的转移水锰石在碱性溶液中的转移固相质子扩散固相质子扩散MnOOH只能靠固相中的质子扩散来转移。只能靠固相中的质子扩散来转移。“特殊特殊”浓差极化或固相浓差极化。浓差极化或固相浓差极化。3.3.水锰石在水锰石在中性溶液中的中性溶液中的转移转移混合方式混合方式有有43的的MnOOH

6、是是通通过过歧歧化化反反应应来来转转移移的的，有有57是通过固相扩散来转移的。是通过固相扩散来转移的。MnO2电极在不同介质中的极化情况 P42 图2.32.2.2 溶液中组分对MnO2电化学性行为的影响MnO2电极pH 值NH4+Zn 2+2.2.3 MnO2晶型与性能2.3 锌电极2.3.1.阳极过程 锌电极的电化学极化是比较小的，在放电过程锌电极的电化学极化是比较小的，在放电过程中锌电极的阳极极化主要来自于浓差极化。这中锌电极的阳极极化主要来自于浓差极化。这主要是放电产物主要是放电产物Zn2离开电极表面受到一定的离开电极表面受到一定的阻碍所造成的阻碍所造成的 2.3.2.2.3.2.锌电

7、极自放电锌电极自放电1.1.氢离子的阴极还原所引起的锌的自放电氢离子的阴极还原所引起的锌的自放电 在中性溶液或酸性溶液中：在中性溶液或酸性溶液中：在碱性溶液中：2.2.氧的阴极还原所引起的锌电极的自放电氧的阴极还原所引起的锌电极的自放电 在中性溶液或酸性溶液中：在中性溶液或酸性溶液中：在碱性溶液中：在碱性溶液中：3.3.电解液中的杂质所引起的锌电极的自放电电解液中的杂质所引起的锌电极的自放电 影响锌电极自放电的因素1.锌的纯度与表面均匀性的影响2.pH 值3.NH4Cl浓度 ZnCl2浓度4.温度1.提高氢过电势2.保证原材料的质量达到要求 高纯度3.对电解液进行净化4.降低储存电池的温度5.

8、严格密封降低锌电极自放电的措施2.5 锌锰电池的电性能2.5.1 开路电压与工作电压开路电压与工作电压 锌锌-锰系列电池不适于大电流放电。锰系列电池不适于大电流放电。具有电压恢复特性2.5.2 电池的内阻电池的内阻(p59 table 2-5)2.5.3 容量及其影响因素容量及其影响因素（自学）1.放电制度2.锰粉质量3.锰粉颗粒度4.制造工艺 各步工艺2.5.4 储存性能（自学）负极自放电（主要）电液干涸 气胀冒浆铜冒生锈2.6 糊式锌-锰电池2.6.2 制造工艺及分析一、生产流程碳棒的制造正极电芯的制造负极锌筒的制造电液及电糊的配制装配二、碳棒的制造正极电芯的集流体，传导电流 三、正极的制

9、造 拌粉、成型（打电芯）和包纸扎线等工序1.拌粉2.打电芯（打芯）目的：使粉料成型制成电芯，有专门的打芯机完成四、负极的制造五、电液的配制、净化与浆液配制1.电解液的组成及作用NH4Cl ZnCl2内电液用作拌粉时使用 外电液用作配浆液使用2.电液的配制和净化电液的净化吊锌角法 锌粉法化学法：采用络合剂出杂质电化学法强制电液循环法3.浆液的配制打浆机中进行，在电液中加入一定量的面粉和淀粉六、电池的装配锌筒垫底、浇浆、裝电芯、糊化、上纸、圈盖、上铜冒、封口等糊化温度6590C之间，时间14min沥青、松香和石蜡组成的封口剂，封口剂的操作温度180260度2.7 纸板电池锌锰干电池松下干电池生产工

10、艺流程2.8 叠层锌锰电池（自学）电池组成 (-)Zn/KOH(aq)/MnO2(+)额定电压：1.5V可制成二次电池2.9 碱性锌锰电池(Alkaline manganese dioxide)碱性锌锰电池(Alkaline manganese dioxide)锰环锰环-锌膏式结构碱性锌锌膏式结构碱性锌-锰电池制造工艺锰电池制造工艺卷绕式电池组装工艺流程卷绕式电池组装工艺流程锌锰电池产业的现状与未来我国是世界上电池生产量最大的国家2007年我国一次电池产量约300.7亿只。其中碱性锌锰电池约82亿只2008年一次电池产量309.7亿只,其中碱性锌锰电池超过90亿只思考题1.糊式和纸板式锌锰电池有何不同？2.ZnCl2型纸板电池与NH4Cl型纸板电池相比具有哪些优势？为什么？3.为什么锌锰系列电池适合于小电流间歇放电？4.哪一种MnO2晶体变体阴极极化较小？为什么？5.影响锌电极自放电的因素和防治措施6.碱锰电池比普通锌锰干电池相比具有哪些优势？7.叠层锌锰电池中无孔导电膜的作用？为什么要采用无孔导电膜？什么是寄生电池？Zinc/air batteryZinc/air battery优点优点：容量大能量高放电曲线平稳内阻小价格便宜MERCURIC OXIDE BATTERIESZinc AnodeCadmium AnodeZinc/mercuric oxide battery