化学电源基础：第2章 锌锰电池

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： 中性和碱性 2 按外形按外形： 筒式、迭层式、薄形、扣式、扁平式 20世纪60年代建立了国际电工委员会（International Electrotechnical 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

2、目。单体电池之后加一并联电池数。 R6P，LR6，3R14，6F22，4F100-4命名符号符号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

3、成 (-)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 第一，电子进入正极，质子进入第一，电子进入正极，质子进入MnO2晶格表面，这晶格表面，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； 第三，虽然第三，虽然MnOO

4、H的生成是在固相中直接完成的，的生成是在固相中直接完成的，但反应必须是在固液界面上进行。必须保证有足够但反应必须是在固液界面上进行。必须保证有足够的固液界面。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 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

5、反应为：电极的总反应为：MnO2+4H+2e- Mn22H2O 2. MnO2电极电极 阴极还原的次级过程阴极还原的次级过程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是通过歧化反应来转移的，是通过歧化反应来转移的，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不同2.3 锌电极2

6、.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。这主要是放电产物离开电极表面受到一定的阻碍主要是放电产物离开电极表面受到一定的阻碍所造成的所造成的 2.3.2. 2.3.2. 锌电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： 2+2Zn+2eZn2H +2eH +2+2Zn+2HZn +H 在碱性溶液中： 222Zn22OHZnOH O2H O2H2OHe

7、e 22ZnH OZnOH 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：222Zn2Zn1OH22H O2ee 2221ZnO2HZn2HO2 在碱性溶液中：在碱性溶液中：222Zn22OHZnOH O1O2H O24OH2ee 221OZnH OZnO2OH2 3) .电解液中的杂质所引起的锌电极反应电解液中的杂质所引起的锌电极反应4) .锌电极表面不均匀性加速腐蚀锌电极表面不均匀性加速腐蚀 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2.4 锌锰电池材料2.4.1 二氧化锰材料自学 2.4.2 锌材料 2.4.3 电解质 2.4.4 隔膜 2.4.5 导电材料 2.4.6 导电凝胶剂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 （表3-3， p66）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

9、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

10、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