碱性电池全面剖析(三)

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1、碱性电池全面剖析（三）碱性电池技术分析我国原电池工业已有 80 多年的历史。但锌锰电池系列品种只有 50 年历史它逐渐按 3 大类顺序实现升级换代。每一类均可划分为起步阶段、发展阶段及渐衰阶段。我国从糊式电池到纸板电池再进而升级到碱性电池所跨越的年代大致如表 1 所示。表 1 3 大类锌锰电池发展阶段电池类别 建国前50 年代 6080 年代 90 年代21 世纪初糊式电池 起步阶段 发展阶段 渐衰阶段纸板电池 起步阶段 发展阶段 渐衰阶段碱性电池 起步阶段 发展阶段糊式电池现在已趋向渐衰淘汰阶段，比例不断下降；纸板电池已接近完成发展阶段，而碱性电池则在进入发展高潮。3 大类锌锰电池现在尚处于

2、共存状态，碱性锌锰电池逐渐成为是当今世界高档次的民用电池，具有优良的放电性能，专家一致认为它是目前性价比最高的电池。碱性锌锰电池比普通电池有明显技术变革。是在普通锌锰电池的基础上发展起来的，以锌粉为负极，二氧化锰为正极，电解液采用 KOH。与普通锌锰电池相比，碱性锌锰电池有以下 6 个特点：普通锌锰电池 碱性锌锰电池正负极的结构 插入电芯中的炭棒为正极，锌筒壳体为负极与锰环接触的钢壳壳体为正极，插入锌膏中的集流体为负极正极活性物质（MnO 2） 天然二氧化锰（NMD） ，部分添加活性二氧化锰（AMD）或电解二氧化锰（EMD）完全采用电解二氧化锰（EMD）正极导电材料 乙炔黑或鳞状石墨 胶体石墨

3、负极活性物质（Zn ） 锌（片状） 锌（粉状）隔膜 糊层或浆层纸 复合隔离纸电解液 NH4Cl、ZnCl2 溶液 KOH 溶液1、 采用了反极的电池结构。普通锌锰电池都把锌筒电极放在外面，MnO2 电极放在锌筒中，其中还插入一根圆柱型炭棒，不仅在电池中占有一定的体积，而且 MnO2 的导电面积也仅为与炭棒接触的一小部分。而碱性锌锰电池则去掉炭棒并将 MnO2 电极放在外面与钢壳直接紧密接触，使电池内有限的空间得到充分利用，也大大提高了 MnO2 的导电面积，以 5 号电池为例，碱性锌锰电池正极的导电面积提高了 1.3 倍左右，极大的减少了接触电阻；虽然负极放在圆筒的中央只依靠集电针导电，但锌良

4、好的导电对电池的电性能影响很小。结构的改进使碱性锌锰电池体积比能量比普通锌锰电池增大许多；也提高了 MnO2 的充填量和利用率，使正极容量相匹配。同时，由于采用了导电性能和耐腐蚀性能更好的钢壳，不但降低了电池的内阻，减少了电池因为发热造成的不良影响，而且可以提供有效的密封，对电池贮存性能也有一定的提高。2、 完全采用电解二氧化锰（MnO2） 。天然二氧化锰（ NMD）杂质含量较大，部分杂质会与 MnO2 形成微电池加快自放电，部分杂质还将促使锌腐蚀。电解二氧化锰（EMD）是天然二氧化锰（NMD ）处理后通过电解在阳极沉积的物质经过碎、磨细 、洗涤、干燥等工序后制得的成品。电解法制得的二氧化锰多

5、为 型二氧化锰，具有较高的电化学活性，而且可溶性铁及重金属杂质含量也大大减少，提高了电池的容量，增强了电池大电流放电性能。3、 使用了胶体石墨。根据质子电子理论，电池正极的反应必须使电子能在 MnO2 晶格中畅通无阻。按分子式 MnO2 为非导体，但实际上晶格中氧缺位常为 MnO1.90-1.98，所以二氧化锰为半导体，必须加入导电性良好的石墨才能使电子畅通。同时，石墨中的杂质对电池的影响极大。任何金属离子形成的电极都与 MnO2 电极构成一对腐蚀电极，通过石墨导电形成短路的电池，行业中称为微电池。微电池不但消耗 MnO2 活性物质，而且金属本身的氧化形成的离子会溶液电解液中并扩散使锌腐蚀加速

6、，电池的自放电加大。胶体石墨由天然晶质的鳞状石墨经过精细化学提纯并物理加工后制得，颗粒度更小，杂质含量更小。使 MnO2 分散性更好，电池正极的导电性能更佳。4、 采用了粉状多孔电极代替了片状锌筒电极。由于锌金属的强度不大，普通锌锰电池普遍采用的锌筒作为壳体经受不了电池内部的太大的气体压力，并且锌容易自放电产生小孔腐蚀，很容易漏夜；同时，作为活性物质的锌筒的真实表面积很小，电化学反应面积也小，电池不能大电流放电。碱性锌锰电池使用胶凝剂将锌粉和电解液凝化，不仅解决了锌在电液中的腐蚀，而且粉状锌电极具有很大的表面积，使碱锰电池能输出较大电流并极大的提高了容量。并且随着生产技术的提高和人们对环保问题

7、认识的加强，越来越多的厂家开始着手于降低电池中的汞含量。5、 采用了更耐碱腐蚀、更适合碱性电池的复合隔膜纸。隔膜的作用是在正负极之间吸收电解液后只允许离子通过，不允许电子通过，如果正负极没有隔开或局部有电子通过成为短路；如果正负极之间距离过大或者隔膜过于致密或润湿性不好，使隔膜吸收电解液后对离子的迁移有阻力，或者隔膜与正负极之间的接触不紧密，都会引起电池内部电阻的增大而造成断路或局部短路。电池制造者必须解决好短路与断路之间的矛盾。传统的糊式（S 型）电池使用浆糊层作为“隔膜” ，纸板电池（C 型或 P 型）采用浆层纸作为隔膜，其隔膜电阻相当大。而碱锰电池使用的复合隔膜纸是一种耐碱耐氧化的纤维壮

8、材料，具有很好的吸液保液性能、并且还能与正负极妥帖接触，降低电池的内阻。6、 用导电性能更好的 KOH 溶液代替了传统的 NH4Cl、ZnCl2 溶液。KOH 溶液的电导率大、因而碱性锌锰电池欧姆内阻比普通锌锰电池小；同时，由于在碱性中 MnO2 电极的放电过电位较小，因此，碱性锌锰电池可以一较大的电流放电而不致造成较大的极化。通过以上新型材料的使用和生产工艺的改进，碱性锌锰电池具有如下优点：1、 放电容量大。在低放电率及可放电的条件下，其容量是普通锌锰电池的 5倍以上。2、 大电流放电性能。碱性锌锰电池可以用于高倍率连续放电，属于高功率电池。3、 低温性能好。碱性锌锰电池在低温条件下的放电性

9、要优于其他水溶液电解质的一次电池，它可以在-40的温度下工作，在-20 时可以放出 20的容量的 40%-50%。而普通锌锰电池仅能放出 30%-35%。4、 贮存性能好。由于这种电池采用钢制外壳，可以提供有效的密封，而且电池的自放电相当小，一般市售的碱锰电池在 20的条件下贮存一年容量仅损失 5%-10%，贮存三年损失 10%-20%。5、 防漏夜性能好。普通锌锰电池一般最好在生产后三个月内使用，否则易造成漏夜，对家用电器产生极大的危害。碱性锌锰电池由于整个工艺的改变使电池在贮存期大大的延长，一般可达到二年以上。我国电池产业于世界水平相比，落后了近三十年。80 年代，我国第一条碱锰电池生产线于广州诞生。从此，拉开了中国碱性电池大规模生产的序幕。