第2章-锌锰电池.ppt

TypesAndCharacteristicsOfPrimaryBatteries,Primarybatteries,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,2.1Zn-MnO2电池的分类,分类,1按电液分：中性和碱性2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（InternationalElectrotechnicalCommision,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。单体电池之后加一并联电池数。R6P，LR6，3R14，6F22，4F100-4,命名,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,电池组成(-)Zn/KOH(aq)/MnO2(+)额定电压：1.5V可制成二次电池,碱性锌锰电池(Alkalinemanganesedioxide),碱性锌锰电池(Alkalinemanganesedioxide),2.2.1电化学行为质子-电子机理MnO2电极阴极还原的初级过程MnO2+H+e=MnOOH,2.2MnO2电极,第一，电子进入正极，质子进入MnO2晶格表面，这两个过程是同时发生的；第二，MnO2与MnOOH两物质是在同一固相中；第三，虽然MnOOH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。必须保证有足够的固液界面。第四，随着反应的进行就会使得电极附近的pH值升高,MnOOH转移步骤即二次过程是整个MnO2阴极还原的控制步骤,1).水锰石在酸性溶液中的转移歧化反应：在酸性溶液中，MnO2放电的一次过程为：2MnO2+2H+2e-2MnOOH歧化反应：2MnOOH+2H+MnO2+Mn2+2H2O电极的总反应为：MnO2+4H+2e-Mn22H2O,2.MnO2电极阴极还原的次级过程,2).水锰石在碱性溶液中的转移固相质子扩散,MnOOH只能靠固相中的质子扩散来转移。,“特殊”浓差极化或固相浓差极化。,3).水锰石在中性溶液中的转移混合方式,有43的MnOOH是通过歧化反应来转移的，有57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,2.3.1.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所造成的,2.3.2.锌电极自放电,1).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：,在碱性溶液中：,2).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：,在碱性溶液中：,3).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,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.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,锌-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,2.5.3容量及其影响因素（自学）放电制度（表3-3，p66）锰粉质量锰粉颗粒度制造工艺各步工艺,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,NH4ClZnCl2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(Alkalinemanganesedioxide),碱性锌锰电池(Alkalinemanganesedioxide),锰环-锌膏式结构碱性锌-锰电池制造工艺,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