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1、第2章 锌锰电池第1页，共80页，编辑于2022年，星期一Primary batteries第2页，共80页，编辑于2022年，星期一第3页，共80页，编辑于2022年，星期一第4页，共80页，编辑于2022年，星期一第5页，共80页，编辑于2022年，星期一第6页，共80页，编辑于2022年，星期一第7页，共80页，编辑于2022年，星期一第8页，共80页，编辑于2022年，星期一第2章 锌锰电池第9页，共80页，编辑于2022年，星期一锌锰干电池第10页，共80页，编辑于2022年，星期一锌锰干电池 松下干电池工厂第11页，共80页，编辑于2022年，星期一锌锰电池命名第12页，共80页，
2、编辑于2022年，星期一2.1 Zn-MnO2电池的分类电池的分类第13页，共80页，编辑于2022年，星期一分类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 第14页，共80页，编辑于2022年，星期一20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目。单体电池之后加一并联电池数。R6P，LR6，3R14，6F22，4F100-4命名第
3、15页，共80页，编辑于2022年，星期一符号符号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第16页，共80页，编辑于2022年，星期一第17页，共80页，编辑于2022年，星期一电池的结构和电池反应第18页，共80页，编辑于2022年，星期一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。第19页，共80页，编辑于2022年，星期一锌锰干电池1868年Leclanche发明以NH
4、4Cl为电解液的Zn-MnO2电池1888年Gassner成功构成干电池并商品化第20页，共80页，编辑于2022年，星期一氯化铵型电池第21页，共80页，编辑于2022年，星期一第22页，共80页，编辑于2022年，星期一氯化锌型电池第23页，共80页，编辑于2022年，星期一第24页，共80页，编辑于2022年，星期一电池组成 (-)Zn/KOH(aq)/MnO2(+)额定电压：1.5V可制成二次电池碱性锌锰电池(Alkaline manganese dioxide)第25页，共80页，编辑于2022年，星期一碱性锌锰电池(Alkaline manganese dioxide)第26页，共
5、80页，编辑于2022年，星期一第27页，共80页，编辑于2022年，星期一第28页，共80页，编辑于2022年，星期一第29页，共80页，编辑于2022年，星期一第30页，共80页，编辑于2022年，星期一2.2.1 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31页，共80页，编辑于2022年，星期一第32页，共80页，编辑于2022年，星期一第第一一，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，这这两两个个过过程是同时发生的；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
6、；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的固固液液界面。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 第33页，共80页，编辑于2022年，星期一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阴极还原的阴极还原的控制步骤控制步骤 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-2Mn
7、OOH 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.MnO2电极电极 阴极还原的次级过程阴极还原的次级过程第34页，共80页，编辑于2022年，星期一2).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。第35页，共80页，编辑于2022年，星期一3).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MnOO
8、H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不同第36页，共80页，编辑于2022年，星期一2.3 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电产物离开电极表面受到一定的阻碍所造成的 第37页，共80页，编辑于2022年，星期一2.3.2.2.3.2.锌电极自放电锌电极自放电1).1).氢离子的阴极还原所引
9、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：第38页，共80页，编辑于2022年，星期一在碱性溶液中：第39页，共80页，编辑于2022年，星期一2).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：第40页，共80页，编辑于2022年，星期一在碱性溶液中：在碱性溶液中：第41页，共80页，编辑于2022年，星期一3).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第42页，共80页，编辑于
10、2022年，星期一1.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第43页，共80页，编辑于2022年，星期一2.4 锌锰电池材料2.4.1 二氧化锰材料第44页，共80页，编辑于2022年，星期一第45页，共80页，编辑于2022年，星期一第46页，共80页，编辑于2022年，星期一第47页，共80页，编辑于2022年，星期一第48页，共80页，编辑于2022年，星期一自学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 导电凝胶剂第49页，共80页，编辑于2022年，星期一第5
11、0页，共80页，编辑于2022年，星期一2.5 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。第51页，共80页，编辑于2022年，星期一具有电压恢复特性第52页，共80页，编辑于2022年，星期一2.5.2 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.制造工艺各步工艺第53页，共80页，编辑于2022年，星期一2.5.4 储存性能（自学）负极自放电（主要）电液干涸 气胀冒浆铜冒生锈第54页，共80页，编辑于2022年，星
12、期一2.6 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第55页，共80页，编辑于2022年，星期一二、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）.拌粉第56页，共80页，编辑于2022年，星期一2）.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、净化与浆液配制第57页，共80页，编辑于2022年，星期一1）.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第58页，共80页，编辑于2022年，星期一2
13、）.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第59页，共80页，编辑于2022年，星期一3）.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第60页，共80页，编辑于2022年，星期一六、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度第61页，共80页，编辑于2022年，星期一2.7 纸板电池第62页，共80页，编辑于2022年，星期一第63页，共80页，编辑于2022年，星期一锌锰干电池松下干电池生产工艺流程第64页，共
14、80页，编辑于2022年，星期一2.8 叠层锌锰电池（自学）第65页，共80页，编辑于2022年，星期一电池组成 (-)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)第66页，共80页，编辑于2022年，星期一碱性锌锰电池(Alkaline manganese dioxide)第67页，共80页，编辑于2022年，星期一第68页，共80页，编辑于2022年，星期一第69页，共80页，编辑于2022年，星期一第70页，共80页，编辑于2022年，星期一第71页，共80页，编辑于2022年，星期一 锰
15、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第72页，共80页，编辑于2022年，星期一第73页，共80页，编辑于2022年，星期一卷绕式电池组装工艺流程卷绕式电池组装工艺流程第74页，共80页，编辑于2022年，星期一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90亿只第75页，共80页，编辑于2022年，星期一第76页，共80页，编辑于2022年，星期一第77页，共80页，编辑于2022年，星期一第78页，共80页，编辑于2022年，星期一第79页，共80页，编辑于2022年，星期一思考题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？为什么放电时二氧化锰电势持续下降？第80页，共80页，编辑于2022年，星期一